3. Мектептік физикалық эксперимент техникасы мен әдістемесінің айырмашылығы және өзара байланысы
Мектептік физикалық экспериментті қойған және өткізгенде техникалық және әдістемелік аспектілер орын алады. Физикалық аспаптың құрылысы мен құрылымын және оларды қолдана білу - бұл физикалық эксперименттің техникалық мәселелері болып табылады. Ал нақты физикалық материалды оқып-үйрену үрдісінде физикалық тәжірибенің орнын анықтау, бақыланып отырған құбылысты түсіндіру, тәжірибеден ең көп ақпарат алу - физикалық эксперименттің әдістемесіне жатады.
Осыған сәйкес физикалық тәжірибені қою техникасы және физикалық тәжірибені жүргізу әдістемесі туралы айтуы керек. Болашақ физика мұғалімдерін, педагогикалық институт студенттерін екеуіне де үйрету керек.
Олар, біріншіден, физикалық аспатар туралы, олардың құрылысы, олармен жұмыс істеу ережелері, оларды қолдана білу туралы қажетті білім алуы керек, ал екіншіден, бұл аспапты физика бойынша оқу процесінде қашан және қай жерде қолдану керектігін, қарастырылып отырған тәжірибені берілген аспаппен қалай «сүйеніп, арқау етуге» болатынын, қандай түсініктеме беруге, оқушылар тәжірибені жақсы көріп, есту және түсіну үшін тәжірибені қалай көрсетуге болатынын білу керек.
Бірақ, физиканы оқыту теориясы мен әдістемесінде ғылымдағы сияқты «тәжірибені көрсету техникасы» және «тәжірибені жүргізу әдісі» терминдері бір-бірімен байланысы болғандықтан бөлек қарастырылмайды, ал бір термин түрінде міндетті түрде бірге қарастырылады. Екі біріктірілуі қарастырылуы мүмкін «мектептік физикалық тәжірибенің әдістемесі мен техникасы» көп жағдайда қарастырылған терминдердің екіншісі қарастырылады, себебі бізге маңыздысы бірінші орында физикалық тәжірибелерді жүргізу әдістемесі, яғни негізінде осы сұрақпен айналысамыз.
Сонымен, берілген мәселе бойынша бірнеше қорытынды жасауға болады.
Біріншіден, «мектептік физикалық тәжірибені көрсету техникасы» термині сияқты «мектептік физикалық тәжірибелерді жүргізу әдістемесі» терминін де бірдей қарастыруға болады.
Екіншіден, практикада осы екі терминді де бөлмей, бірге қарастырады.
Үшіншіден, әрі қарай жұмыс істеу үшін «мектептік физикалық тәжірибенің әдістемесі мен техникасы» қолданылады.
Төртіншіден, «техника» және «әдістеме» терминдері әр түрлі мағынаға ие болса да, бірақ оқу процесінде мұғалімнің қызметі маңызды, ал мұғалім қызметі мектептік физиканың тәжірибе техникасы мен әдістемесі бойынша өте байланысты болғандықтан екі әр түрлі қызметке бөлуге болмайды.
Сондықтан «тәжірибені көрсету техникасы» және «тәжірибені жүргізу әдістемесі» терминдері бір-бірімен байланыстылығын бекітуге барлық негіздерге иеміз.
Негізгі әдебиеттер: [1,3,4-8]
Қосымша әдебиеттер: [1,7, 10-13]
Лекция 2. Оқу үрдісінде эксперименталдық қондырғыларды қолдану ептілігін қалыптарстыру
Оқытушы физика курсының бөлімдері және бөлім тақырыптары бойынша өз жұмысын бір жылға, жартыжылдыққа жоспарлайды. Бұл жұмыстардың ішінде физикалық экспериментте жоспарлануы тиіс. Мұғалім физикалық экспериментті нақты сабаққа ғана емес, физика курсының барлық тақырыптары бойынша өткізілетін сабақтарға таңдағаны қолайлы.
Жоспарлауды жүзеге асыру және сабақ үстінде физикалық тәжірибелер ғана көрсетіліп қоймай, тақырыпқа қатысты физикалық эксперименттердің барлық жүйесі көрсетілуі үшін нені білу маңызды екендігіне назар аударайық.
Біріншіден, қарастырылып отырған тақырыптың физикалық мағынасын терең түсіну, процестердің және құбылыстардың физикасын білу қажет. Бұл міндетті түрде әдебиеттермен, яғни ең алдымен қолданып жүрген мектеп оқулықтары, жоғарғы оқу оқулықтары және басқада оқулықтарvмен жұмыс істеу дегенді білдіреді. Физика мұғалімі осының нәтижесінде тақырып материалы бойынша логикалық схема құрастыруы қажет. Бәрінен қолайлысы тақырып бойынша граф құрастыру. Онда тақырыпта қарастырылатын түсініктер, заңдылықтар арасындағы логикалық байланыс көрсетіледі. Сонымен граф логикалық байланысқан құрылым болып табылады. Онда түсініктер нүкте (немесе белгіленген дөнгелек) және сәйкесті әріппен кескінделеді, ал олардың арасындағы байланысты кесінді (тілше) арқылы белгіленеді. 1-ші суретте келтірілген граф келесі ұғымдар арасындағы байланысты көрсетеді: масса т, тығыздық , көлем V, аудан S, биіктік h, дене негізініің қабырғалары ажәне b
1-сурет
Расындада, Біртекті дененің тығыздығын табу үшін, алдымен оның ауданын S = ab, содан кейін көлемін V = Sh, ал соңында тығыздығын = m/V анықтау қажет.
Егер мұғалім тақырып бойынша граф құрастыра алса, онда ол тақырып бойынша барлық түсініктер, олардың арасындағы байланыс, тәуелділік, олардың пайда болу ретін айқын көреді.
Тақырып, мәселе, ірі негіз болатын физикалық түсінік бойынша демонстрациялық экспериментті жоспарлаудың басқа түріне құрылымдық-логикалық схема құрастыру жатады.
Мысалы, мұғалім физика курсының «Электродинамика» бөліміндегі «Электромагниттік өріс» тақырыбына физикалық эксперимент ойластырып, таңдауы қажет болсын. Осы қойған мәселені шешу үшін түсініктер мазмұнының құрылымдық-логикалық схема құрастырылады (2-сурет).
Егер де мұғалім физикалық экспериментті осы құрылымдық-логикалық схемаға сәйкес таңдайтын болса, онда нәтижесінде жеке-дара эксперимент емес, электростатикалық өріс, стационар электр және магнит өріс, айнымалы электр өрісі, электромагниттік толқындарды көрсететін тәжірибелерден тұратын физикалық эксперимент жүйесін алады.
2-сурет
Осы пункттердің әрбіреунде жеке тәжірибелермен бірге тәжірибелер жиынтығыда болуы мүмкін. Тәжірибелер жиынтығын түсініңтердің дамуы логикасына жауап беретіндей етіп құрастыру қажет.
«Электродинамика» бөліміне арналған құрылымдыө-логикалық схеманың түрі 3-суретте келтірілген.
Екіншіден, мұғалм берілген тақырып бойынша қандай оқу жабдықтары бар екендігн білуі тиіс. Бұл мәліметтерді А.А. Покровскийдің «Учебное оборудование по физике в средней школе» оқулығынан және де әдебиеттер тізімінде келтірілген оқулықтардан табуға болады.
Үшіншіден, осы қажетті жабдықтардың ішінен қайсысы өзінің физика кабинетінде бар екендігін білу.
Төртіншіден, тәжірибелерді жеке сабақтарға емес, толық тақырыпқа дайындау қолайлы. Егер мұғалім физикалық материалды оқып-үйрету логикасын орнатса, онда осыған сәйкес физикалық экспериментті таңдап алу, қарастырылатын тақырып бойынша физикалық эксперимент жүйесін дайындау, содан соң сабақ өткізу жоспарларын құрастыру барысында ретпен осы экспериментті қолдану қажет.
3-сурет
Бесіншіден, физикалық түсініктер мен сәйкесті демонстрациялық эксперимент арасында тағайындалған байланыстарды оқушы санасына жеткізу өажет. Оқушылар осы байланысты көріп және түсіне білулері тиіс. Ол үшін оларға оқытылатын материалдың бөлігі бойынша дайын графтарды беру немесе өз беттерінше дайындауды ұсыну қажет.
Егер де мұғалім осы принципиалды бастапқы жағдайларды меңгерген болса, онда ол өз практикасында тек тәжірибелерді ғана емес, физика курсының барлық тақырыптары бойынша физикалық эксперимент жүйесін көрсете алады.
Негізгі әдебиет: [1, 2,4,9,14]
Қосымша әдебиет: [1, 2,5,6]
Лекция 3. Физика сабағында демонстрациялық тәжірибелерді өткізу технологиясы
Физикалық тәжірибелерді қоюшыға қойылатын кейбір талаптар
Демонстрациялық тәжірибелерді қоюдың дайындық кезеңі.
Сабақ үстіндегі демонстраиялық тәжірибе
Демонстрациялық тәжірибені аяқау барысындағы іс-әрекет
1. Физика мұғалімінің демонстрациялық аспаптармен жұмыс істеу барысындағы іс-әрекетін тек сыртқы жағы бойынша қарастыратын болсақ, онда мәселе өте қарапайым болып көрінеді: мұғалім аспапты алды, тәжірибені көрсетті және оны айтылып жатқын физикалық құбылыспен байланыстырды. Бәрі қарапайым, жеңл, айқын. Бірақта, іс жүзінде бқл өте күрделі, көпжақты, көп кезеңді әрекет. Оған үйрену, эстетикалық және т.б. жағын айтпағанда, оқушылардың танымдық белсенділігін арттыра отырып, оны тиімді іске асыруды білу қажет.
Физика сабағында демонстрациялық тәжірибені өткізудің келесі кезеңдері бөлуге болады:
дайындық кезеңі;
физикалық тәжірибелерді көрсеті;
тәжірибені оұытылып жатқан материалмен және мұғалім сөздерімен байланыстыру;
демонстрациялық аспаптармен немесе жабдықтармен жұмыс істеуді аяқтау кезеңі.
Әрине бұл кезеңдерге мұғалімнің өзінің іс-әрекетімен байланысты элементтер кірмейді, өйткені мұғалім танымдық эффектпен қоса, эстетикалық жағын да ойластыруы тиіс (яғни, дұрыс тұра біл, қолдарымен тиімді әрекет жасау, тұлға ретінде өзіне қызығушылық туғыза білу).
Осы әрекеттердің барлық жиынтығын физика сабағында демонстрациялық тәжірибелерді өткізу технологиясы деп түсіну керек.
Мұғалім актер болуы керек деп түсінуге болмайды. Ең алдымен ол барлық уақытта да оқыту, білім беру, оқушыларға ойлау, ойлану, қорытынды жасау,а үйретуі тиіс. Дегенмен мұғалім үшін кейбір артистік дағды да өте пайдалы болады. Мысалға, дұрыс қойылған дауыс, әдемі жүрісі, қолы арқылы жасалатын сәтті әрекеттер сияқты.
Физикадан үлкен білім қорына, жоғары мәдениетке ие бола отырып, физика мұғалімі өз ісінде артист, кәсіпті маман, оқу үрдісін жасаушы бола алады.
2. Физика мұғалімі тәжірибені ең алдымен лаборанттық бөлмеде дайындайды. Оның іс-әрекеті келесідей болады:
қажетті аспапты алып, оның іске жарамдығы анықталады;
аспап сипаттамасы туралы мәліметтер қарастырылады;
ойластырған тәжірибені көрсету үшін тағы не қажет екендігін анықтап, қекекті тетіктерді алу;
лаборанттық бөлмедегі үстелге қондырғы жиналады;
тәжірибені жүргізіп, нәтижелерін бақылап, оның көрінуі, эффекттінің ұзақтығы, тәжірибе салдары және т.б. бағалау;
тәжірибенің физика кабинетіндегі демонстрациялық үстелден бақылау мәселесі ойластырылады;
тәжірибенің физика кабинетіндегі демонстрациялық үстелде дайындау кезеңі жүргізіледі. Бқл кезде келесілерге назар аударылады: тәжірибе нәтижесі кабинеттің барлық жерінен жақсы көрінуі, фон таңдау, тәжірибені жарықтау немесе қараңылау және тәжірибе әсерлігін (эффектісін) күшейту тәсілдері және т.б.;
егер де бақылау тәжірибесі қанағаттанарлық болса, онда жиналғн қондырғыны тасымал үстелдің көмегімен лаборанттық бөлмеге көшіре тұруға болады;
тәжірибені көрсету реті туралы мәселе қарастырылады (оның маңынасын баяндауға дейін немесе кейін), тақтаға не жазылады, тәжірибе барысында мұғалім қай жерде тұрады, оқушылар дәптерлеріне нені түсіреді және т.б.
3. Егер де тәжірибе сабақ басында көрсетілсе, онда қондырғыны демонстрациялық үстелге алдын ала орналастыруға болады, егер сабақ барысында болса, онда сәйкесінше сол кезде шығарылады.
Тәжірибені сабақ басында көрсеткенде, мұғалім сабақ тақырыбын жазып, оқушыларға осы құбылыс бойынша тәжірибе көрсетілетіндігін хабарлайды, ал содан кейін тәжірибені орындайды. Осы кезде мұғалім қондырғыны көрсетіп, оның бөліктерін атап таныстырады, оқушылардың неге назар аударуы қажет болатындығын айтады да ыңғайлы орналасады.
Егер де тәжірибе сабақ барысында немесе соңында көрсетілсе, онда мұғалім қажетті жазуларды тақтаға жасай отырып, әңгімелейді, сосын тәжірибені демонстрациялауға кіріседі.
Барлық жағдайда қосымша түсінідіру жүргізе отырып, тәжірибені қайталау қажет (бір немесе екі рет).
Тәжірибені көрсету барыснда анықталған барлық әсер етуші факторлар ды міндетті түрде арнайы карточкаға тіркеу қажет.
Қорытындылай отырып бірқатар жалпы ескертулерге тоқаталайық:
қондырғы демонстрациялық үстел үстінде қалып, мұғалім оған қайта орала тын жағдайларда болады;
бір сабата көп тәжірибе көрсетуге болмйды, өйткені оқушылардың назары әлсірейді;
демонстрациялық тәжірибелерде дәл өлшеулер жүргізу қолайсыз. Өлшеулер сапалық сипатта болуы тиіс.
Тәжірибені көрсетудің бірнеше тұсқасы болатын болса, педагогикалық тұрғыдан алғанда әсерлісін таңдау керек.
Бірқатар тәжірибелер ерекше жағдайды талап етеді. Мысалы, электростатика бөлімі бойынша тәжірибелерде ауаның құрғақ болу өажет.
Физикалық тәжірибелерді көрсету барысында оқушыларды да қатыстырған жөн;
Демонстрацияларды көрсету кезінде қауіпсіздік ережелерін сақтау қажет.
Негізгі әдебиет: [11,13,15]
Қосымша әдебиет: [1, 2,3]
Лекция 4. Оқу эксперементтік қондырғылардың жеке элементтерінінің параметрлерін сәйкестендіру және есептеу әдістемесі
Қондырғының принципиалды сұлбасын дайындауды екі кезеңге бөліге болады. Бірінші кезең барысында мұғалім эксперимент идеясын құрастырады, екіншіде қондырғы элементтерін таңдайды. Мұғалім шеберлігі осы экспериментті қалай өздігімен құруға болатындығымен анықталады.
Мұндай шеберлік жаңа эксперимент қойғанда немесе істен шыққан аспапты басқамен ауыстырғанда қажет. Аспаптың қандай параметрлері маңызды екендігін бағалай алатын мұғалім қондырғыдағы қандай да бір аспапты немесе бұйымды қажетті параметрі бойынша ұқсасына ауыстыра алады.
Сонымен қатар, эксперименттің кез келген басылымдағы сипаттамасы тиімсіз болуы да мүмкін екендігін естен шығармау керек. Сізде қажетті барлық бөлшектері болса да, қондырғы схемасында жүргізілген кішігірім өзгерістер қандай да бір параметрі бойынша жақсартады. Мысал келтірейік, В.А. Буровтың жартылай өткізгіштердің қоспалы өткізгіштігінің түрін анықтауға арналған тәжірибесі Н.М. Шахмаев и С.Е. Каменецкийдің «Демонстрационные опыты по электродинамике» (М., 1973) атты енбегінде жарияланған. Онда авторлар жартылай өткізгішті термоэлементті паяльникпен қыздыруды ұсынады. Тексте паяльнипен қолдану барысында термоэлементті істен шығарып алуға болады деген арнайы ескерту де бар. Бірнеше жылдан соң С.А.Хорошавиннің «Техника и технология демонстрационного эксперимента» деген енбегінде мектеп физика кабинетіндегі аспаптарды істен шығуының себептерінің бірі пластинкалардың дәнекерден тыс қалуы деп атап кеткен және де қыздырғыш элемент ретінде ыстық сумен толтырылған калориметрдің алюминий стаканын қолданған жөн деген. Мұндай стакан физика кабинетінде әр кезде де табылады, ал қыздыруды шектеу автоматты түрде, өйткені ыстық судың температурасы 1000С жоғары бола алмайды.
Қондырғылардың бөлшектерін таңдау және оларды сәйкестендіру жалпы алғанда инженерлік мәселе. Бірақта мұғалім арнайы инженерлік білім алмайды. Сондықтанда ол тек өз біліміне сүйенеді. Сонымен қатар инженерлік істерге, конструкторлық және өнертабыс шеберліктеріне арналған әдебиеттермен танысу пайдалы.
Негізгі қателіктерден шыға білу әрекетінің схемасын қарастырайық. Кез келген эксперименталдық қондырғы жұмыс істегенде «шығысында» оқушыларға байқалатын эффект көрінуі қажет. Бұл мысалы, оқушы тікелей бақылай алатын қондырғы элементінің қандай да бір өзгерісі (механика тәжірибелеріндегі дененің орынауыстыруы, электр тогымен қыздырған кездегі өткізгіштің түсі мен ұзындығының өзгеруі және т.б.), немесе қандай да бір индикатордың өзгерісі (гальванометр тілшесінің қозғалысы, неон шамының жарқырауы, жарық белгінің орынауыстыруы). Ең алдымен эффект нақты байқалатындай етіп элементтердің параметрлерін таңдап алу қажет.
Көрініс сенімді болуы үшін аспап тілшесі шкаланың кем дегенде төртен бір бөлігіне ауытқуы қажет, орын ауыстыратын объект өлшемдері кем дегенде 1 см және ол бірнеше сантиметрге ығысатындай болуы тиіс. Жарықтық және акустикалық параметрлерді бағалау қиынырақ, бірақта адам көзі жарық қарқындылығының өзгерісін 1%-ға дейн байқауға және оның толқын ұзындығы 50 нм, құлағы дыбыс қарқындылығының өзгерісін 1% -ға және тербеліс жиілігі бірнеше герцқа сезуге қабілетті.
Осыдан кейін тәжірибе басынан эффект бақыланғанға дейінгі уақыт аралығын бағалау керек. Ол аралық тым қысқа, не тым үлкен болмауы тиіс. Бірінші жағдайда оқушылар ештеңе көріп үлгірмейді де, күмәнданады. Екінші жағдайда тәжірибе уақыты созылып кетеді де, оқушылар назары әлсірейді.
Енді көрсетіліп отырған құбылыс және де қондырғы құрылысы қандай заңдылыққа бағынатынын ұғыну керек. Мысалға, біз дыбыс биіктігінің тербеліс жиілігінен тәуелділігін демонстрациялауды жоспарладық делік. Бізде дыбыс генераторы, осциллограф және дыбысхабарлағыш болсын. Мектептік дыбыс генераторында үш шығыс бар. Бірінің шығыс кедергісі аса жоғары, екіншісі – орташа, ал үшінші – төмен омдыө. Дыбысхабарлағыш шығысындағы кедергі – бірлік омды. БІрінші элементтің шығысындағы кедергі екінші элементтің кірісіндегіге тең болған кезде электр тізбегндегі максималды қуат бір элементтен екіншіге беріледі. Демек, дыбысхабарлағышты дыбыс генераторының төменгі омдық шығысына жалғау қажет. Егер оны жоғары омдық шығысына жалғасақ, қуаттың көп бөлігі генератордың шығысындағы кедергіге пайдасыз (бос) жұмсалады да, дыбысхабарлағыш дыбысы төмен болады.
Бізге қажетті тәуелдігік формулаларын жазып алып, қондырғы жұмысын анықтайтын параметрлер тізімін құрастыруымыз керек. Олардың бір бөлігі (шығысындағы параметрлері) байқалу шартынан беріледі. Басқаларын мұғалім вариация жасай алмайды (мысалға, еркін түсу үдеуі), ал қалған параметрлерді жазып алған формулаға сәйкес есептеп алуға болады. Есептеу жүргізу үшін мұғалім физика кабинетінде бар аспаптардың параметрлерін білуі тиіс. Олардың көпшілігін аспап сипаттамаларынан табуға, ал кейбіреулерін тура өлшеп алуға болады. Есептеулерге қажетті параметрлердің бір бөлігін анықтамалық әдебиеттерден тауып алуға болады (мысалы, «Справочник по физике» А.С.Еноховича). Анықтамалық әдебиеттерде жоқ және қарапайым түрде өлшеуге болмайтын параметрлер қиындық тудырады. Кейде мұндай параметрлердің шамасын алу тұтас зерттеулерді қажет етуі мүмкін.
Осыдан соң мұғалім осы параметрлерді қанағаттандыратын қондырғы бөлшектерін дайындайды немесе таңдап алады.
Қондырғы элементтерін таңдау барысында кең мағынада айтқанда осы элементтердің сапасын ескеруі тиіс. Тағы да мысал келтірейік. Айнымалы өріс аймағын қоршап тұрған өткізгіштегі құйынды токты демонстрациялағымыз келсін. Әмбебап трансформатор жиынтығында катушкасы бар рамка болады. Катушка орамдарының ұштары индикатор ролін атқаратын шамға тұйықталған. Егер де алғашқы орамы айнымалы токпен қоректенетін осындай катушканы тұйықталмаған трансформатор өзекшесіне кигізсе, шам жанады да оқып-үйренуп жатқан құбылысты көрседі. Алғашқы орамды қоректендіру үшін физика кабинетіндегі ВС-24М ток көзін қолдануға болатындай. Оның екі шығысы бар – тұрақты және айнымалы токқа. Айнымалы ток шығысын шам жеткілікті түрде жанатындай реттеу оңай. Бірақта біз бұл тәжірибені толықтырғымыз келеді. Алғашқы орам тұрақты токпен қоректендірілген кезде құйынды ток пайда болмайтындығын, яғни шам жанбайтындығын демонстрациялаймыз. Трансформатор катушкасына баратын сымдарды айнымалы ток шығысынан тұрақтыға ауыстырып, рамканы өзекшеге (жүрекшеге) жақындатамыз. Шам жанады. Таңдап алынған ток көзінің тұрақты ток шығысы бір жаққа бағытталған пульсацияланатын токпен қамтамасыз етеді екен. Демек, бұл тәжірибе ВС-24М ток көзі қосымша элементтерсіз жарамайды. Енді басқа ток көзін алуға не ВС-24М көзінің шығысын пульсациясын алып тастайтын мән шығыс кернеуінің тұрақтылығын қамтамасыз ететін сүзгішпен толықтыру керек.
Келтірілген мысал қолда бар аспаптардың ерекшеліктерін тіркеу принципиалды схемаларды толықтыруды қажет ететіндігін көрсетеді. Кейде осындай толықтыруды сынып бөлмесінің ерекшеліктері де қажет етуі мүмкін. Жоғарыда аталған С.А. Хорошавиннің оқулығында Эрстед тәжірибесін сипаттау барысында өткізгішті токты ажыратқан кезде магнит тілшесі өткізгішке параллель болатындай етіп орналастыру керектігін атаған. Тек осылай орналастырған кезде ғана токтың косылуы тілшенің әсерлі ауытқуын болдырады.
Сәтті демонстарцияны дайында – күрделі процесс, мұғалім қайта қайтып, алдынғыны қайталап, алдындағыны есепке алады. Осы кезде сәтті һзінің немесе басқа әріптестерінің байқауларын жазып отыру және де осы саладағы жарияланған мақалаларды бақылап отырған жөн.
Негізгі әдебиет: [3, 10,12]
Қосымша әдебиет: [1, 2]
Лекция 5. Оқу эксперименталдық қондырғылардағы істен шыққан жерді (бұзықты) анықтау
Тәжірибелерді дайындау және жүргізу барысында мұғалім эксперименталдық қондырғыны немесе оның бөліктеріні жеке реттеу қажеттігімен соқтығады. Жиналған қондырғының жұмыс істемеуінің негізгі себебіне жеке аспаптарыдың техникалық сипаттамаларының сәйкес келмеуі, олардың сапасының төмендігі және мұғалім мен оқушылардың қондырғымен жұмыс ісеуге қатысты практикалық ептіліктерінің жеткіліксіздігі, аспаптарға ұқыпсыз қарауы және олардың сақталуын дұрыс ұйымдастырмауын жатқызуға болады.
Жиірек кездесетін істен шығулар корпустың, басқару тұтқаларының, қосқыш ұяшықтардың және басқа бөлшектердің механикалық зақымдалуымен байланысты. Бұған тағы ыдыстардың герметикалығының (тығындалуының), жалғағыш сымдардағы электр түйіспесінің жоғалуы, электр өлшеуіш аспаптардың ауытқығыш жүйесінің бұзылуы, электр тізбегінің жеке элементтерінің жанып кетуін жатқызуға болады.
Оқу эксперименталдық қондырғылардағы істен шығуды диагностикалау әдістері ажыратуға болады: визуалды бақылау, элементтер бойынша тексеру, гипотезалық әдіс, салыстыру әдісі, «вольтметр» және «омметр» әдістері.
Жұмыс істемейтін қондырғыны визуалды байқылау кезінде оның монтаждалған схеммасымен принципиалды схемасының сәйкестігін анықтайды. Дұрыс жиналмағандықтың сыртқы себіне тізбекте токтың болмауы, өлшеуіш аспапт тілшесінің шкаладан тыс ауытқуы жатады. Осылайша өажетті жалғаудың жоқтығы немесе артық жалғауды, ток көзі немесе өлшеуіш аспаптың полярлығы дұрыс жалғанбағанбау қателігін табуға болады. Сыртқы бақылау арқылы қондырғыынң дұрыс істеуіне кедергі болып тұрған механикалық бұзылуларды байқауға болады. Мысалы, арбаша осіндегі үйкелістің аса көптігі, динамометр серіппесінің созылып кеткендігін, оптикалық жүйе элементтерінің бір ось бойынша орналасуының бұзылуы, аспап бөлшектерінің байланысының бқзылуы.
Жеке бөліктерді элементтер бойынша тексеру әдісінің мағынасы атынан ақ білініп тұр. Осы әдістің қолданылуын мысал ретінде келтірейік. Газдардағы изотермиялық процесті демонстрациялау кезінде құрастырылған қондырғы қысымды «ұстамайды» делік. Қондырғы иректелген металл силбфоннан және вакуумдық резенкелі шлангамен жалғанған мановакуумметрден тұрады.
Істен шығып тұрған түйінді анықтау үшін сильфонның герметикалығын тексеру, резеңке шланганың жалғану жерлерін, мановакуумметр кранын және мановакуумметрдің өзін тексеру барысында анықауға болады.
Гипотезалар әдісі келесіде істен шығу пайда болған кезде оның себеін қандай да бір бөлшектен көреді, мысалы, жалғағыш сым. Күмән туғызып тұрған сымды ауыстырады. Егер де бұл көмектеспесе, басқа бқлшекті ауыстырады. Міне осылайша оң нәтиже алғанша ауыстыру жасайды. Әдіс қарапайым, бірақ оның тиімдігі тек келесі жағдайлада жоғары болады: аз ғана бөлшектерден тұратын жұмыс істеп тұрған аспаптарды жөндеу кезінде.
Жоғарыда аталған басқа әдістер конструциясында электр немесе электронды схемалары бар қондырғылар істен шыққан кезде қолданылады. Мұндай аспаптардың сыңған жерін іздеу қиын, өйткені электр тізбегінде өтетін процестер адамның сезу мүшелеріне тікелей әсер бермейді.
Эксперимент қоюшы изоляцияланған сым ішіндегі үзікті, онда электр заряды жүріп жатыр ма, әлде жоқ па көре алмайды, аспапсыз тізбе бөлігіндегі көрнеуді бағалай алмайды. Қарастырылып отырған жағдайдағы істен шығу себептері туралы салдары арқылы біледі. Мысалы, сымда үзік болғанда өлшеуіш аспаптардың көрсетулері немесе шам қызуының болмауы, трансформатор орамын тесіп өту барысында пайда болатын күйік иісі, тізбек элементі корпусының қызып кеткендігі бойынша.
Салыстыру әдісін қолдану үшін алдын ала дайындық қажет. Істеп тұрған қондырғының электр тізбегінде бірнеше жерден кернеу мен ток күшінің мәнін өлшеп алып, жазып қояды. Істен шығу бақылана бастаған кезде сол нүктелердегі ток күші мен кернеуді қайта өлшеп, алдынғы мәндермен салыстыра отырып, үзікті анықтайды.
Егер де өатесіз құрастырылған тізбек жұмыс істемесе, онда үзік орнын «вольтметр» әдісімен анықтауға болады. Аспаптың көмегімен тізбекте үзік болған жердегі электр потенциалды анықтайды. Үзік тізбекті екі бөлікке бөледі. Әрбір бөліктегі кез келген нүктедегі потенциал ток көзінің қосылған полюсінің потенциалына тең. Үзік орнын анықтау үшін вольтметрдің бір үшын ток көзі полюсіне қосады. Екіншісімен барлық өткізгіштерді тексеріп шығады, вольтметр көрсетулерін белгіей отырып. Үзікті өткен дейін вольтметр кернеудің жоқтығын көрсетеді. Содан соң ток көзінің ЭҚК-не тең кернеуді көрсетеді.
Бұл әдістің артықшылығы схемадағы үзікті тізбекті бұзбай анықтауға мүмкіндік беретіндігінде. Бірақта қауіпсіздік мақсатындақондырғы төменгі кернеулі ток көзіне қосылған жағдайда ғана қолданылады.
Егер тізбектегі үзікті ток көзінен ажыратылған жағдайда анықтау қажет болса, онда «омметр» әдісін қолданады.
Егер де тізбек тармақталған болса, онда оны жеке тізбектей қосылған элементтерден тұратын тармақтарға бөледі. Омметрдің бір ұшын тізбектелген тармақтың басына жалғайды, ал екінші үшымен кезекпен элементтердің қосылған жерлеріне түйістіреді. Осы кезде омметр көрсетуін салыстырады.
Омметрмен жұмыс істеу барысында оның ұшына ішкі ток көзінің кернеуі берілетінін есте сақтау керек. Азғантай токты сезгіштігі жоғары аспаптарды бұл әдіспен тексеруге болмайды. Сонымен қатар, схемадағы кейбір элементтердің кедергісі, мысалға, жартылайөткізгішті диодтың түсірілген кернеудің таңбасына тәуелді болатынын, яғни нақты қай ұшы катодқа және анодқа жалғанғандығына байланысты.
Істен шыққан түйінді немесе бөлшекті анықтаған соң оларды ауыстыру мәселесі шешіледі.
Физика кабинетіндегі омметрдің көмегімен көптеген жағдайларды тексеруге болады.
Трансформаторды тексермес бұрын оның барлық жүктемелерін ажырату керек. Алдымен оның орамдарын үзікке, сонымен бірге олардың арасындағы тұйықталудың жоқтығына тексеру жүргізеді. Содан соң орамда орамшалар арасындағы тұйықталудың болуына тексереді. Ол үшін оның бос жүрісі кезіндегі шығысындағы кернеуді өлшейді. Орамшалар арасындағы тұйықталудың жоқтығын бос жүріс кернеуі номиналды жүктеме кезіндегі мәнмен салыстырғанда5-10% -ға артық болуы көрсетеді. Сонымен қатар трансформатор 30°С жоғары қызбауы керек. Жүктеме астындағы трансформатор температурасы 60°С аспауы қажет.
Істен шыққан резисторды кейде визуалды түрде (көзбен) бояу қабатынын қарайып кетуі немесе оның корпусының бұзылуы бойынша анықтауға болады. Омметр көмегімен оның кедергісін өлшеген кезде ғана нақты қорытынды жасауға болады.
Айнымалы резисторлар жылжималы түйіспе мен ток жүргізгіш қабат арасындағы тізбектің бұзылуынан жиі істен шығады. Мұндай істен шығуға кедергі өзгерісінің баппен реттелуінің бұзылуы тән. Ток жүргізгіш қабат пен түйіспені спир немесе одеколонмен сүртугем болады.
Электролиттік конденсатордың ісін полярлығын есепке ала отырып, омметрге жалғау арқылы тексеруге болады. Омметр шегін ең жоғарыомды өлшеу шегіне қоямыз. Егер конденсатор істеп тұрған болса, онда тілше шкаланың нольдің белгісі бар жағына күрт ауытқиды да, бастапқы қалпына қайтады. Тілшенің орнына қайту уақыты конденсатор сыймдылығына пропорционал болады.
Үлкен ток шығына бар кезде немесе полярлығы дұрыс болмаған жағдайда тіілше бастапқы қалпына келмейді, кедергі шығынын мәнін көрсетеді. Конденсаторды ауыстырғанда, сыйымдылықпен қоса кернеу шамасының шекті мәніне де назар аудару керек.
Жартылайөткізгішті диодтарды тексеруде олардың тура кедергісі жүздік омды, ал керу тербелісі жүздік килоомды құрайтынын есепке алу қажет.
Қоректену блогтарында қоланылатын биполярлы транзисторлар эмиттер мен коллектор арасындағы тесіп өту себебінен жиі істен шығады. Транзистордың жарамдығын омметр көмегімен база-эмиттер және база-коллектор өтулердегі тура және кері кедергілерді.
Негізгі әдібиеттер: [3, 9,14]
Қосымша әдібиеттер: [2, 3]
Лекция 6. Демонстрациялық физикалық экспериментте модельдерді қолдану
1. Қандай да бір құбылысты тікелей оқып-үйрену мүмкін емес болғанда, олардың модельдерін, яғни оқып-үйренуге қарапайым нысандармен ауыстырады. Бұл нысан моедль деп аталады. Модельдерді ғылыми зерттеулер мен оқу үрдісінде қолдану модельдеу деп аталады. Оған қарастырып отырған нысан туралы жаңа мәліметтер алу мақсатында олар оқып-үйрену және модельдерді құрастырумен (немесе дайыдарын таңдаумен) байланысты арнайы әдістер жатады.
Физиканы оқып-үйрену процесінде физикалық модельдер мен модельдеу әдістері танымдық әдіс ретінде қолданылады.
Модель мен модельденіп отырған нысанның сәйкестігі әртүрлі деңгейде болады:
модель құрылымының жеке элементтерінің және түп нұсқаның дәл келу деңгейінде;
олардың кейбір маңызды элементтерінің дәл келу деңгейінде;
олардың сипаттайтын шамалар арасындағы функционалдық байланыстың дәл келу деңгейінде;
оқып-үйренуге арналған нысан элементінің арасындағы қатынастардың ұқсастық деңгейінде.
Соңғы жағдай іске асқан кезде модель мен қарастырылып отырған нысан арасында ұқсастық (аналогиялық) қатынас бар дейді.
Модельді зерттеу нәтижесінде алынған білім модельденіп отырған нысан үшін емес модельдің өзі үшін абсолютті сенімді болады. Бірақ модельде алынған ақпаратты (ұқсастықтық және басқа шарттарды есепке ала отырып) түп нұсқаға ауыстыру мүмкіндігі бар. Осыдан модельдеудің танымдық процесс ретіндегі эвристикалық мәні шығады.
Барлық модельдерді екі негізгі түрге бөлуге болады:
материалдық (заттық);
идеалдық, яғни ойша.
Оқыту барлық үрдісін қарастыра отырып, модельдердің барлық түрлері қолданылатынын мәлімдеуге болады. Егер тек физикалық экспериментпен шектелетін болсақ, онда модельдерді қолдануда да материалдық модельдермен ғана шектелу қажет.
Маитериалдық модель оқып-үйренуге арналған процестің құрылымы, өту сипаты және мағынасын қайта өндіреді.
Бұл модельдердің үш түрін ажыратуға болады:
физикалық ұқсас модельдер (физикалық табиғаты және геометриялық пішіні бойынша түп нұсқасына ұқсас, бірақ одан шамалардың сандық мәндері айырмашылығы бар);
кеңістіктік ұқсас модельдер (олардың түп нұсқамен ұқсастығының негізінде геометриялық ұқсастық жатыр. Осыған байланысты оларды макет деп жиі атайды);
матикалық ұқсас модельдер (олар түп нұсқаға қарағанда физикалық, геометриялық ұқсастығы жоқ, бірақ нысаныда, оның моделі де бірдей теңдеумен сипатталады, яғни ұқсастықтық негізінде аналогия жатыр);
Классикалық және қазіргі замағы физиканың дамуына модельдеу маңызды роль атқарды. Демек, физиканы оқытуда да оның маңыздылығы зор.
2. Демонстрациялық экспериментті қолдану арқылы физиканы оқыту натур оқыту деген атаққа ие болды. Егер оқытылып отырған объект оның моделімен ауыстырылатын болса, онда оқыту модельді болады. Бұл жағдайда модель оқу ақпаратының көзі болып табылады. Мұғалім оны ары қарай толықтырады, өйткені модель түп нұсқаға нақты емес.
Оқыту процесінде әртүрлі модельдер қолданылады. Олардың негізгісіне заттық модельдер жатады. Бірақ оқу процесінде олардан басқа олардың түрлері де қолданылады: суретті-фотографиялық модель, образдық және символдық модельдер.
Барлық модельдердің дидактикалық мақсаты мен міндеті бар және оларды қолдану физиканың мектептік курсының барлығына таралады.
Модель иуралы ұғымды VII сыныптан бастап енгізеді. Сонда модельдің мына анықтамасы беріледі: оқытылып жатқан құбылыстың моделі – қарастырылып отырған құбылыспен кейбір ұқсастығы бар және оны оқып-үйренуге арналған жасанды құрылған құбылыс.
Оқушылар үшін мынадай мысал сенімдірек болады. Барлығымызға белгілі құбылысты, яғни найзағайды оқып-үйрену қажет болсын. Бірақта оны қалай оқып-үйренуге болады? Біз орналасқан жерде оның қашан пайда болатынын күту керек пе? Бұл жағдайда да найзағай разрядының қысқа мерзімділігінен огы оқып-үйрене алмаймыз. Тек бақылай аламыз. Ал егер де біз «найзағайды» құрастырсақ, дәлірек айтқанда электр разрядын жасанды жолмен жасасақ, онда оны оқып-үйренуге болар еді.
Осыдан соң оқушыларға электрофор машинасының кондукторларының арасында пайда болатын ұшқынды разрядты демонстрациялайды да, осыны «найзағай моделі» деп атайтынын айтады. Ол жасанды түрде құрастырылған және нақты найзағайға ұқсастығы бар.
Оқытуша мен оқушылар арасында оқытуда модельдер сирек құбылыс, өйткені табиғатты оқып-үйренеміз, демек натур оқыту жүргізіледі деген ойлар қате.
Осы мәселен зерттеушілер С.Е.Каменецкий және Н.А.Солодухин мектеп курсында көптеген модельдер қолданылды және қолданыста екендігін тағайындады.
Сонымен, келесі қорытынды жасауға болады:
оқушыларды модельдеумен физиканы оқытудың алғашқы сатысынан бастап таныстыру қажет;
модельдеудің барлық түрлерін қолдану қажет. Модельдеу – табиғатты және табиғат құбылыстар оқып-үйренудегі танымдылық әдісі болып табылады;
басты назарды заттық модельдерге беру қажет, өйткені олар физикалық эксперементпен тікелей байланысты болаы;
идеалды модельдердің қолданылуы туралы ескертіп отыру қажет.
Төменде мектеп курсының негізгі бөлімдері бойынша үдестірілген модельдер тізімі келтірген.
Механика
Материялық нүкте (идеал модель)
Абсолют қатты дене (идеал модель)
Идеал ссұйық (идеал модель)
Инерция заңын оқып үйренудегі Галилийдің ойша тәжірибесі
«Архимед күші» ұғымын енгізудегі ойша тәжірибе
Электр қозғалтқышы бар автомобильдің моделі
Акселерометр моделі
Ракета моделі
Көкжиекке бұрыш жасай лақтырылған дененің қозғалыс траекториясының моделі
Көлбеу науаның электрифицирленген моделі
Демонстрациялық ворот
Кронштейн моделі
Бұранда моделі
Көтергіш кран моделі
Гидравликалық машинаның қолдан жасалған моделі
Гидравликалықпресс моделі
Гидравликалық тежегіштің істегі моделі
Манометрі бар қимасы айнымалы түтік моделі
Ұшақ қанатының моделі
Гидравликалық турбина моделі
Автоматты үргіш станциясының моделі
Вртолет моделі
Ауа қозғалтқышының (ветродвигатель) моделі.
Молекулалық физика және термодинамика
Молекула моделін құрастыруға арналған білігі бар атомдар моделі
Броундық қозғалыс моделі
Штерн тәжірибесінің моделі
Идеал газ моделі (идеал модель)
Нақты газ моделі (идеал модель)
Атомдардың орналасуындағы алыс тәртіпті демонстрациялауға арналған модель
Кеңістіктік тор және бөлшектердің жинақталуының демонстрациялық моделі
Дене деформациясын оқып-үйренуге арналған аспаптар мен модельдер
Төрт тактілі іштен жану двигателінің моделі
Іштен жану двигателінің істегі моделі
Бу турбиансының қолдан жасалған моделі
Электродинамика
Иоффе-Милликен тәжірибесінің моделі. Мандельштам-Папалекси тәжірибесінің моделі
Рисуночная модель опыта Толмен-Стюарт тәжірибесінің суретті моделі
Электрондардың инерциялы қозғалысының механикалық моделі
Электр өрісінің суретті модельдері
Электр тізбегінде өтетін процестерді түсіндіруге арналған механикалық модель
Жартылайөткізгіштердің қасиеттері (ссуретті модель)
Гальвани элементінің ммоделі
Қышқылды аккумулятор моделі
Сілтілі аккумулятор моделі
Электростатикалық генератор моделі
Күн батареясының моделі
МГД-генераторының істегі моделі
Электромагниттік жүйелі аспаптың моделі
Магнитоэлектрлік жүйелі аспаптың моделі
Электродинамикалық жүйелі аспаптың моделі
Электростикалық жүйелі аспаптың моделі
А.С.Поповтың тұңғыш радиоқабылдағышың моделі
Метрлік толқындағы радиотелеграф байланысының моделі
Сантиметрлік толқындағы радиотелеондық байланыс моделі
Көрінетін сәуле арқылы ақпаратты арақашықтыққа беру моделіі
Лазерлік сәуле арқылы ақпаратты арақашықтыққа беру моделіі
Брэгг тізбегінің моделі
Көз моделі
Перископ моделі
Микроскоп моделі
Резерфорд тәжірибесінің моделі
Эйнштейннің ойша тәжірибесінің суретті моделі.
Кванттық физика
Атомның классикалық модельдері
Атомның энергетикалық моделі
Атомның тамшы моделі
Атомның қабықша моделі.
Іс-тәжірибе кезінде, содан соң физика мұғалімі болып жұмыс атқарғанда физика кабинетіндегі жабдықтарға талдау жасаңыз. Яғни олардың қайсысы модель және осы мақсатта тағы не істеуге болатындығын ойластырыңыз.
Негізгі әдебиеттер: [1, 2,4-9]
Қосымшша әдебиеттер: [3, 4,8]
Лекция 7. Оқушылардың танымдық қызығушылығын белсендетуге арналған проблемалық оқытудағы демонстрациялық эксперимент
Демонстрациялық экспериментті жаңа материалды түсіндіру барысында ғана емес, теорияылқ жолмен алынған қорытындыларды эксперименталды тексеру, қандай да бір қондырғының жұмыс ісеуін көрсетуде де қолданылады. Мұғалімдер тәжірибесінен демонстрацияның назарды белсендету, оқытылып жатырған материал,а деген қызығушылықты арттыру, оқушылардың ойлауын дамытудағы мықты (қуатты) құрал болып қызмет ететіндігі белгілі болып отыр. Осыған мысалы, сабақ үстінде проблемалық жағдайлар құрастыра отырып қол жеткізуболады.
Оқытуда проблемалық жағдай деп оқушының субъективті психологиялық күйін түсінеді. Оның негізінде туындайтын интеллектуалдық қиындық жатады.Оны женуге бағытталған ұмтылыс өз күшімен, алған жаңа білімнің мәнін эмоциионалды сезіну арқылы жауап табу мүмкіндігіне негізделген.
Мұғалімдерге арналған оқулықтарда творчестволық ойлаудың даму сұрақтарымен айналысатын психологтардың бірі Т.В.Кудрявцев дайындаған типтік проблемалық жағдайлар кеңінен қолданылуда. Проблемалық жағдайлардың келесі шарттары ажыратылады:
Бар білімнің пайда болған мәселені шешу үшін қажет біліммен сәйкес болмауы.
Теориялық жолмен мүмкін болатын шешіммен оның практикалық іске аспауының арасындағы және де практикалық түрде қол жеткен нәтижемен теориялық негізделу арасындағы сәйкессіздік.
Орнатылған білім жүйесінің көптігі мен оның бірін таңдау қажеттігі арасындағы қарама қайшылық..
Орнатылған білімді қолдану тәсілдері мен оларды жаңа жағдайда қолдану қажеттілігі арасындағы қарама қайшылық.
Техникалық сұлбаның статикалық сипаты мен кескінделген қондырғының жұмыс динамикасын келтіру қажеттігі арасындағы қарама қайшылық.
Принципиалды сұлбаның сыртқы түрі туралы қалыптасқан дұрыс емес түсінікпен техникалық құрылғының көп конструктивті шешімінің көптігі арасындағы сәйкессіздік.
Проблемалық жағдайдың шешімі оқушыны өзін танымдылық және зерттеушілік белсенділікке бағыттайтын болуы керек. Туындайтын сұрақтар оқушылар үшін маңызды, яғни қызығушылыққа және алдынғы тәжірибеге немесе бақыланатын нақты құбылысқа бағытталған болуы тиіс. Осы құбылыстардың кейбіреуі демонстрациялық эксперименттің көмегімен қайта көрсетілуі мүмкін.
Ескере кететін жай бұл жерде әңгіме арнайы қондырғы, ерекше шарттарды талап ететін тәжірибелер туралы емес. Проблемалық тәжірибелер мұғалімдерге арналған демонстрациялық эксперимент бойынша оқулықарда сипатталғанддардан тек өткізу әдістемесі бойынша ғана айрықша келеді.. Мысал ретінде келесі тәжірибені келтірейік. Атмосфералық қысымның әсерін оқып-үйренуде оқушыларға шетіне шейін сумен толтырылған стақанды көрсетеді.. Оны тілім қағазбен жауып, түбіне қаратын төнкереді. Су ақпайды. Ауырлық күшінің әсеріне қарамастан су стақанда қалатынын түсіндіру қажет. Бұл жағдайда проблемалық жағдай күнделікті тәжірибе мен бақыланатын эффект арасындағы сәйкессіздіктен пайда болады.
Жоғарыда айтыылғандардан проблемалық тәжірибелерді дайындау және өткізу барысында қолдану қажет нұсқау шығады:
Оқушылардың жасы мен даму деңгейін есепке алу қаажет. Бақыланатын бір фактінің өзі әртүрі топтағы оқушылар үшін проблемалық болмауы мүмкін. Мысалы, сумен толтырылған стақанмен көрсетілетін тәжірибе ауырлық күші туралы білетін оқушылар үшін қызықты болады. Ал жасы кішірек балалар үшін «Ал неге су төгілуі керек?» деген сұрақ туындауы мүмкін. Жасы үлкенірек балалар тәжірибе нәтижесінде қайшылықты көрмейді. Өйткені оларда ауырлық күшінің әсері туралы және жер атмосферасының әсері туралы түсінік қалыптасқан.
Сабақ жоспарын құрастыру кезінде материалды баяндау барысындағы тәжірибенің орнын дәл анықтау қажет. Мұндай тәжірибелерді түсіндіру барысында демонстрациялау қолайлы. Кейбір жағдайларда өткенді жалпылау барысында да қолдануға болады. Қойылған сұрақтың жауабын оқушылар келесі сабақта алады деп жоспарлау қолайсыз болады.
Проблемалық тәжірибелерді демонстрациялау алдында оқушылардың назарын тәжірибе нәтижесі қайшылық тудыратын фактілерге түсіретін эксперимент болуы керек. Стақанмен койылатын тәжірибеде оның бетін жаппастан бұрын бір жаққа қарай төңкерілген кезде аауырлық күшінің әсерінен судың төгілетіндігін көрсету керек.
Эксперимент нәтижесі алға қойылған проблеманың шешімін оқушылардың өз күшімен табу мүмкіндігін қарастыруы керек. Осы себептен барлық тәжірибелер проблемалық бола алмайды. Мысалы, физикалық теорияның эксперименталды негізі болып табылатын фундаменталды (іргелі) тәжірибелер проблемалық жағдай тудыру мақсатында қолднылмайды. Шынында да, Эрстед тәжірибесін демонстрацияланғаннан кейін оқушылар тогы бар өткізгіштің маңында магнит өрісі неге болатындығын түсіндіруі күмән.
Тәжірибе жүрісін жоспарлау барысында оқушылардың мүмкін жауаптарын есепке алу керек. Стақанмен қойылатын тәжірибеде «Су неге төгілмейді?» деген сұраққа беруі мүмкін жауап: «Қағаз суланып, стақанға жабысып қалды және судың төгілуіне жол бермейді». Бұл жағдайда суды стақаннан төгіп тастап, оны сулы қағазбен жауып, төңкерген кезде қағазды алынып қалатынын көрсету керек.
Тәжірибенің өту барысындағы мұғалімнің іс-әрекетінде көмекші мезеттер болмауы тиіс
Негізгі әдебиеттер: [2, 9,12,15]
Қосымша әдебиеттер: [6, 8]
Лекция 8. Физика сабағында компьютерді қолдану әдістемесінің кейбір ерекшеліктері
Компьютердің атқаратын роліне сәйкес физикалық экспериментті екі түрге бөледі: компьютерлік және компьютерлендірілген. Бірінші жағдай үшін объекті, құбылыс және процесстердің модельдерімен байланысты эксперименттер тән, ал екіншіде компьютер эксперименталдық қондырғының элементі болып табылатын натур эксперимент тән (физикалық шамалардың датчигімен байланысқан).
Компьютерді эксперимент қою барысында қолдану дәстүрлімен қатар мынадай жаңа білімдік нәтижелерді алуға мүмкіндік береді:
оқушыларда модельдік көріністі қалыптастыру;
оқушылардың компьютерлік модельдермен эксперимент жасау, компьютерді эксперименталды қондырғының элементі ретінде қолдану біліктілігін қалыптастыру;
ақпаратпен жұмыс істеу дағдысын қалыптастыру: ақпаратты алу, өндеу және сақтау;
компьютерлік сауаттылықты қалыптастыру;
зерттеушілік дағдыны қалыптастыру және дамыту;
танымдылық қызығушылығы мен білім мотивациясын қалыптастыру;
кеңістіктік көруді және ойлауды дамыту.
Физиканы оқыту үрдісінде электрондық тасымалдаушылардағы модельдік эксперименттерді қолдану дамытушылық оқыту идеясымен жақсы үйлеседі. Оның технологиясыныңбірі модельдеу арқылы оқыту концепциясына сүйенеді. Бұл кезде модельдеу арқылы оқыту төрт кезеннен өтеді: модельді түсіну, модельді жадыда есте сақтау, жадыдан қажетті материалды шығарып алу, модельден нақты жағдайға өту. Алғашқы үш кезен компьютерлік модельдерді және олармен эксперимент жасау арқылы іске асырылады. Төртінші кезең ең маңызды болып келеді. Оны сәтті түрде ұйымдастыру барысында оқытудың методологиялық функциясы іске асады. Бірқатар жағдайларда модельдік және натур эксперименттерді салыстыру олардың қайшылығын байқауға және құрастырылған модельдің қолдану шекарасын орнатуға, компьютерлік модельді жетілдіруге арналған ұсыныстар жасауға мүмкіндік береді.
Компьютерлік және компьютерлендірілген эксперимент дәстүрлі натур эксперимент сияқты әртүрлі білімдік мәселелерді шешуде және сәйкесінше түрлі оқыту әдістерін қолдануға мүмкіндік береді.
Кейбір оқыту әдістерінде компьютерлік және компьютерлендірілген эксперимент оқытылып жатқан материалды иллюстрациялау үшін қолданылады. Осы кезде модельдік компьютерлік экспериментті натур экспериментті көрсету мүмкіндігі болмаған жағдайда немесе оқушыларды физикалық құбылыстарды модельдеуге үйрету мәселесі қарастырылған кезде қолайлы. Тек компьютерлік демонстрация Резерфорд тәжірибесінің моделін немесе диффузия құбылысы механизмінің моделін көрсетуге мүмкіндік береді.
Заттық әдістерді қолданған кезде компьютерлік те, компьютерлендірілген эксперименттер проблемалық жағдайды тудыру, гипотезаны тұжырымдау, сонымен қатар оны эксперимент жүзінде тексеру мақсатында қолданылады. Осы кезде білімдік мәселеге және эксперименталдық құралдардың болуына байланысты оқушылардың өз бетінше жұмыс істеу дәрежесі әртүрлі болады.
Зерттеушілік оқыту әдісін қолданған кезде оқушылардың өз бетінше жұмыс істеу дәрежесі ең жоғары болады. Бұл әдістің мағынасы – оқушылардың өздері үшін жаңа болып табылатын проблемалардың шешімін табудағы творчестволық, ізденіс іс-әрекеттерін ұйымдастыру тәсілі. Зерттеушілік мәселелердің шешімі зерттеу процесі кезеңдерінің барлығын немесе көпшілігін өтуді қарастырады. Осы кезеңдерге келесілер жатады:
фактілер мен құбылыстарды бақылау және оқып-үйрену;
проблеманы қою;
гипотеза ұсыну;
зерттеу жоспарын дайындау;
зерттеу жоспарын іске асыру;
шешімді тұжырымдау;
шешімді тексеру;
қорытындыны құрастыру.
Мұғалімнің іс-әрекеті оқушылардың зерттеушілік тапсырмаларды орындауы үшін жағдай жасауға бағытталады: оқушылардың дайындық деңгейіне мен танымдық мүмкіндіктеріне қарай тапсырмаларды құрастырады және таңдайды; оқушылардың жұмысын ұйымдастырады, оларға кеңес береді; жұмыс барысын және қорытындысын талқылауды ұйымдастырады.
Негізгі әдебиеттер: [1, 2,13]
Қосымша әдебиеттер: [2, 5]
Лекция 9. Оқып-үйрену барысында экспериментті қажет ететін негізгі құбылыстар мен заңдылықтар
Физика курсын оқытуды дәстүрлі түрде «Механика» бөлімінен бастайды. Сондықтанда біз де осыдан ауытқымаймыз. Бұл бір жағынан тарихи сипаттағы себеппен шарталады, ал басқа жағынан алатын болсақ механикадағы құбылыстар мен заңдар қарапайым, көрнекі түрде демонстрацияланады. Демек, оқушылардың қабылдауы үшін жеткілікті. Механиканың эксперименттері шешетін тағы бір мәселе – оқушылардың физикалық шамаларды өлшеудің қарапайым дағдысымен танысуы.
«Механика» бөліміне қысқаша талдау жасайық (толығырақ жасалған талдаумен С.Е. Каменецкийдің «Теория и методика обучения физике в школе. Частные вопросы», 26-89 беттерден таныса аласыз) және тәжірибелерді иллюстрациялауды талап ететін құбылыстар шенберін бөліп алайық.
«Механика» бөлімі төрт бөлімшелерден тұрады: кинематика, динамика, сақталу заңдары, тербелістер мен толқындар. Механиканы оқып үйрену қозғалыстардың түрін иллюстрациялаудан басталады. Ең алдымен қозғалыстың салыстырмалы екендігіне және денелердің салыстырмалы орынауыстыруы жүргенде ғана ол туралы айттатынымызға назар аудару қажет. Содан соң механикалық қозғалыстың әртүрлі мысалдарын салыстыра отырып, олардың негізгі түрлерін тағайындалады: 1) ілгерлемелі, айналмалы, тербелмелі; 2) түзу сызықты, қисық сызықты; 3) бірқалыпты, бірқалыпты емес.
Қозғалыс жайлы жалпы мәліметтерді хабарлаған соң, олардың оқып-үйрену үшін әр қайсысына жеке тоқталу қажет, бір дененің екіншіге әсерін тудыратын себептерді анықтау. Осы себептерді талдау салдарынан «күш» деген жаңа ұғымды енгізеді. Күш әсері дененлердің қозғалыс сипатын өзгертетінін, ал қозғалыстың өзі күштің қатысуынсыз жүре алатындығы белгілеп айту керек. Бұл денелердің негізгі қасиетінің – инерция арқасында. Ары қарай күш түрін иллюстрациялауға тоқталады.
Физика курсында «энергия» ұғымы ең маңызды болып табылады. Ол алғаш рет «Механика» бөлімінде енгізіледі. Ең алдымен денелер энергияға ие болу шарттарына тоқталу керек. Бір жағдайларда энергия дене қозғалысының күйіне, ал басқа жағдайда өзара әсерлесу күштерінінің (ауырлық күші, серпімділік күші) болуына тәәуелді екен. Осының нәтижесінде энергияның екі формасы болатындығына келеміз: кинетикалық және потенциалдық. Әр түрлі мысалдарды қарастыру барысында осы формалардың бір біріне түрлене алатындығы туралы (энергияның сақталу заңы) қорытынды жасаймыз.
«Механика» бөлімін талдаудан қозғалысты көрсету емес, уақыт аралығы мен оған сәйкес келетін орынауыстыруды өлшеу және салыстыру маңыздылығы шығады.
Механикалық қозғалысты жжазуға арналған бұрыннан бар құрылғылардың жалпы бір кемшілігі бар еді: оқушылар назары не уақыт өзгерісіне, не қозғалысты жазуға түсірілетін. Бұл жағдай механикалық қозғалысыты бақылауыдан аландататын.
Демонстрациялық экспериментке арналған қазіргі техника бұл кемшілікті уақытты және орынауыстыруды есептеу компьютер жадысына жазулуы арқылы жоюға мүмкіндік береді. Сонымен өлшеу және бақылау процестерін екі мезетке ауытыруға болады: алдымен қозғалысты жәй ғана бақылап , содан соң талдау жасап көру және компьютер базасындағы мәліметтерге сүйеніп берілгендерді салыстыру. Сонымен қатар алынған нәтижелерді визиуалдау (көрінетіндей) етіу үшін әртүрлі ось, масштабта тәуелділік графигін тұрғызу, ал қажет болған жағдайда осы берілгендерді эксперименталдық есепті шешуде қолдануға болады.
Демонстрациялық экспериментке арналған қазіргі қондырғылардың артықшылы «Тербелістер мен толқындар» тақырыбын оқып үйренуде де аз емес.
Практикум есептері көлемі бойынша бірдей болмауы мүмкін: бір қондырғыда көптеген жағдайларда бірқатар жаттығу жасауға болады, яғни бірқатар қондырғы мен аспаптар көп функционалды болып табылады. Осыған ерекше назар аудару қажет.
Тапсырмалар түрі әртүрлі:
стандартты жабдықтар қолданыылатын тапсырмалар;
жабдықтар ДЭЕМ қосылып қолданылатын тапсырмалар;
бар материалдардың көмегімен өз қолмен жасалған аспаптар қолданылатын тапсырмммалар.
«Молекулалық физика» бөлімінде сапалы түрде жаңа объектілерді – өте көп бөлшектерден тұратын жүйелермен кездесеміз. Бұл объектілер үшін арнайы қозғалыс түрлері (жылулық қозғалыс) және энергия (ішкі) түрі тән. Көп бөлшектерден тұратын жүйелерді сипаттау үшін басқаша математикалық аппарат қолданылады.
«Молекулалық физика» бөліміне мынадай ірі тақырыптар кіреді: «Молекула-кинетикалық теория негіздері», «Заттардың құрылысы», «Жылулық қозғалыстар».
«Молекула-кинетикалық теория негіздері» тақырыбында нақты объектілерді көсету мүмкін болмаған соң мұғалім модельдерді демонстрациялаумен шектеледі. Осындай модельдердің стандартты түрлері бар.
Кейінгі уақытта электрондық техниканың дамуы жаңа замнғы модельдерді жасауғ алып келді және сонымен бірге нақты объектілерді көрсете алу мүмкіндігі бар.
Компьютерлік техника пайда болуымен мұғалімнің осындай жүйелерді модельдеу мүмкіндігі де кеңейді. Жүйе параметрлерін қолдан өзгерту мүмкін болды – температура, қысым, жүйедегі объектілері саны. Бұл жағдай модельдерді демонстрациялаудың динамикалығын, әдемілігін және жеңіл баяндалуын жақсартуға мүмкіндік берді.
Сонымен қатар теле- және бейнетехникаларының дамуы да кейбір нақты объектілерді демонстрациялауға мүмкіндік береді. Мысалы, бейнекамераны микроскоппен үйлестіре қолдаып, теледидар экранынан бөлшектердің броундық қозғалысың нақты процесін бақылауға болады.
«Заттардың құрылысы» тақырыбында кейбір өзгерістер болды. Дәстүрлі демонстрациялар және модельдермен қатар микроскопиялық техниканың көмегімен алынатын бейнелерді көрсету мүмкін болды. Мысалы, электрондық микроскоп көмегімен объектілердің 100 мың есе үлкейтілген фотосуретін алуға болады.
«Денелердің жылулық қасиеттері» тақырыбын эксперимент жүзіде түсіндірудегі демонстрациялық және зертханалық техника да айтарлықтай жоғарылады. Жүйе параметрлерін өлшеуге арналған қондырғылардың сапалы жаңа түрлері пайда болды.
Сонымен бірге осындай құрылғылардың арнайы қосымша қондырғылармен үйлестірілуі жүйе параметрлері өзгерісін өте жоғары дәлдікпен тіркеуге, осы процестерді компьютер жадысына жазуға және қажет болған кезде кез келген форматта көруге мүмкіндік берді.
Сонымен «Молекулалық физика» бөліміндегі демонстрациялық эксперименттерді көрсеті мүмкіндіктері соңғы уақытта кө өзгерістерге ұшырады және жақсарды. Өкінішке орай еліміздің әлі барлық оқу орындары мұндай материалдық базаға ие емес. Сондықтанда жаңа қазіргі құрылғылармен қатар біз демонстрациялаудың дәстүрлі тәсілдерін қолданамыз.
Негізгі әдебиеттер: [2, 4-8,14]
Қосымша әдебиеттер: [1, 2,3]