Методическая разработка практического занятия

по учебной дисциплине Физика

Тема: «Тепловая физика сварочного процесса: управление нагревом и деформациями»

Профессия: 15.01.05 Сварщик (ручной и частично механизированной сварки (наплавки))

Курс: 1

Тип занятия: Комбинированный урок (проблемно-ориентированный практикум)

Время проведения: 90 минут (2 академических часа)

1. Пояснительная записка (Актуальность)

Современный сварщик работает не просто с металлом, а с тепловыми процессами. Непонимание физики нагрева,

теплопередачи и термического расширения приводит к браку: трещинам, деформациям и короблению конструкций.

Данное занятие призвано преодолеть разрыв между абстрактной формулой Q = cmΔT и реальной проблемой в цехе. В

соответствии

с

ФГОС,

это

реализует профессионально-ориентированное

содержание

(ПОС) дисциплины,

формируя у студентов готовность применять физические знания для решения профессиональных задач.

2. Планируемые образовательные результаты

В соответствии с ФГОС СОО и ФГОС СПО занятие нацелено на формирование следующих результатов :

Личностные результаты (ЛР):



Готовность к труду, осознание ценности мастерства и технологической деятельности.



Проявление интереса к будущей профессии и понимание социальной значимости качества работы.

Метапредметные результаты (МР):



Познавательные: Анализировать

условия

протекания

тепловых

процессов

при

сварке,

устанавливать

причинно-следственные связи (нагрев -> расширение -> напряжение -> деформация).



Регулятивные: самостоятельно планировать пути достижения целей (выбор режима сварки для минимизации

деформаций).

Предметные результаты (ПР):



Объяснять физическую сущность теплового расширения и теплопроводности металлов.



Применять законы термодинамики для объяснения технологических приемов сварки.

Формируемые компетенции ФГОС СПО :



ОК 01:

выбирать способы решения задач профессиональной деятельности, применительно к различным

контекстам.



ОК 02:

осуществлять поиск, анализ и интерпретацию информации, необходимой для выполнения задач

профессиональной деятельности.



ПК 1.1: (В части контроля качества) Выявлять дефекты сварных швов и знать причины их возникновения.

Этап занятия (время)

Деятельность преподавателя

Деятельность студентов

Формируемые

результаты

1.

Организационный

этап (3 мин)

Приветствует, создает рабочую

атмосферу.

Обозначает

проблемный кейс: «Почему при

сварке

длинной

балки

без

прихватов ее "повело" на 5

мм?»

Включаются

в

диалог,

высказывают

предположения.

ОК

01

(Выявление

проблемы)

2. Актуализация знаний

(10 мин)

Проводит фронтальный опрос

по

базовым

формулам:

Воспроизводят формулы,

объясняют

физический

ОК

02,

ПРб

2

(Распознавание явлений)

- Количество теплоты (Q =

cmΔT).

- Тепловое расширение (Δl = α

l

ΔT).

₀

-

Закон

Фурье

(теплопроводность).

Демонстрирует график нагрева

металла при сварке.

смысл

коэффициентов

(удельная

теплоемкость,

коэффициент

расширения). Работают с

графиком

3.

Изучение

нового

материала (20 мин)

Лекция-беседа:

1. Температурное

поле

при

сварке: Зоны

нагрева

(ядро,

зона

термического

влияния).

2. Природа

деформаций: Почему

неравномерный

нагрев

вызывает напряжения (сжатие

в нагретой зоне, растяжение в

холодной).

3. Способы

управления: Предварительный

подогрев,

каскадная

сварка,

проковка шва (с физической

точки

зрения).

Ссылка на профессиональный

модуль (МДК.01.01)

Слушают,

делают

опорный конспект (схему

температурных

полей).

Задают

уточняющие

вопросы.

ПК

1.1

(Понимание

причин дефектов), ОК 01

4.

Практический

кейс

(Расчетная

задача)

(30

мин)

Задача: «Рассчитайте

удлинение

полосы

стали

длиной 2 м при нагреве дугой

до 1500 °C. (α = 12·10

1/°C).

⁻⁶

Решают задачу у доски и

в тетрадях. Обсуждают в

группах

варианты,

оформляют решение

ПРб 4 (Решение задач),

ОК 02, ОК 03, ОК 04

(Работа в команде)

Какой зазор нужно оставить,

чтобы

избежать

сильного

сжатия

при

сборке?»

Групповая работа: Делит на

группы.

1-я

группа

рассчитывает расширение, 2-я

–

количество

теплоты

для

нагрева,

3-я

предлагает

технологический

прием

снижения деформаций.

5.

Демонстрационный

эксперимент (10 мин)

Демонстрирует

модель

теплового расширения (нагрев

стержня

в

приборе).

ИЛИ

показывает

видеофрагмент

(замедленная съемка) тепловой

деформации

пластины

при

сварке

валиком.

Просит

объяснить увиденное на основе

расчетов.

Наблюдают,

фиксируют

визуальное

подтверждение

теории.

Объясняют

физику

явления.

МР

(Познавательные),

ПРб 2

6. Рефлексия и задание

на дом (7 мин)

Рефлексия:

- «Что из сегодняшней темы

вы возьмете в работу, чтобы

избежать

брака?»

Домашнее

задание:

1.

Заполнить

таблицу

«Причины

сварочных

деформаций

и

способы

их

устранения»

(с

физическим

обоснованием).

Отвечают

на

вопросы,

записывают

задание.

Оценивают свою работу

на уроке.

ОК

02,

ОК

03

(Саморазвитие)

2.

Подготовить

сообщение:

«Физический

смысл

обратноступенчатой сварки»

4. Методические рекомендации по проведению

1.

Проблемная подача: Начинайте урок не с теории, а с реального дефекта (фото бракованного шва или рассказа

мастера). Это запускает механизм познавательной мотивации .

2.

Акцент на формулах: Не заставляйте просто запоминать α (коэффициент расширения). Покажите, что это

критическая характеристика: для алюминия он в 2 раза больше, чем для стали – значит, деформации при сварке

алюминия будут сильнее, и нужна особая техника.

3.

Межпредметная

связь: Постоянно

ссылайтесь

на

материалы

профессиональных

модулей

(«Материаловедение», «Оборудование»). Это повышает статус физики как базовой дисциплины .

4.

Расчеты: В задачах используйте реальные значения сварочного тока (не абстрактные 100 А, а параметры для

конкретного электрода) и типы сталей, с которыми работают студенты на практике .

5. Фонд оценочных средств (ФОС)



Критерии оценки расчетной задачи:

o

«5»: Верная формула, корректный расчет, единицы измерения СИ, предложен аргументированный способ

борьбы с деформацией.

o

«4»: Верная формула, расчет с незначительной погрешностью (в единицах измерения), способ борьбы

назван, но не обоснован физически.

o

«3»: Формула записана, но расчет выполнен с грубой ошибкой.



Контрольные вопросы для устного опроса:

1.

Что такое зона термического влияния (ЗТВ) и почему она является самым слабым местом шва?

2.

Почему для толстого металла обязателен предварительный подогрев? (Ответ: уменьшается перепад ΔT,

снижаются внутренние напряжения).

Список используемой литературы (для преподавателя)

1.

Овчинников В.В., Гуреева М.А. Основы теории сварочных процессов: учебное пособие для СПО. –

Профобразование, 2023.

2.

Хаустов С.В. и др. Тепловые процессы в сварке: учебно-методическое пособие. – Волг СПО 2021.

3.

Примерный учебно-методический комплекс по общеобразовательной дисциплине «Физика» для ПОО (базовый

уровень). – ФИРПО.