Электродинамиканы оқытудың кейбір педагогикалық принциптері.

10-сыныптың негізгі оқулығындағы «Электродинамика дегеніміз не» деп аталған бапты оқыту барысында ескерілуі қажет жағдай, ол электр және кванттық теорияларға байланысты өтілетін материалдардың бәрі бір ортаға шоғырланғандығы. Оқытудың бұл тәсілін оқушыларға айқындап, ашып айтып ұғындыру керек. Мысалы, электрге тән материалдар электродинамика бөліміне ендіріліп, оның өзі салыстырмалы тыныштық қалыптағы және қозғалыстағы зарядтардың электродинамикасы болып 10-сыныпта өтіліп, 11-сыныпта оның жалғасы ретінде электромагниттік индукция оқытылатыны айтылуы керек. Шоғырландыру барысында электростатика тарауы электродинамиканың бір бөлігі ретінде оқшау оқытылады. Бұл тарауда зарядталған бөлшектердің физикалық қасиеттері, өз маңындағы басқа зарядтарға Кулон күшімен әсері және одан басқа да физикалық құбылыстары қарастырылады.

Осы орайда оқушылар ойына механикадағы динамика ұғымы оралатыны сөзсіз. Оны оқушылар механикадан күш функциясы ретінде, денеге әсер еткен күш салдарынан туған қозғалыс деп түсінген болатын. Ньютонның бірінші заңы негізінде және қазіргі сөз айналымы бойынша динамика - қозғалыс ұғым болып қалыптасып келеді. Сол себепті электростатика көлемі аз материал болғанымен электродинамикаға ендірмей дара оқытылғаны дұрыс.

Оқушыларға: - электростатика тыныштық қалыптағы зарядтардың физикалық қасиеттерін зерттейді - деп түсіндірілген болса, электродинамика зарядтардың қозғалыс кезіндегі физикалық қасиеттерін, қозғалыста пайда болған электромагниттік өрістердің ерекшеліктерін т.с.с. физикалық құбылыстарды зерттейтіндігі ескерілуі қажет. Электромагнит өрісті тек қозғалыстағы зарядтар туғызатынын және дараланған электр өрісінің ерекшелігін, тыныштық қалпында оның айналасында магнит өрісінің пайда болмайтыны ұғындырылуы керек. Электр зарядтарының қозғалып тасымалдануы кезінде ғана магнит өрісі зарядтан шашыраған электр өрісінің әрбір талшығына (бейнелей айтқанда) шығыршықша оралып пайда болады да, одан әрі электр және магнит өрістері бір-бірінен ажырамайды. Себебі олар бір-бірінсіз дара өмір сүре алмайды. Одан әрі таралу барысында олар бірін-бірі қайта тудырады дей отырып, оқушыларға электромагниттік өрістердің зарядтан бөлініп шыққаннан кейін тербелмелі күйге түсіп, ол электромагниттік тербеліс деп аталса, осы өрістердің таралу жылдамдығы жарық жылдамдығына жуық болған жағдайда, оларды электромагниттік толқын деп атайды дегенді оқушыларға ескертіп, түсіндірген жөн.

Электродинамика – электрлік зарядталған денелер мен бөлшектердің өзара әсерлесуін туғызатын электромагниттік өрісті зерттейді.

Басқаша айтқанда электродинамика - қозғалыстағы зарядталған бөлшектер мен денелерден өрбіген электромагниттік өрістердің өзара әсерлерін, қасиеттерін зерттейді.

Бұл анықтама бойынша электродинамика тыныштық қалыптағы зарядтардың өзара әсерлерімен физикалық қасиеттерін қарастырмайды. Ол электростатика бөлімінде қарастырылады.

Электромагниттік өрісті электрлік зарядталған денелер мен бөлшектердің өздері тудырады. Ол кез-келген жағдайда туа бермейді. Физикалық денеде орналасқан бөлшектердің немесе дараланған бөлшектердің энергетикалық қозуы кезінде пайда болған электромагниттік өріс қозған әрбір бөлшекті құрсаулай қоршап орналасады. Қозған бөлшек тыныштық қалыпта тұрса немесе бірқалыпты қозғалса, онда оның айналасындағы электромагниттік өріс бөлшектен «үзіліп» бөлек шығып, дара электромагниттік толқынға айналып, бейтарап бағытта таралады. Электромагниттік өрістің екінші бір түрінің пайда болуы қозған бөлшектің қозғалысы тербелмелі процесс күйінде өтетін болған жағдайда электр өрісі өз айналасында магнит өрісін тудырып, керісінше сол туған магнит өрісі өз айналасында келесі электр өрісін тудырады. Екі түрлі өрістің осылайша бірінен-бірінің туындауы қозған бөлшектердің тербелмелі қозғалысының жоғары жиілікті тербелісте өтуі кезінде іске асады.

Электродинамика электр зарядтары бар бөлшектердің, денелердің электр және магнит өрістері негізінде жүретін өзара әсерлерін зерттейді. Бұл өрістер өзара байланысты болады. Құбылыстардың түрленуіне байланысты олар бір-бірін тудырып, бір-бірімен өзара перпендикуляр жазықтықта орналаса алады.

Зарядталған бөлшектер арасындағы өзара әсерлесу күші гравитациялық әсер күшінен әлдеқайда артық болады. Зарядтардың өзара әсер күшін зерттеумен сол зарядтардың физикалық қасиеттерін, құрылысын электрондық қабықшаларының энергетикалық күйін және де басқа қажетті параметрлерін анықтауға болады.

Электродинамиканың бастамасында Максвелл еңбектері туралы айтылу асығыстық. Ол оқушылар есінде қала бермейді. Максвелл теңдеулері электродинамиканың екінші жартысында, электромагниттік индукцияны оқытуда қажет болады.

Электродинамиканы оқытудың кейбір педагогикалық принциптері:

Оқытылатын материалдың құрамын ойдағыдай игеру сабақ беру кезінде оқушының танымдық әрекеттерін көтеретін дидактикалық әдістерді кеңінен пайдаланылғанына байланысты. Бұған ерекшеліктері ұқсас түсініктерді, құбылыстарды, заңдылықтарды салыстыру әдістері, анологтар мен модельдерді, демонстрциялық тәжірибелерді қолдану және т.б. жатады. Ұқсастық және айырмашылық белгілерін салыстыру, іздестіру білімді игеру процесінің маңызды бөлігі болып есептеледі. Сұрақтарды игеру үшін ерекше маңызы бар салыстыру әдістері электродинамика бөлімінде көптеп кездеседі. Мысалы, Кулон заңын және бүкіл әлемдік тартылыс заңын, магнит және электр өрістерін, әр түрлі ортада электр токтарын салыстыру.

Жоғарыда айтылғандай, электродинамиканы оқыту әдістемесінде анологтар мен модельдерді қолдану үлкен орын алады. Ғылым саласында аналогтарды көп ғалымдар қолданады. Аналогияны қолдана отырып Максвелл электромагниттік өріс жөніндегі ілімнің негізгі болатын тамаша теңдеуін алған. Ол өзінің атымен аталған ток күшімен кернеуліктің арасындағы байланыстығын анықтайтын заңды алу үшін электр тогымен су ағысының аналогиясын қолданған.

Күрделі құбылыс пен заңдылықтарды түсіндіру үшін оқыту барысында аналогтар қолданылады. Бақылау арқылы түсіне алмайтын құбылыстарды зерттеуде аналогты қолдану ерекше пайдалы. Электр тогын көлбеу винттік науа арқылы, қозғалған шариктің аналогы арқылы ток көзінің ролі, ЭҚК түсінігін енгізу және ток тізбегін қарастырғанда кездеседі. Магнит өрісін оқу барысында көп түсініктер аналогиясы арқылы жеткізіледі. Аналогия термоэлектрондық эмиссияны (сұйықтың булануы), өздік индукция құбылысын (инерция), ЭҚК пайда болуын, тізбекті ажыратқандағы өздік индукцияны (гидравликалық соғу) оқыту барысында қолданылады.

Электродинамиканы оқытуда модельдерді қолданудың ерекше маңызы бар. Бұл атомдардағы, электрондардағы, иондардағы анық бақыланбайтын бөлшектер туралы ұғымдарды көрсететін модельдер. Мысалы, металдағы токтарды қарастырғанда электрондық газ көрінісінің моделі қолданылады, ол жерде электрондарды электр заряды бар материалдық нүкте ретінде қарастырады. Сонымен бірге бұл модельде металдағы электрондардың қасиеттерін түсіндіруге ескерілмейтін жағдайларды оқушыларға түсіндіру қажет.

Тікелей бақылауға жатпайтын құбылыстарды аналог пен модельдерден басқа оқу кинофильмдері қолдану арқылы түсіндіріледі.

Адамның ойлау процесі белгілі бір проблемалық жағдайлар кезінде дәлел түсетіні белгілі. Бұл маңызды жағдайды оқыту процесі кезінде естен шығармау қажет. Электродинамиканы оқыту барысында проблемалық жағдай жасаудың тиімді әдісіне кейбір тәжірибелер мен эксперименттік есептер жатады. Мұндай тәжірибелерде көрсетілген құбылыстар бір қарағанда оқушылардың бұрын алған ілімдеріне қарама-қайшы болып көрінуі мүмкін не болмаса алған білімдерінің негізінде түсініктеме қажет етеді. Мысалы, қыздыру лампасы үшін тәжірибе арқылы алынған вольт-амперлік сипаттамасы қисық сызық болады, металл өткізгіштегідей түзу болмайды. Қарама-қайшы болып көрінген құбылысты анықтау үшін оқушылардың алдында өткізгіштер кедергісінің температураға тәуелділігін оқу керектігін кою керек.

Электродинамиканы оқытудағы тәжірибелер.

Физиканы оқу барысында оқушылар негізгі құбылыстарды, заңдарды, теорияларды және оны қолдануды игеріп қана қоймай, сонымен бірге ғылымның тәжірибелік және теориялық әдістерімен танысуы қажет. Осы әдістер оқу процесінде сәтті үйлестірілсе ең жақсы педагогикалық нәтижелер береді.

Физика курсының барлық бөлімдерінің ішінде тәжірибелер кеңінен қолданылатын бөлім – электродинамика. Бұл оқытушыға электродинамика сабағын жүргізу кезінде түрлі құбылыстарды, жаңа ұғымдарды, заңдарды көрсеткен кезде тәжірибелерге сүйене өткізуге болады. Ғылымның дамуында іргелі тәжірибелер орны ерекше. Мұндай тәжірибелерді оқытуға ерекше көңіл аударылу қажет.

Электродинамика бөлімін оқыту барысында мынадай іргелі тәжірибелік жұмыстар қарастырылу қажет:

-зарядтардың өзара әсерлесу жөніндегі Кулон тәжірибесі;

-электр тогының магнит стрелкасына әсері туралы Эрстед тәжірибесі;

-тогы бар өткізгіштердің өзара әсері жөніндегі Ампер тәжірибесі;

-Ом тәжірибесі негізінде анықталған ток күшінің кернеуге байланыстылығы.

-электромагниттік индукция және электролиз туралы Фарадей тәжірибесі;

-электронның зарядын Милликен тәжірибесі арқылы өлшеу және электрдің атомдық құрылысын көрсететін Иоффе тәжірибесі;

-металдардың өткізгіштігінің электрондық табиғатын дәлелдейтін Толмен-Стюарт және де Мандельштам мен Папелекси тәжірибелері;

Бұл тәжірибелердің көпшілігін мектептегі зертхана қондырғыларында көрсетуге болады. Мектеп зертханаларында көрсетуге мүмкіндігі болмайтын Милликен, Толмен-Стюарт тәжірибелерін оқу кинофильмдері, плакаттар және тағы басқа көрнекті құралдар арқылы түсіндірілуі қажет. Сабақта көрсетілген тәжірибелер:

-алдын-ала проблемалық сұрақтар қойылса;

-осы тәжірибе арқылы тексерілетін гипотеза дәлелденсе;

-тәжірибелердің нәтижелері интерпретация жасалса;

-тәжірибелердің нәтижелері талдап қорытылса;

ол қойылған мақсатына жетті деуге болады.

Тәжірибелерді көрсетумен бірге кеңінен кинофильмдер, диафильмдер, диапозитивтер, кестелер қолданылуы қажет. Бұлар әсіресе тікелей бақылауға болмайтын құбылыстарды түсіндіру кезінде қолданылады. Электродинамика бөлімінде мұндай сұрақтарға ортадағы электр тоғы мен заттардың магниттік қасиеттері туралы тақырыптар жатады

Лекция 2