К І Р І С П Е

Физиканы оқытуда оқушыларда терең және берік білімдер жүйесін қалыптастыру үшін физика курсының негізгі тараулары мен бөлімдері бойынша оқу материалын жинақтап қорытындылап, жүйеге келтіріп отырудың маңызы ерекше зор. Бұлай істемейінше білім бір бірімен байланысы жоқ жеке түсініктердің, құбылыстар мен заңдылықтардың жаттанды жиынтығы болып қала береді. Мұндай білім формальдық болғандықтан оқушылар есінде ұзақ уақыт сақталмайды, тез ұмытылады, олардың ақыл ой қабілеттерінің дамуын тежейді.

Орта мектепте немесе жоғары мектепте физика курсын оқыту әрқашан механикадан басталады. Өйткені, материя қозғалысының ең қарапайым да, көрнекті формасы механикалық қозғалыс. Бұл қасиеттері механикалық қозғалыстың заңдылықтарының, материя қозғалысының басқа формасы заңдылықтарымен салыстырғанда оқушыларға едәуір жеңілірек меңгерілу мүмкіндігін жасайды. Оның үстіне механикада қалыптастырылатын физиканың іргелі түсініктерін білмей жатып басқа бөлімнің оқу материалын меңгерту үлкен қиындықтарға алып келер еді.

Орта мектептің физика курсында механиканы оқытудың білім берушілік, тәрбиелеушілік және оқушылардың ой-өрісін дамытушылық міндеттері бар [1].

Білім берушілік міндеттерінің ең бастысы - механикада қалыптасатын дененің массасы, қозғалысты сипаттайтын жылдамдық, үдеу түсініктері, күш, энергия, жұмыс, қуат т.б. түсініктер физика курсының басқа бөлімдерін меңгеруге мүмкіндік береді. Механикада оқушылар Ньютонның классикалық механикасы, бүкіләлемдік тартылыс заңы, импульс пен энергияның сақталу заңдары арқылы физикалық теориямен танысады. Жалпы алғанды, заманауи физиканың маңызды салаларының барлығында дерлік классикалық механиканың формулалары қолданылады.

Тәрбиелеушілік міндеттерінің негіздері мынада жатыр: оқушыларды кеңістік пен уақыт, материя мен қозғалыстың бірлігі, қозғалысты сипаттайтын және оның өлшемдері болып табылатын импульс пен энергияның сақталу заңдары, дүниенің механикалық бейнесі т.б. түсініктер арқылы дүниеге ғылыми көзқарасты қалыптастыру; қазіргі кездегі өндіріс пен техникадағы қозғалдысқа келетін машиналар мен қондырғылардың, әртүрлі механизмдердің жұмыс принциптерімен таныстыру арқылы политехникалық білімдері мен біліктілігін қалыптастыру; механиканың дамуына зор үлес қосқан әр елдің ғалымдарының еңбектерінің жалпы адамзат игілігіне қызмет етіп отырғандығын білдіру арқылы интернационалдық тәрбиелеу.

Дамытушылық міндеттері, механиканы оқыту арқылы оқушылардың логикалық, теориялық, ғылыми-техникалық ойлауы мен шығармашылық қабілеттерін дамытуға бағытталған. Шындығына келсек, механика физиканың басқа бөлімдерімен салыстырғанда едәуір ерте пайда болды және ұзақ уақыт аралығында жан-жақты зерттелінді, оның заңдарының практикада қолданылуының да әртүрлі әдістері табылып, адам игілігіне жаратылды. Осының нәтижесінде қазіргі кезде механиканың жалпы логикалық құрылымы мен оқу материалының тізбектеліп баяндалуы да дұрыс жолға қойылды деуге болады.

Механиканың заңдары мен теорияларын таным процесінің негізгі әдістері анализ бен синтезді, индукция мен дедукцияны пайдалану арқылы баяндау, механикадағы материалдық нүкте, есептеу жүйесі, гравитациялық өріс, инерциалдық жүйе, массаның, уақыт пен жылдамдықтың салыстырмалылығы сияқты түсініктермен танысу оқушылардың логикалық және теориялық ойлау қабілеттерін дамытуға мүмкіндіктер жасайды.

Механикадағы қарапайым механизмдер мен қондырғылардың жұмыстарымен танысу, оларды әртүрлі практикалық мақсаттарға пайдалану жолдарын үйрену оқушылардың ғылыми-техникалық ой-өрісінің дамуына көмектеседі.

Осы айтылғандарды ескерсек, механиканы оқытуға үлкен жауапкершіліктің қажет екендігін көруге болады. Механикадағы түсініктер физиканың ірге тасын қалайтындықтан, олардың әрқайсысын терең де, берік және жүйелі түрде қалыптастыру аса маңызды шаруа деп білу керек.

Механиканы оқытудың осындай маңызды жақтары таңдап алынған дипломдық жұмыстың тақырыбының өзектілігін көрсетеді.

Дипломдық жұмыстың зерттеу объектісі – жалпы білімдер беретін орта мектептің физика курсының «Механика» бөлімі бойынша оқушылардың білімдері мен біліктерін жүйелі түрде қалыптастыру процесі. Ал зерттеу пәні - осы білімдері мен біліктерін жүйеге келтірудің ғылыми - әдістемелік жолдарын анықтау.

Дипломдық жұмысты орындаудың негізгі мақсаты - әртүрлі оқу, ғылыми - әдістемелік әдебиеттермен танысу арқылы оқушылардың механикадан алған білімдері мен білігін жүйеге келтіру жайлы материал жинап, оларды талдау және оның мазмұны мен әдістемесі жөнінде нақты материалдар беру.

Бұл мақсаттың орындалуы мынандай зерттеу міндеттерін жүзеге асыруды көздейді:

• тақырыпқа байланысты ғылыми - әдістемелік әдебиеттермен танысу, олардағы оқушылардың физикадан алған білімдері мен білігін жүйеге келтіру жайлы материалдың жарықталыну деңгейін анықтау;

• оқушылардың механикадан алған білімдері мен біліктерін жүйеге келтірудің ғылыми - әдістемелік негіздерін ашу;

• білімдерді қайталап, қорытындылау үшін механика бойынша оқу материалының мазмұны мен әдістемесінің жалпы өңдемелерін жасау;

• механика бөлімінің әрбір тарауы бойынша оқу материалын жүйеге келтіру;

• алған білімдерді практикалық мақсаттарға пайдалану үшін есеп үлгілерін ұсыну;

• орындалған жұмысты қорытындылау.

1 ФИЗИКА БОЙЫНША БІЛІМДЕРДІ ЖҮЙЕГЕ КЕЛТІРУДІҢ ЖӘНЕ ПЕДАГОГИКАЛЫҚ НЕГІЗДЕРІ

1. 1 Оқу материалын жүйелеу-білімдердің берік қалыптасуының басты

шарты

Оқушыларда терең және берік білімдер жүйесін қалыптастыру үшін физика курсының негізгі тараулары мен бөлімдері бойынша оқу материалын жинақтап қорытындылап, жүйеге келтіріп отырудың маңызы ерекше зор. Бұлай істемейінше білім бір бірімен байланысы жоқ жеке түсініктердің, құбылыстар мен заңдылықтардың жаттанды жиынтығы болып қала береді. Мұндай білім формальдық болғандықтан оқушылар есінде ұзақ уақыт сақталмайды, тез ұмытылады, олардың ақыл ой қабілеттерінің дамуын тежейді.

Оқу материалын қорытындылап, жүйеге келтірудің қажеттілігі жайлы оқу- әдістемелік әдебиеттерде жиі айтылатындығы белгілі. Бірақ бұл жұмыс мұғалім үшін оңай істеліне салатын шаруа емес. Өйткені, материалды қайталап, қысқаша қорытындылаудың аса қиындығы жоқ болғанымен, ондағы түсініктер мен заңдылықтардың жүйесін дұрыс анықтап, белгілі бір принциппен, өзекті идея негізінде жинақтау – едәуір күрделі жұмыс. Сондықтан, оқу процесінде көбінесе материал қайталанғанымен, талдап қорытындыланып, жүйеге келтірілмей қалатындығы жиі кездесетін жағдай. Тіпті бұл шаруа орындалған күннің өзінде мұғалім, белгілі бір тақырыпты немесе тарауды оқыту аяқталған соң ондағы формулаларды теріп жазып берумен ғана шектелер еді.

Оқушылардың физика курсы бойынша алған білімдерін жүйеге келтіру жайлы осы кезге дейін белгілі бір өзекті ғылыми - әдістемелік идеялар негізінде жазылған, жүйеге келтірудің әдіснамалық принциптерде жасалынған үлгілерін көрсететін көмекші құрал жоқтың қасы деуге болады. Ал ғылыми - әдістемелік әдебиеттерде жариаланып келген шағын материалдар мен жеке мақалалар бұл проблеманың едәуір толық шешілуін қамтамасыз ете алмайды.

Оқушылардың алған білімдерін жүйеге келтіру мұғалімнің білім деңгейіне, тәжірибелілігі мен шеберлігіне ғана байланысты нәрсе емес, ол ең алдымен физика курсының құрылымы мен мазмұнына тікелей тәуелді. Дәлірек айтқанда, егер курсты құрайтын физикалық түсініктер, құбылыстар мен заңдылықтар, теориялар мазмұндары жағынан физика ғылымының логикасына сәйкес және әдіснамалық тұрғыда бірімен бірі тығыз байланыста тізбектеліп баяндалған болса, онда жүйеге келтіру де сәтті орындалуы мүмкін. Сондықтан, оқу материалын жүйеге келтіру оқулық мазмұнынының жүйелігінен басталады деуге болады.

Мектептің физика курсының жалпы құрылымы және баяндалу тізбектілігі материяның қозғалыс формаларының күрделіленуіне қарай анықталатындығы бұрыннан белгілі: «... физика курсын жүйелі етіп құру үшін, бағдарлама негізіне оқу материалының біртіндеп күрделілену ретіне, оқушылардың жас ерекшеліктері мен дайындығына қарай қозғалыс формаларын және бір қозғалыс формасының басқаға түрленуін тізбектеп оқуды қою қажет», деп жазды А. В. Перышкин Кеңес Одағында физиканы оқыту әдістемесінің дамуы жайлы мақаласында [2]. Егер, алдымен макроденелердің механикалық қозғалысы жайлы оқытылса, одан кейін молекулалардың жылулық, зарядталған бөлшектердің электромагниттік, жарық бөлшектерінің кванттық – механикалық және ішкі ядролық немесе элементарь бөлшектердің қозғалыс формаларының заңдылықтары жөнінде оқытылады. Осы талапты орындау мақсатында курстың негізгі бөлімдерінің тізбектілігі де бұрыннан анықталған. Алдымен «Механика» одан кейін «Молекулалық физика», «Электродинамика», «Оптика», «Атомдық және ядролық физика» болып оқытылып келген. Дегенмен, соңғы жылдары «Оптика» бөлімінде тек геометриялық оптика мен жарықтың толқындық қасиеттері жайлы материалдар қалып, жарықтың кванттық қасиеттері атомдық және ядролық физика, элементарлы бөлшектер жайлы материалдармен біріктіріліп, «Кванттық физика» бөлімін құрайтын болды. Кванттық оптика мен атомдық, ядролық физика арасындағы байланыс қаншалықты күшті болғанымен бұрыннан қалыптасып, көп жылдық тәжірибемен оң нәтиже беріп келген жүйені бұзу соншалықты сәтті шықты деуге болмайды. Сондықтан жарықтың толқындық және кванттық қасиеттері жайлы оқу материалы «Оптика» бөлімінде қарастырылуы қажет.

Тағы да бір айта кететін жай, физиканы оқыту әдістемесінің бұрынғы Кеңес дәуіріндегі дамуы кезінде мектептің физика курсын құрудың радиалдық (сызықтық), концентрлік және сатылық болып аталатын үш тәсілі анықталғандығы белгілі. Олардың ішінен соңғы жылдарға дейін практика жүзінде сатылық тәсіл басым болып қолданылып келді. Өйткені, физика бойынша оқу материалын, оның қиындық деңгейіне сәйкес екі сатыға бөлу, оқушылардың жас ерекшеліктерін ескеру талаптарын да, физиканы оқытуға бөлінген уақыт қорының соңғы жылдарға дейін кезеңмен азаю жағдайларын да қанағаттандырып келді. Сондықтан, қазіргі жағдайда да басқа тәсілді таңдап алудың ешқандай мүмкіндігі жоқ деуге болады.

Физика курсын сатылық тәсілмен оқыту оның барлық мазмұны үшін бірыңғай жүйе құруды қажет етеді. Мұндай жағдайда курстың кейбір бөлімдері мен көптеген тақырыптары бойынша оқу материалы екі сатыға бөлініп, ал кейбір тақырыптардың оқу материалдары қиындық деңгейіне қарай радиалдық тәсілмен не бірінші, не екінші сатыда бірақ рет оқытылады. Ал, егер курс концентрлі тәсілмен құрылса, әр концентр үшін жеке жүйе жасау қажет болар еді. Сөз жоқ концентрлік тәсілде оқу материалы қайталанатын болғандықтан, ол оқытуға кететін уақыт қорының да көбірек болуын талап етеді. Физиканы оқытуға бөлінген уақыт қорының қазіргі жағдайы мұндай талапты іс жүзінде орындай алмайтындығы белгілі болып отыр.

Сонымен, оқу материалының жүйелі болуы – оқушылардың алған білімдерін жүйеге келтірудің аса қажетті және басты шарты.

Мектепте физиканы оқытудың басты мақсаты оқушыларға физика ғылмының негіздерінен білім берумен қатар, ол білімдерді тереңдетіп, дамыту, ғылым жетістіктерінің қазіргі өндіріс пен техника салаларындағы қолданбалылығын көрсету және оларға ғылым мен техникаға деген қызығушылықтарын арттыру арқылы болашақ мамандықтарын таңдау үшін кәсіби – техникалық бағдар беру, сондай-ақ дүниеге ғылыми көзқарастарын, политехникалық біліктілік пен дағдысын қалыптастыру, өздігінен білім алуда табанды да, қажырлы болуға үйрету, саяси – идеялық, адамгершілік т. б. тәрбиелерін жетілдіру.

Бұған қол жеткізу үшін ең алдымен физика курсы бойынша оқу бағдарламаларын және оқулықтар мазмұнын физиканың логикалық құрылымы мен оқу материалының тізбектілігін сақтай отырып ғылыми - әдістемелік тұрғыда дұрыс құру қажет.

Қазіргі кездегі еліміздің орта мектептері үшін пайдаланылып жүрген физиканың оқу бағдарламалары мен оқулықтарында, физиканы оқытуға бөлінген сағаттардың азаюына қарамастан, оқу материалының көлемі оқушылардың шамасы келмейтін жағдайға дейін ұлғайды. Бұның басты себептері: біріншіден курсты құрудың концентрлік тәсілін таңдап алуда; екіншіден мектептің физика курсының астрономия пәнімен бірігуінде; үшіншіден жоғарғы оқу орындарының жалпы физика курсында оқытылатын бірқатар оқу материалының енгізілуінде. Бұл бағдарламалар мен оқулықтарды пайдаланғалы біршама жылдар болғанымен оқушылардың білім деңгейлері бұрынғыдан ешқандай да артпағандығын тәжірибе көрсетіп отыр. Қысқасын айтқанда, оқу материалы физикаға бөлінген сағаттарға симайды, оқушылардың шамасынан артық.

Осындай оқиғаның 1970 жылдан бастап жоғарғы сыныптар үшін жазылған мектептің физика курсының басқа авторлықтағы алғашқы оқулықтарын пайдалана бастаған кезде болғандығын айта кеткен жөн болар. Оқу материалының көлемін мейлінше ұлғайтып, оқулықтардың мазмұнын алдамшы математикалық ғылымилықа алып келген тәсіл ақталмай, авторлар кейін оларды бірнеше рет өзгертіп, 20 жылға таяу уақыт ішінде дұрыс жолға әрең дегенде келтіріп еді. Енді осы қателік біздің жаңа мемлекетіміздің мектептегі оқыту жүйесінде қайталанып отырған жоқ па? Сондықтан, Кеңес дәуірі кезіндегі физиканы оқытудағы ғылыми - әдістемелік зерттемелердің және мектеп практикасының қол жеткен жетістіктерін ескермей, жеке авторлардың ойлау логикасы бойынша оқулықтар жазу оқу жүйесінің дамуына үлкен кедергілер жасайтыны сөзсіз. Кеңестер Одағы ыдырады деп, ұзақ жылдар бойы жүргізілген педагогикалық, психологиялық және жеке әдістемелік зерттемелердің құнды нәтижелері негізінде қаланған және практика жүзінде өзін-өзі ақтаған жүйеден бас тартып, жаңа қоғамның оқу жүйесі өзгеше болу керек деген түсінік дұрыс болмауы керек. Қоғамның қандай өзгерісі болмасын оның жаратылыстану пәндерінің, оның ішінде физиканың оқу жүйесіне пәлендей әсері болмауы тиіс.

Осы айтылған жағдайларға байланысты, бізге бұл жұмыста мектептің физика курсының оқу бағдарламасының құрылымы мен оқулықтардың мазмұны жайлы едәуір толығырақ тоқталуға тура келеді.

1.2 Таным теориясы және танымдық іс-әрекет әдістері жайлы

Қандай жағдайда болмасын білім алу таным процессі арқылы жүзеге асады. Сондықтан да оқу үрдісі мен балаларды тәрбиелеу негіздеріне ғылыми таным теориясы жатады. Бұл теория кез келген педагогикалық зерттеменің, оқыту әдістемесінің теориялық негіздерін құрады деуге болады.

Танымдық процесстің мағынасын ашуда философия мен психология бірдей принциптерді ұстанады. Ол бойынша адамның санасы мен ойлау іс әрекеті объективті шындықты мыйдың ең жоғарғы деңгейде жаңғырту формасы болып қарастырады. Дегенмен, философия таным теориясының едәуір жалпы заңдылықтарын тағайындаса, психология жеке адамдардың психолологиялық ерекшеліктерінің пайда болуы мен динамикалық даму процессін зерттей отырып, олардың танымдық мүмкіндіктері мен қабілеттерін қалыптастырудың заңдылықтарын анықтайды.

Адамдардың жасының, білім деңгейінің, өмірлік іс-тәжірибесінің, еске сақтау және ойлау қабілеттерінің, белсенділік дәрежесінің, дүниеге көзқарасының және де басқа қасиеттерінің дамуына байланысты, олардың танымдық мүмкіндіктері де әрқалай болып қалыптасады. Осы жағдайды ескеріп, оқу үрдісін дұрыс жолға қою, мектептің кез келген пәнін оқыту әдістемесінің басты міндеттерінің бірі деуге болады.

Танымдық процесс, жалпы алғанда, адамның сезім органдарымен объективті шындықты сезінуден, қабылдаудан және елестетуден басталады. Бұдан кейін процесс мыймен ойлаудың формалары – түсіну, ақылға салып, байымдау және ой қорытындылау арқылы жүретін болады. Жаңадан қабылданған білім бұрыннан қалыптасқан жалпы білімдерді толықтырып отырады.

Бұлардан басқа, психологиялық әдебиеттерде ойлау формаларына индукция мен дедукцияны, ал ойлау процесстеріне абстракцияны, анализді және синтезді, талдап қорытуды жатқызады [3].

Индукция – жалқы жеке жағдайлардан жалпы қорытынды шығаратын ойлау формасы, ал дедукция – ойлаудың жалпыдан жалқыға, бүтіннен бөлшекке көшіп нәтиже шығаратын ойлау формасы.

Абстракция заттар мен құбылыстардың елеулі қасиеттері мен байланыстарын, олардың жеке қасиеттері мен байланыстарынан бөлек ойша бөліп қарау. Абстракциялаусыз теориялық тұрғыдан ойлау мүмкін емес. Абстракциялау заттар мен құбылыстарды тереңірек түсінуге бағытталған, олардың елеулі жақтарын бөліп қарауға мүмкіндік беретін ой қозғалысы. Физиканы оқытуда экспериментпен сүйемелденбейтін бірқатар оқу материалы абстракты жағдайда оқытылады (мәселен, молекулалы кинетикалық теория негіздері, арнайы салыстырмалы теория элементтері т. б.).

Анализ заттар мен құбылыстарды, әртүрлі жағдайларды ойша бөлшектеп қарау, ал синтез заттар мен құбылыстардың жеке элементтерінің арасындағы байланысты анықтай отырып, оларды тұтас бір бірлікке біріктіру. Анализсіз синтез жоқ немесе керісінше. Бұл екі процесс оқыту үрдісінде ұдайы қолданылатын танымдық әдістерге жатады. Ал, біз қарастырғалы отырған оқу материалын жүйеге келтіру танымның синтездік процесінің өнімдері болмақ.

Педагогикалық әдебиеттерде ойлаудың осы келтірілген процесстері мен формалары оқу материалын жазбаша немесе ауызша баяндаудың, сондай-ақ ғылыми-зерттеулердің негізгі әдістері ретінде пайдаланылады. Оларға тағы, заттар мен құбылыстарды бақылау және оларды есте сақтау, эксперимент, қолдағы бар деректерді талдап, қорытындылау, жүйеге келтіру, проблеманы тұжырымдау, салыстыру, аналогия (ұқсастық) мен модельдеу т. б. әдістер қосылады.

Бақылау физиканы оқыту үрдісінде жиі қолданылатын, оқушылардың танымдық іс - әрекетінің едәуір белсенді формасына жатады. Ол қандай да бір объектінің немесе құбылыстың негізгі қасиеттері мен ерекшеліктерін анықтау мақсатында, алдын ала мөлшерленіп, жоспарланған танымдық процесске жатады.

Эксперимент – физикада зерттеу де, оқыту да әдісі. Ол бақылаумен тығыз байланысты. Ғылыми – зерттеу жұмыстарында эксперимент белгілі бір құбылысты жан-жақты зерттеу үшін немесе теориялық пайымдамаларды дәлелдеу үшін пайдаланылса, оқыту үрдісінде ол физикалық құбылыстар мен заңдардың объективтілігіне оқушылардың көзін жеткізу үшін, бұрыннан белгілі жаңалықтарды қайта жаңғыртып бақылау үшін, шағын зерттемелер жүргізу үшін т. б. мақсаттарда пайдаланылады.

Салыстыру – танымдық процессте объектілердің және олардың қасиеттерінің арасындағы ұқсастық пен айырмашылықты анықтауға мүмкіндік беретін әдіс. Мәселен, Кулон заңы мен бүкіләлемдік тартылыс заңы физикалық мазмұндары жағынан әртүрлі болғанымен, математикалық өрнектері жағынан бірдей. Бұл гравитациялық әсерлесу мен электромагниттік әсерлесудің белгілі бір ұқсас заңдылыққа бағынатындығын көрсетеді.

Аналогия – заттар мен құбылыстардың жеке қасиеттері мен белгілерінің ұқсастықтары бойынша олардың басқа да маңызды жақтарын ашуға мүмкіндік беретін танымдық әдіске жатады.

Модельдеу – материалды немесе ойша зерттелінетін объектілердің белгілі бір қасиеттерін сипаттайтын жасанды жүйе құру. Модель дегеніміз таным процессі кезінде объектіні ауыстыра алатын, зерттеу нәтижесінде ол жайлы мағлұмат бере алатын жүйе. Қарастырылып отырған проблемада модельдеу оқу материалын жүйеге келтірудің негізгі принциптерінің бірі болмақ.

Сонымен, осы келтірілген деректерден таным процессінің психологиялық және педагогикалық әдебиеттерде нақты бір жүйесі бар деп айтуға болмайды. Өйткені, оқу үрдісінде оқушылардың танымдық қабілетін жетілдірудің тек белгілі бір ретпен жүргізілуі мүмкін емес. Ол оқу материалының мазмұнына, оқытудың мақсаттарына байланысты әртүрлі жолдармен орындалуы мүмкін.

Дегенмен, таным процессін философиялық, психологиялық және педагогикалық әдебиеттердің түсіндіруі бойынша белгілі бір жүйеге келтіру ғылыми-педагогикалық зерттеулерге, оқыту әдістемелеріне нақты тұжырымдамалар жасау үшін, педагогикалық мамандықта білім алатын студенттерге білім беру үшін аса қажет. Осыған байланысты біз төменде танымдық процесстің жалпы тізбекті схемасын келтіруді жөн деп санадық (1-

сурет).

Заттар мен құбылыстар

( Адамның сезу ағзалары мен мыйдың функциялары )

Сезу Қабылдау Елестету

(Ойлаудың формалары)

Ерте қалыптасқан Пайымдау, Ой

түсініктер–білім идукция тұжырымдау,

дедукция

( Ойлау процесстері )

Абстракция Анализ Синтез

Сурет 1.Таным процессінің тізбекті схемасы

Оқушылар заттар мен құбылыстарды танып, білу үшін оқыту үрдісінде әртүрлі әдістер мен тәсілдер пайдаланылады. Ол әдістердің өздері танымдық процесстің заңдылығына сүйенеді. Мәселен, абстракция, анализ және синтез таным теориясында ойлаудың процесстері болса, оқыту үрдісінде олар оқыту немесе таным әдістері болып та пайдаланылады.

Оқыту үрдісінде оқушылардың ойлау іс әрекетін белсенді түрде ұйымдастыру және олардың ынта-жігерін көтеру оқу материалының мазмұны мен логикалық құрылымының дұрыстығына және оларды мұғалімнің баяндау әдісіне тікелей байланысты. «Оқу материалының

мазмұны оны меңгеру процесcінің сипатына үлкен ықпал етеді, яғни мазмұнның объективті ерекшеліктері елеулі мөлшерде білімдерді меңгеру үшін қажетті, сол танымдық процесстерді, сол ойлау тәсілдерін алдын ала анықтайды», деп баса көрсетті Д. И. Богоявленский мен Н. А. Менчинская [4]. Ендеше, оқу материалы өзінің мазмұны мен баяндалу әдістері бойынша оқушылардың ойлау процессінің алдын алуы тиіс, оларды ойлау іс-әрекетін белсенді түрде ұйымдастыруға, білім алуға ойлаудың әдістері мен тәсілдерін өздігімен қолдануға жетелеуі керек. Ал оқу материалын оқушылардың санасына жеткізу оқыту үрдісіне байланысты. «Оқушылардың ойын, еркін және көңіл-күйін қармап алатын педагогикалық процесс қана олардың ойлануын және күш салуын, ішкі күштерінің өзгерісін тудырады және олардың әрқайсысының жеке дамуына ықпал етеді», деп көрсетті М. А. Данилов [5].

Оқушылардың ақыл-ой іс-әрекетін белсендіру оқу материалының логикалық құрылымына, ондағы түсініктер мен заңдылықтардың өзара байланыста тізбектеліп баяндалуына тікелей тәуелді. Логикалық тұрғыда дұрыс құрылған материал дұрыс ойлануға мүмкіндік береді, оқушыларды қысқа жолмен негізгі мақсаттың орындалуына – заттар мен құбылыстардың мәні мен мағнасын саналы түрде түсінуге алып келеді.

Логика жайлы айтқанда біз дұрыс ойланудың формалары мен заңдары жөніндегі ғылым деп түсінеміз [6]. Ендеше, оқу материалының мазмұны дұрыс формада ойдың дұрыс құрылуының нәтижесінде баяндалса ғана логикалық тұрғыда дұрыс құрылды деуге болады. Заттар мен құбылыстардың негізгі мәнін толық және тереңірек ашу үшін, ол жайындағы оқу материалын жекелеп оқытпай, бұрынырақ қалыптасқан түсініктермен және заңдылықтармен белгілі бір логикалық байланыста қарастыру керек. Сонда ғана оның физика бойынша жалпы білімдер жүйесіндегі орыны дұрыс анықталады.

Сонымен, оқушылардың физика бойынша алған білімдерінің жүйелілігі мен сапасы, мектептің физика курсы бойынша оқулықтардың логикалық құрылымы мен мазмұнына және ондағы жеке тақырыптардың бір біріне тізбектеліп баяндалуына тікелей байланысты. Дұрыс жүйемен жазылған материалды жүйеге келтіру де аса қиындық тудырмайды.

Оқу материалын жүйеге келтіру үшін, оның мазмұнын талдап, оған кіретін компоненттердің арасындағы өзара байланыстарын анықтап, өзекті идея төңірегінде және белгілі бір принцип негізінде жинақтап, біріктіреді. Жоғарыда қысқаша келтірілген таным теориясының мазмұнынан жүйеге келтіру оқу материалын талдау мен қорытындылау, анализдеу мен синтездеу арқылы орындалатын шара болып отыр. Ендеше бұл шараны дұрыс жолға қоймайынша жүйелі де, сапалы білімдерді қалыптастыру мүмкін емес.

1.3 Оқушылардың білімдеріндегі формализмнің қалыптасуы

Білім жүйелі қалыптаспаған жағдайда ол бір-бірімен байланысы жоқ жеке деректер мен мәләметтердің жиынтығы болып қалыптасады да, оқушылардың есінде ұзақ сақталмайды, тез ұмытылады. Бұл оқушылар біліміндегі формализм деген сөз.

«Оқушылар біліміндегі формализм деп білімдердің баяндалу формаларының олардың мазмұнынан ажырауы, оқу материалын анық түсінбей оны механикалық түрде есте сақтау» [7].

Формальды білімдер алған оқушылар жоғарғы мектептерде білім алуын жалғастыруға және практикалық жұмыстарға нашар дайындалған болып шығады.

Формализмнің табиғатын және оның қайдан пайда болатындығын толығырақ анықтау үшін алдымен таным теориясына және дидактиканың негізгі принциптеріне сүйенуіміз керек. Бұны әрқашанда есте сақтаған дұрыс. Мектептің физика курсы бойынша оқушылардың алған білімдеріндегі формализм көптеген себептерге байланысты қалыптасады. Оның негізгілерінің бірі, оқушылардың физикалық құбылыстарды сипаттайтын заңдылықтардың формулалары мен теңдеулерінен сол құбылыстардың табиғатын, мән – мағнасын дұрыс түсінбей, жаттанды білімге ұмтылуы болса, екіншісі заңдарды сипаттайтын түсініктердің, бір заңдылық пен екінші заңдылық арасындағы функциональдық байланыстарды ажырата алмауы, жалпы алғанда білімдерді терең меңгере алмай, бір-бірімен бірікпейтіндей, бытыраңқы түрде жүйесіз қабылдауы деуге болады.

Жүйеге келтірілген білім әрқашанда жеке элементтерден тұрады. Бұл жайлы Ян Амос Коменский «Жекеленген ұғымдарды талдап қорыту арқылы жалпыны түсіну пайда болады»,-деп тұжырымдады [8].

Оқушылар білімдеріндегі формализмнің кейбір мысалдарын келтірейік. Мәселен, әртүрлі ортадағы электр өрісінің табиғаты жайлы оқу материалымен таныс оқушылар, ол орталардағы электр тогын тасымалдайтын зарядталған бөлшектердің табиғатын білмеуі мүмкін. Өйткені, дер кезінде, яғни атомның құрылысымен танысқан кезде олар сол бөлшектердің қасиеттерін түсінбеген, молекулалар немесе атомдардың электронды-протондық теңдігі бұзылған кезде олар зарядталып, иондар деген атқа ие болатындығын т. б. білмейді. Сол сияқты, электрлік тізбектерге қажетті приборлар мен бөлшектерді білгенімен, солардың басын құрап, белгілі бір мақсатқа қажетті схемалар құрып бере алмайды, немесе дайын схема бойынша тізбек құрастыры білмейді. Физикалық шамалардың арасындағы байланыстарды түсінбейді. Мәселен, энергия, жұмыс, қуат, жылу мөлшері түсініктерінің арасындағы «туысқандық» байланыстарды ажырата алмайды т. б.

Жалпы алғанда, оқушылар физиканың кез келген бөлімін былай қойғанда, белгілі бір тарау немесе улкен тақырып көлемінде белгілі бір принциптер мен тәсілдер негізінде оқу материалын жүйелі түрде түсінбейді. Сондықтан оқыту үрдісі кезінде оқу материалының ыңғайына және көлеміне қарай топтастырып, оны ұдайы қайталап, талдап қорытындылап, жүйеге келтіріп отыру білімдер мен біліктілікті қалыптастырудың аса тиімді жолдарының бірі болмақ.

1.4 Білімдерді қайталау және талдап қорыту

Оқу үрдісінде жиі пайдаланылатын оқу материалын қайталау оқушылардың бұрын меңгерген білімдерін белгілі бір жүйеге келтіру, біліктілігін және дағдысын жетілдіру мақсатында жүргізілетін және оларды жаңа білімдерге қолдануға икемдейтін оқыту әдісіне жатады. Оқу материалын қайталап, қорытындылау оны жүйеге келтірудің алғы шарты.

Өткенді ұйымдасқан түрде қайталамайынша оқытудың әсерлілігі артып, білім сапасы жақсарады деп айту қиын. Мектеп тәжірибесінде кездесетін қайталаудың барлық түрлерін үшке бөлуге болады: жақында өткен материалды ағымдық қайталау; оқушылардың едәуір ұзақ мерзімде алған білімдерін жаңа тақырыпты өзектілеу үшін қайталау; ірі тараулар мен бөлімдердің соңындағы – қорытынды қайталау. Қайталаудың бұл түрлерінің әрқайсысының өзіндік ерекшеліктері және өткізу талаптары бар. Соларға жеке тоқталайық.

Ағымдағы қайталау. Кейбір тақырыптарды өткен соң, көп уақытқа дейін олар жөнінде ештеңе де айтылмауы, еске түсірілмеуі мүмкін. Көп болса бір-екі ай өткен соң оқушылардың көпшілігі материалды ұмыта бастайды. Бұл жиі кездесетін жағдай. Сондықтан мұғалім сабақтарда оқытылатын көптеген заңдардың, нақты деректердің, құбылыстардың ішінен едәуір іргелілерін сабақ сайын еске түсіріп, жаңа тақырыпқа байланысты қажеттілігін көрсетіп отыруы керек. Бұған қол жеткізу үшін ол оқылған материалды ұдайы қайталап отыруы қажет.

Ағымдық қайталауды мұғалім үй тапсырмасын тексерген кезде де, жаңа сабақты түсіндірген кезде де, есеп шығарып, жаттығулар орындаған кезде де, тіпті сабақтың қай түрі болмасын пайдалануы мүмкін. Мұның нәтижесінде өткен материал мен жаңа тақырып арасындағы байланыс үзіліссіз тізбектеліп отырады, білім едәуір терең және жүйелі болып қалыптаса бастайды. Ағымдық қайталау, әсіресе физикалық есептер шығаруда жиі пайдаланылады. Есептің аралас түрін шығарған кезде, бұрын өткен материалды еріксіз қайталауға тура келеді, өйткені оны пайдаланбайынша есеп шықпайды. Сондықтан да теориялық материалды жетік меңгерудің басты шарты есеп шығару деп есептейді.

Ағымдық қайталау әрбір жаңа тақырып өткен сайын оның басты мақсатына айналмауы керек. Ол жаңа тақырыпты түсіндірудің тірек білімі ретінде, қажеттілігіне қарай пайдаланылғаны дұрыс. Мәселен, Ньютонның екінші заңын өткенде, күш денеде үдеу тудырушы шама ретінде қарастырылады, қуат түсінігі жұмыс немесе энергия арқылы меңгеріледі т. с. с.

Қайталаудың қандай түрі болмасын сұрақ дұрыс қойылуы керек. Көбінесе ол оқушыларға проблема тудыратындай етіп қойылғаны дұрыс. Мәселен, мұғалім тақтаға электр тогының қуаты жөніндегі Р = I R және Р = U /R формулаларын қатар жазып, оқушыларға мынандай сұрақ қоюы мүмкін: «Неге қуат бір өткізгіштің өзінде, бір жағдайда R кедергісіне тура, екінші жағдайда оған кері пропорционал болады»? Мұндай жағдайда оқушыларға, еріксіз Ом заңын да, өткізгіштерді тізбектеп және параллел қосу тәсілдерін де еске түсіруге тура келеді.

Жаңа тақырыпты оқытуға байланысты бұрынғы білімдерді қайталау. Қайталаудың бұл түрі жаңа тақырыпты тірек білімдерімен өзектілеу мақсатында жүргізіледі. Бұрын оқытылған әрбір түсінік, заңдылық жаңа материалды дұрыс меңгеру үшін қызмет жасауы, оның ғылыми-практикалық маңызын ашуға көмектесуі керек. Оқушылардың жаңа тақырыпты толық түсінбеуінің негізгі себептерінің бірі оны меңгеруге қажетті, бұрын өтіліп кеткен материалды өз мезгілінде қайталап, жаңамен үйлестірілмеуінде.

Мәселен, мұғалім молекулалы-кинетикалық теорияның негізгі теңдеуін қорытып шығарарда, бұрын өтілген көптеген шамаларды оқушылардың естеріне түсіруіне тура келеді. Бұл жерде қысым, қысым күшінің ауданға қатынасымен өлшенетін механика заңдылығымен емес, молекулалалық қозғалысты сипаттайтын әртүрлі параметрлердің функционалдық байланыстары арқылы абстракты тәсілмен анықталады. Сондықтан да оқушылардың меңгеруіне біршама қиындық келтіреді. Осыған байланысты мұғалім, молекулалардың массасы, жылдамдығы, шоғыры, олардың импульсі, Больцман тұрақтысы, абсолюттік температура сияқты бірқатар шамалардың нені сипаттайтындығын еске түсіріп, қайталауы қажет. Әсіресе, бұл кезде қабырғаға соқтығысқан молекуланың импульсін есептеуді оқушылар бірден ұға қоймайды. Өйткені олардың көпшілігі механикада өткен импульстың шамасы мен бағытын анықтауды ұмытқан.

Осы сияқты индукциялық генератордағы немесе тербелмелі контурдағы пайда болған электромагниттік тербелістің табиғатын, электромагниттік индукция құбылысын, сәулелерінің табиғатын түсіндіретін Резерфорд тәжірибесін зарядталған бөлшектің электр немесе магнит өрісінде қозғалу сипатын қайталамайынша түсіндіру мүмкін емес.

Мектеп тәжірибесінде оқытылатын тақырыппен логикалық байланыстағы және онымен ұқсас материалдарды қайталау кең тараған. Мұндай жағдайдағы қайталау жаңаны меңгеруге де, бұрынғыны тереңдетуге де мүмкіндік береді. Мәселен, Кулон заңын меңгеру үшін, оның өрнегін бүкіләлемдік тартылыс заңының өрнегімен салыстыру, электромагниттік тербелістердің қасиеттерін механикалық тербелістердің қасиеттерімен салыстырып оқу өте пайдалы.

Қорытындылап қайталау. Қайталаудың бұл түрі, әдетте ірі тақырыптар мен бөлімдерді, сондай-ақ барлық курсты оқыту аяқталған соң оқушылардың әр бөлімде оқытылатын белгілі бір ортақ түсінік, техникалық қондырғы және т.б. бойынша алған білімдерін талдап қорытындылау және жүйеге келтіру үшін жүргізіледі. Мұғалімнің негізгі міндеті – қайталауға арналған материалды дұрыс таңдап, топтастырып, оның оқыту үрдісіндегі орыны мен өткізу мерзімін дұрыс анықтау. Қайталанатын материалдың көлемін оқушылардың мүмкіндігін ескере отырып анықтаған дұрыс. Шамадан артық материалды қайталауға беру көбінесе дұрыс нәтиже бере бермейді. Мәселен, тоқсанның аяғына дейін жылжытылған, біржола қайталаудың еш пайдасы болмайды. Бұған дейін, кезеңмен, әрбір жаңа тақырыпты өткен сайын, онымен байланысты материалды шамалап қайталап отыру, қорытындылап қайталаудың алғы шартына айналғаны дұрыс. Қорытындылап қайталаудың негізгі мақсаты оқушыларда едәуір ұзақ мерзімде жекеленіп қалыптасқан білімдердің арасындағы логикалық байланыстарды ашып, оларды белгілі бір жүйеге келтіру болғандықтан, бұл қиын шаруаны мұғалім творчестволық жолмен алдын ала дұрыс жоспарлауы қажет.

Қайталануға берілген тапсырмаларды тексеруді мұғалім әртүрлі тәсілмен жүзеге асыруы мүмкін. Егер қайталау оқу материалын қорытындылап, жүйеге келтіру мақсатында жүргізілсе, оқушылардың білімдері жекелеп, топтап және жаппай сұрау тәсілдерімен жүргізіледі, ал ол оқушылардың теориялық білімдерін практикалық мақсаттарға пайдалана білу қабілеттерін тексеруге арналса, қорытындылаушы жазбаша бақылау жұмысын алу тәсілімен жүргізіледі.

Оқу материалынан негізгі және іргелі білімдерді іріктеп, бөліп алып қайталамай, оның барлығын механикалық түрде жаппай қайталаудың әсерлілігі едәуір төмен болады. Мәселен, оқушылардың бір тоқсан бойы өтілген материалды немесе бір бөлімнен алған білімдерін физиканың екі сабағы арасындағы уақытта қайталауы олардың шамасынан артық болар еді. Сондықтан, мұғалім қайталанатын негізгі де маңызды тақырыптарды алдын ала іріктеп алып, оларды үйге сұрақтар ретінде тақтаға жазып беруі және оған дайындыққа едәуір көбірек уақыт беру қажет.

Қазіргі кезде орта мектептің соңғы сыныптарындағы қайталаудың жиі қолданылып жүрген тәсілдерінің бірі – оқушыларды Ұлттық бірыңғай тестілеуге дайындау. Ол көбінесе тест жинақтарына арналған кітаптармен жұмыс істеуге негізделген. Сондықтан, мұнда теориялық материалды қайталаудан гөрі, жаттанды білімдердің көмегімен тест жаттығуларының дұрыс жауаптарын анықтау басты міндетке айналады. Мұндай жағдайда оқушыларда терең және берік білімдер қалыптасады деп айту қиын. Өйткені мұнда кез келген құбылыстың, түсініктің, заңдылықтың физикалық мағнасына қажетті көңіл бөлінбейді, олардың себептік, салдарлық байланыстары ескерілмейді. Дәлірек айтқанда, мәселенің мән-жайын түсіндірудің, яғни құбылыстар мен заңдардың тұжырымдамаларын толығырақ ашудың, олардың математикалық өрнектерін қорытып шығарудың ешбір қажеттілігі болмай қалады.

1.5 Физика курсы бойынша оқу материалын жүйеге келтірудің жалпы жағдайлары

Адамның кез келген іс-әрекетінде, ой немесе дене еңбегінде жұмыстың жүйесін білмейінше одан белгігі бір дұрыс нәтиже алу мүмкін емес. Сондықтан «жүйе» деген сөз ғылымның да, шаруашылықтың да қандай саласы болмасын өте жиі қолданылатын кең мағнадағы сөз.

Оқыту процесінде бұдан ең алдымен білімдер жүйесі жайлы сөз болғандығын бірден білеміз. Оқулықтардағы оқу материалының жүйелі болуы оқушылардың одан алған білімдерінің терең де, берік болып қалыптасуының басты шарты деуге болады. Ал бұдан кейін сол оқулықтан едәуір ұзақ мерзімде оқыған оқу материалын жинастырып, қорытындылап, жүйеге келтіру осы шарттың жүзеге асуына жағдай жасайды.

Жүйеге келтірілген білім – ұзақ мерзімде жеке қабылданған түсініктер мен заңдылықтардың біріккен, олардың арасындағы өзара байланыстар анықталған, көзге бірден түсетін күрделі объект ретінде берілген формасы. Сондықтан ол тез қабылданады, есте ұзақ сақталады.

Алдымен жүйе және жүйелілік жайлы ғылыми әдебиеттерде келтірілген тұжырымдамаларға тоқталайық.

«Жүйе гректің «sуstema» деген сөзіне алынған, ол бөлшектерден тұрады, біріктірілген, деген мағна береді».

«Жүйе дегеніміз белгілі бір тұтастық, бірлік құратын, бір-бірімен қатынастарда және байланыстарда болатын көптеген элементтер. Жүйелілік материалды және абстракты болуы мүмкін. Соның ішінде абстракты жүйелілік – түсініктер, жорулар, теориялар, жүйе туралы ғылыми білімдер, лингвистика, қалыптасқан логикалық жүйелер және т. б.» [9].

«Қазіргі ғылымда жүйелер деп, оларды құрайтын элементтер мен байланыстар көптігімен ғана емес, әртүрлілігімен, әртүрлі сапалылығымен сипатталатын белгілі бір күрделі объектілерді айтады... Жүйеге жатқызылатын көптеген объектілер таным заттары болып табылады ... Объектілердің реттелген, ұйымдасқан жағдайда болғандығы олардың жүйелілігін білдіреді ... Жүйенің біртұтас болуының негізгі шарты оны құрайтын элементтердің ішкі және сыртқы байланыстарының болуы» [10].

Ендеше мектептің физика курсының ғылыми деңгейін анықтайтын – оның мазмұнының логикалық құрылымының дұрыс анықталуы және таңдалып алынған оқу материалының бір-бірімен тығыз байланыста тізбектеліп баяндалуы. Курстың әр бөлімінде, жеке тарауларында оқытылатын түсініктер, құбылыстар, заңдар мен теориялар өзара логикалық байланыста бір-бірімен үйлесімді болса және өз кезегімен алған білімдерді тереңдетіп, дамытып отырса, онда оқулықтың мазмұнын жүйелі құрылды деуімізге болады. Оқулық мазмұнындағы логикалық байланыстардың бұзылуы жүйенің бұзылуына алып келеді. Білім біртіндеп қарапайымнан күрделіге қарай белгілі бір ретпен қалыптасуы керек. Егер ол рет бұзылса оқу материалын меңгеру қиындайды да, білім формальды болып қалыптасады, яғни оқушылардың есінде ұзақ сақталмайды.

Мектептің физика курсында физикалық заңдылықтардың практикада қолданылу мысалдары ретінде политехникалық білімдер беріледі. Бұрыннан қалыптасқан дидактикалық талаптар бойынша политехникалық материал курстың логикалық құрылымын бұзбайтындай, оның қажетті орындарында оқытылуы керек. Бұл жағдай политехникалық білімдердің белгілі бір жүйесі жоқ екендігін көрсетеді. Ал физика курсын оқытудың ең басты міндеттерінің бірі оқушыларда политехникалық білімдер жүйесін қалыптастыру. Ендеше бұл проблема да дұрыс шешімін табатын маңызды шаралардың бірі болуы керек. Солардың ішіндегі едәуір тиімдісі – физика курсының негізгі тараулары мен бөлімдері бойынша физикалық және техникалық оқу материалын бірге, комплексті түрде жүйеге келтіру. Мәселен, механика заңдылықтары негізінде өндірісті механикаландыру жайлы білімдерді, молекулалық физика негізінде материалдар технологиясы элементтерін, электродинамика заңдылықтары негізінде электр энергетикасы жайлы мағлұматтарды т. с. жүйеге келтіру өте тиімді болар еді.

Сонымен, оқу материалының жүйесін анықтау мен оны жүйеге келтіру бір мағнадағы ұқсас шаралар болғанымен, олардың мақсаттары өзгеше. Оқытылатын материалдың жүйесін анықтап, мазмұнын ашу оқулыққа қойылатын басты міндет, ал сол материалды белгілі бір принциптер мен тәсілдер негізінде жүйеге келтіру оқыту үрдісінің алдына қойылатын басты міндет. Ендеше жүйені анықтау жүйеге келтіруге қарағанда едәуір күрделі жұмыс. Жүйе арқылы физикадағы белгілі бір тараудың немесе бөлімнің жалпы құрылысының теориялық моделі жасалынады, ал жүйеге келтіру арқылы қабылданған білімдер белгілі бір принциптер негізінде топтарға бөлініп, едәуір ірі объектілерге біріктіріледі.

Оқу материалын жүйеге келтіру деп таңдап алынған принцип негізінде оқытылатын объектілерді белгілі бір жүйеге біріктіретін ақыл-ой іс әрекетін айтады [11;50]. Жүйеге келтірудің объективті шарты оқу пәні ретіндегі физика курсының логикалық құрылымы негізінде, ондағы құбылыстарды сипаттайтын түсініктер мен заңдардың өзара байланыстарын пайдалану арқылы топтастырылып, белгілі бір тұтас, едәуір ірі бірлікке жұмылдырылу мүмкіндігінің болуы. Жүйеге келтіру кезінде курстың әр сыныбында әртүрлі деңгейде оқытылатын негізгі, іргелі және едәуір жеке түсініктер жинақталып, біріктіріледі.

Оқушылардың білімдерін жүйеге келтіру арқылы оқытушы оларды оқу материалын жеке деректер мен мәліметтердің жалпы жиынтығы ретінде еске сақтау қажеттілігінен арылтады. Өйткені материал топтасып, бірден көзге ілінетін, едәуір ірі бірлікке айналады. Мұның нәтижесінде білім есте оңай сақталады және қажет кезінде тез жаңғыртылады.

Оқу материалын жүйеге келтіру бір немесе бірнеше тақырып көлемінде күнделікті сабақ үстінде теориялық материалды баяндауда және оны есеп шығаруға қолдануда оқушылармен бірге орындалуы да мүмкін. Осындай жүйеге келтірудің шағын операцияларының өзі оқушыларды білімдерді оңай меңгерудің тәсілдеріне үйретеді. Ал ірі тақырыптан немесе бөлімнен соң материалды жүйеге келтіру аса қажетті де, міндетті шара болуы шарт.

Білімдерді жүйеге келтіру үшін әртүрлі тәсілдер пайдаланылады. Солардың маңыздыларының бірі классификация. Бұл, әртүрлі объектілердің белгілі бір ұқсастықтарын және өзара айырмашылықтарын анықтаған соң, олар бірнеше топтарға бөлінеді де, әр топтың элементтерінің өзара логикалық байланыстарын ашудың негізінде жүзеге асады. Оқу материалын топтастырып, классификациялау материя мен оның қозғалыс формаларының, физикалық процесстер мен құбылыстардың, денелердің қасиеттерінің, әртүрлі приборлардың, машиналар мен механизмдердің түрлерінің арасындағы ұқсастық пен туысқандық байланыс бар болған жағдайында орындалатын шаруа. Мәселен, қазіргі әдістемелік әдебиеттерде материя құрылысы формасының, өзара әсерлесу түрлерінің, заттың агрегат күйлерінің, энергия түрлері мен оның өзгеру тәсілдерінің, генераторлардың, электр станцияларының, двигательдердің классификациялық схемалары бар [11;12]. Дегенмен, олардың кейбіреулері түзетулер мен толықтыруларды қажет етеді. Әрине жүйеге келтіру тек классификацияға ғана келіп тірелмейді, оның басқа да әдістері көп.

Жүйеге келтірудің едәуір кең тараған формаларына схемалар, таблицалар, диаграммалар құру арқылы жекеленген білімдерді белгілі бір логикалық құрылымда біріктіріп көрсету. Жүйеге тек физикалық түсініктер, құбылыстар, заңдар, теориялар ғана емес, олардың физикалық мағналары да, оларды сипаттайтын және дәлелдейтін физикалық эксперименттер де келтірілуі мүмкін.

Жүйеге келтіру белгілі бір өзекті идеялар мен принциптер негізінде орындалса ғана дұрыс нәтиже береді. Ал, қалай болса солай, өткен заңдылықтар мен оларды сипаттайтын формулаларды теріп жазып беруді жүйеге келтіру деп есептеуге болмайды. Ендеше бұдан дұрыс білім қалыптасады деп айту да қиын. Өйткені, мұндай жағдайда олардың арасындағы функциональдық байланыс ашылмайды, білім бір – бірімен байланысы жоқ жеке деректердің жиынтығы болып қабылданады. Түсініксіз қабылданған материалдың білім алуды жалғастыруда еш пайдасы болмайды, оқушы санасының дамуына кері әсерін тигізетіндігі белгілі.

2 «МЕХАНИКА» БӨЛІМІ БОЙЫНША ОҚУ МАТЕРИАЛЫН ЖҮЙЕГЕ КЕЛТІРУ

2.1 «Механика» бөлімі бойынша жалпы білімдер жүйесі

Осы уақыттарға дейін орта мектеп үшін пайдаланылып келген дәстүр бойынша, механика негізгі төрт тараудан тұрады: кинематика негіздері, динамика негіздері, сақталу заңдары, механикалық тербелістер мен толқындар.

Кинематикада физиканың барлық бөлімдеріне қатысты векторлар және оларға амалдар қолдану жайлы математикаландырылған түсініктер беріледі. Бұдан кейін бірқалыпты түзусызықты айнымалы қозғалыс, ондағы жылдамдық пен үдеу түсініктері, жылдамдық пен жол бойынша кинематиканың негізгі теңдеулері, денелердің еркін түсуі, қисықсызықты қозғалыс, ондағы сызықтық және бұрыштық жылдамдықтар, центге тартқыш үдеу жайлы қарастырылады.

Кинематикада алдымен Ньютонның бірінші заңы, инерциалық санақ жүйесі, күш пен масса түсініктері, одан кейін Ньютонның екінші және үшінші заңдары, механикадағы салыстырмалылық принципі, бүкіләлемдік тартылыс заңы, денелердің ауырлық күші, космостық Жер серіктерінің қозғалысы, денелердің салмағы мен салмақсыздық жайлы оқу материалы қарастырылады. Дегенмен, қазіргі оқулықта механикадағы әртүрлі табиғаты бар күштер жайлы оқу материалы толық қамтылмаған [13]. Мәселен, серпімділік күші мен үйкеліс күштері 7 сыныпта оқытылуына байланысты оқу бағдарламасынан алынып тасталған. Оқу жүйесінің өзгерген жағдайында механикадағы әртүрлі табиғаты бар күштердің бір орында оқытылғаны дұрыс болар еді.

Механикадағы сақталу заңдары тарауының негізгі міндеті импульс және оның сақталу заңы, энергия және оның сақталу заңы, механикалық жұмыс пен қуат және пайдалы әсер коэффициент жайлы оқу материалын қамту.

Механикалық тербелістер мен толқындар тарауында гармоникалық тербелістер, тербеліс амплитудасы, периоды мен жиілігі, тербелісті графикпен кескіндеу, тербеліс фазасы, еркін тербеліс кезіндегі энергияның түрленуі, математикалық және серіппелі маятниктерді тербелісі, еркін және еріксіз тербелістер, резонанс құбылысы, оны техникада ескеру және пайдалану, механикалық толқындар, толқын ұзындығы және оның тарау жылдамдығы, толқындық теңдеу, толқынның интерференциясы , дыбыс толқындары жайлы оқу материалы қамтылуы тиіс.

Дегенмен, қазіргі оқу жүйесі бойынша бір механиканың оқу материалы 7, 9, 10 сыныптарға бөлініп, белгілі бір жүйемен оқытылмайтын болды. Осының салдарынан табиғаттағы механикалық күштер арасындағы және энергия мен энергетикалық түсініктер арасындағы байланыс бұзылған. Бұл оқушылардың жүйелі білім алуына үлкен кедергілір жасап отыр. Осындай жағдайларды ескере отырып, біз механиканың оқу материалын органикалық бірлестікте, біртұтас жүйе ретінде қарастырып, оны оқытудың тиімді әдістерін ұсынбақпыз.

Орта мектептердің физика курсын оқытуда механика бөлімі жайлы білімдер жүйесінің курстың барлық бөлімдерінен білім беруде алатын орны ерекше. Өйткені, бұл бөлімде, философиялық категориялар болып табылатын материя мен қозғалыс, қозғалыстың салыстырмалылығы, кеңістік пен уақыт, себептілік пен заңдылық жайлы алғашқы мағлұматтар қалыптасады. Механиканы оқу арқылы оқушыларда дүниенің механикалық бейнесі жасалады, яғни дүниеге, әлемге деген алғашқы ғылыми көзқарастары пайда болады.

Механиканы оқыту нәтижесінде оқушылар мынандай философиялық тұжырымдамаларды білуі қажет:

- бізді қоршаған орта материалды, материя бізге тәуелсіз бола алады, ол біздің санамызға әсер әту арқылы сезіледі;

- материя ұдайы қозғалыста болады, қозғалыссыз материя жоқ немесе керісінше, ендеше материя мен қозғалыс үзіліссіз байланыста;

- дүниедегі бар материя кеңістікте орналасқан және оның болуы мен қозғалысы уақытқа тәуелді.

Бұл тұжырымдамалар материяның кез келген түрі және қозғалыстың барлық формалары үшін бірдей болғандықтан олардың механика бөлімінде оқушыларда жан-жақты және берік болып қалыптасуына толық жағдайлар жасалынуы керек. Сөз жоқ бұған оқушылардың алған білімдерін жүйеге келтіру көп мүмкіндіктер береді.

Механика бойынша негізгі түсініктер жүйесінің жалпы моделін жасау олардың логикалық құрылымы мен тізбектілігін сақтай отырып орындалғаны тиімді. Ол мынандай схемамен жүзеге асуы мүмкін (Сурет 2):

Физикалық Денелердің өзара Денелердің

дене әсерлесуі қозғаласы

Денелердің өзара

орналасу қалпы

Сурет 2.Механикалық білімдер жүйесін құрудың негізіне алынған ұғымдар

Физикалық денені сипаттайтын негізгі шамалар: масса, көлем, тығыздық. Ал денелер қозғалысқа келу үшін олар белгілі бір күшпен өзара әсерлесуі қажет. Күшті Ньютонның екінші заңы бойынша үдеу мен масса сипаттайды. Бұдан кейін дененің қозғалысын орын ауыстыру, жылдамдық, уақыт, үдеу шамалары сипаттайды. Қозғалыстың

Сурет 3.Механика бойынша білімдер жүйесі

қаншалықты пәрменді екендігін білдіретін және оның өлшеуіші болып табылатын импульс пен энергия. Ал энергияның өзгерісін сипаттайтын

және оның өлшеуіші болып саналатын шама – жұмыс. Энергияның өзгеру немесе жұмыстың орындалу жылдамдығын сипаттайтын шама – қуат. Пайдалы энергия немесе жұмыс өндіру қабілеттілікті – пайдалы әсер коэффициент сипаттайды.

Осы шамалардың арасындағы логикалық байланыстарды жоғарыдағы 2- суретте келтірілген тізбек бойынша құрастырсақ 3 – суреттегідей күрделі схема шығады.

Схемаға назар салып қарасақ, ол физиканың логикалық құрылымына негізделіп жасалынғандықтан, оқу бағдарламасындағы (немесе оқулықтағы) оқу материалының тізбектеліп баяндалуына сәйкес келмейді. Өйткені, дене өздігінен өзі қозғалысқа келе алмайды, ол басқа денелермен күш арқылы әсерлесіп барып қозғалысқа келеді. Сондықтан, қозғалысты сипаттайтын шамаларға қарағанда денелердің өзара әсерлесуін сипаттайтын шамалар бұрын келіп отыр. Әрине бұл жағдай алдымен динамика, одан кейін кинематика оқытылуы керек деген мәселе емес. Схема механикадағы негізгі түсініктердің тек логикалық тұрғыдан қарағандағы жүйесін білдіреді. Ал оқулықтарда алдымен кинематиканы одан кейін динамиканы оқыту бұрыннан қалыптасқан, педагогикалық тәжірибемен оң нәтиже беріп келе жатқан әдіс. Ендеше бұл әдісті өзгертудің ешбір қажеттілігі жоқ.

Дегенмен, дененің қозғалысының өлшемі энергия, ал жұмыс, қуат және пайдалы әсер коэффициент энергия түсінігінен туындайтын екінші қатардағы түсініктер болғандықтан схеманың соңғы жағындағы логикалық құрылымның тізбектілігі оқулықтарда да сақталғандығы дұрыс. Мұның мүмкіндігіне «Сақталу заңдары» тақырыбы бойынша оқу материалын жүйеге келтіру кезінде тоқталатын боламыз.

Қандай тақырып болмасын ондағы барлық құбылыстар мен процесстер, түсініктер мен заңдар жайлы оқу материалын толық жүйеге келтірудің сәті түсе бермейді. Таңдап алынған идея немесе принцип негізінде оқу материалын жүйеге келтіру кезінде кейбір қосымша мәліметтер қамтылмай қалуы мүмкін. Сондықтан, жүйеге келтіру алдында тақырыптың қысқаша мазмұнын қарастыру, оны қайталап, қорытындылау және жүйені меңгеру үшін немесе оны оқушылармен бірге жасау үшін аса қажетті. Осыған байланысты әрбір ірі тақырып бойынша оқу материалын жүйеге келтіру үшін, оның қорытындыланған қысқаша мазмұнын алдын ала қарастыруды дұрыс деп санаймыз.

Сонымен, 3 – суретте келтірілген схема механикадағы оқу материалының логикалық құрылымын анықтауға, ондағы негізгі түсініктердің функционалдық байланыстарын ашуға және кейбір түсініктердің физика ғылымының логикалық тізбектілігіне сәйкес баяндалуына мүмкіндіктер береді.

2.2 Кинематика

Алғашқы мағлұматтар

Кинематика бойынша қарастырылатын алғашқы мағлұматтар оқушылардың дүниеге ғылыми көзқарастарын қалыптастырудың бастамасы деуге болады. Өйткені мұнда дененің қозғалысын сипаттайтын, материалық нүкте, санақ денесі, санақ жүйесі, кеңістік пен уақыт, орын ауыстыру, жол, траектория түсініктері қалыптасады. Бұған қосымша механикадағы векторлық және скалярлық шамаларға, оларға математикалық амалдар қолдану ережелеріне түсініктемелер беріледі. Соңғы мағлұматтар барлық физика курсын оқытуда қажетті, өйткені оқушыларды математикалық сауаттылыққа үйретеді.

Енді қайталап, қорытындылау материалы ретінде осы мағлұматтардың нақты мазмұндарына тоқталайық.

Кинематика дегеніміз дене қозғалысының заңдылықтарын сол қозғалысты тудырушы себептерін ескермей қарастыратын механиканың бір бөлімі.

Дененің механикалық қозғалысы деп уақыттың өтуіне қарай оның басқа денелермен салыстырғандағы кеңістіктегі орнының өзгеру жағдайын айтады.

Қозғалыстың берілген жағдайында мөлшерін ескермеуге болатын денені материалдық нүкте дейді.

Берілген дененің қозғалысына қатысты қарастырылатын денені санақ денесі дейді. Санақ денесімен байланысқан және уақытты өлшейтін прибормен жабдықталған координат жүйесін санақ жүйесі дейді.

Дүниеде бар заттардың орналасқан ортасын кеңістік дейді. Кеңістіктің негізгі қасиеттеріне оның объективтігі, материямен бір тұтастығы, шексіздігі және үш өлшемділігі жатады. Кеңістіктегі дененің қозғалысы, яғни оның жағдайының өзгеруі уақытқа тәуелді болады. Уақыттың негізгі қасиеттеріне оның объективтігі, үздіксіздігі, бір қалыптылығы, бір ырғақтылығы жатады.

Қарастырылатын дененің таңдап алынған санақ жүйесіне қатысты қозғалыста жасаған үздіксіз сызығын траектория деп атайды. Қозғалыс траекториясы түзу сызықты да, қисық сызықты да болуы мүмкін.

Сурет 4.Қозғалыс траекториясы

Қозғалыс таекториясының бойымен дененің белгілі бір уақытта жүріп өткен ара қашықтығын жол деп атайды.

Дене қозғалысының бастапқы және соңғы орындарын (нүктелерін) қосатын, бағыты бар түзу кесіндіні орын ауыстыру дейді (4 – сурет).

Сандық мәнімен қатар бағытын да көрсету қажеттігі бар шамаларды векторлық шамалар дейді. Векторлық шамаларды геометриялық жолмен қосуға және жіктеуге болады. Бағыты бар немесе жоқ деп айтуға болмайтын, тек сандық мәнімен берілетін шамаларды скалярлық шамалар дейді. Векторлық шамалардың модульдері де скалярлық болып табылады. Басқаша айтқанда, кез келген векторлық шаманың плюс таңбасымен алынған сандық мәнін оның модулі дейді. Векторларды қосу, азайту тәсілдері 5 – суретте көрсетілген.

Сурет 5.Векторларды қосу, азайту тәсілдері

орын ауыстыру векторының Х және У координаттық осьтердегі проекциялары, дененің х және у координаттарының өзгерулеріне тең (6-сурет). Сызба бойынша орын ауыстыру векторының Х осіндегі проекциясы Р₀Р кесіндісі, ал У осіндегі проекциясы Q₀Q кесіндісі болып табылады

s = х – х₀; s_у=у – у₀ бұдан:

х = х₀+ s_х; у = у₀+ s_у

Y

Сурет 6.Механикалық қозғалыстың түрлері

Механикалық қозғалыстардың түрлері бойынша оқу материалын жүйеге келтіру оқушылардың алған білімдерінің едәуір жинақы, терең және берік болып қалыптасуына мүмкіндіктер береді. Өйткені, мұндағы қозғалысты сипаттайтын формулалардың кейбір ұқсастықтары, қозғалыстың түрлеріне байланысты екі шаманың арасындағы тәуелділік графиктері оларды көбінесе шатастыруға алып келеді. Жүйеге келтіруге кіріспес бұрын оқушыларға нақты түсініктердің мазмұндарын талдап, қорытындылау қажет.

1. Бірқалыпты түзу сызықты қозғалыс деп кез-келген тең уақыт аралықтарында бірдей қашықтыққа орын ауыстыратын дененің қозғалысын айтады.

Бірқалыпты түзу сызықты қозғалыстың жылдамдығы деп дененің кез-келген уақыт аралығындағы орын ауыстыруының сол уақыт аралығына қатынасына тең тұрақты векторлық шаманы айтады.

, бұдан

Жылдамдық бірлігі ;

Жылдамдықтың уақытқа тәуелділікграфигі 7– суретте көрсетілген.

Сурет 7.Жылдамдықтың уақытқа тәуелділік графигі

2. Түзусызықты бірқалыпсыз қозғалыс деп дененің жылдамдығы модулі бойынша өзгеріп отыратын қозғалысты айтады.

Мұндай қозғалыстың орташа жылдамдығы , ал лездік жылдамдығы өрнектерімен анықталады.

А ) Түзусызықты бірқалыпты үдемелі қозғалыстың үдеуі деп жылдамдық өзгерісінің осы өзгеріс болған уақыт аралығына қатынасын айтады.

Үдеудің өлшем бірлігі

Бұдан шығатын өрнегі механикалық қозғалыстың негізгі теңдеулерінің бірі болып саналады.

Дененің бірқалыпты үдемелі қозғалыс жылдамдығының уақытқа тәуелділік графигінің екі жағдайын қарастырайық: 1) бастапқы жылдамдығы бар; 2) бастапқы жылдамдықсыз.

Бірқалыпты үдемелі қозғалыс , м/с кезіндегі жылдамдықтың уақытқа тәуелділік графиктері 8 – суретте көрсетілген.

Сурет 8 жылдамдықтың уақытқа тәуелділігі

Бірқалыпты үдемелі қозғалыс кезіндегі дененің орташа жылдамдығы:

Бірқалыпты үдемелі қозғалыс кезіндегі дененің жүрген жолы:

Бұдан басқа, дененің жүрген жолы формуласымен де анықталады

Бірқалыпты үдемелі қозға- лыс кезіндегі жолдың уақытқа тәуелділік графигі 9-суретте көрсетілген.

Сурет 9 жолдың уақытқа тәуелділік графигі

б) Бірқалыпты кемімелі қозғалыс кезіндегі жылдамдықтың уақытқа тәуелділік графигі үдеу модулі бойынша

бұдан

Бірқалыпты кемімелі қозғалыс кезіндегі дененің жүрген жолы:

немесе

Бірқалыпты кемімелі қозғалыс кезіндегі жылдамдықтың уақытқа тәуелділік графигі сурет 10 да, ал жолдың уақытқа тәуелділік графигі сурет 11 де көрсетілген.

Сурет 10. Жылдамдықтың уақытқа Сурет 11. Жолдың уақытқа тәуелділігі

тәуелділігі

в) Денелердің еркін түсуі дегеніміз ауаның кедергісі ескерілмеген жағдайдағы тек қана ауырлық күшінің әсерінен болатын қозғалыс. Мұндай қозғалыс кезіндегі удеуді еркін түсу үдеуі дейді және g әріпімен белгілейді. Еркін түсу үдеуі – тұрақты шама.

Денелердің еркін түсуі бірқалыпты үдемелі қозғалыс болғандықтан кез-келген уақыт моментіндегі дененің жылдамдығы, дененің жүрген жолы есебіндегі құлау биіктігі ұқсас формулалармен анықталады, яғни

және

егер болса, және ,

Бұл шамалардың уақытқа тәуелділік графиктері де ұқсас, яғни 8, 9 –суреттерде көрсетілгендей.

г) Тік жоғары лақтырылған дененің қозғалысы. Жердің тарту күшінің әсерінен болғандықтан бірқалыпты баяу қозғалысқа жатады. Сондықтан жылдамдық, жол және үдеу шамалары да баяу қозғалыс формулаларына ұқсас анықталады, яғни:

немесе

Б елгілі бір биіктікке көтерілген соң, дене жерге құлайтын болады. Сондықтан ,

Бұл қозғалыс кезіндегі жылдамдық пен жолдың уақытқа тәуелділік графиктері де баяу қозғалыс графиктеріне ұқсас, сурет 10-11дегідей болады.

3. Шеңбер бойымен бірқалыпты қозғалыс қисық сызықты қозғалыстың бір мысалы болып табылады.

Ш еңбердің кез-келген нүктесіндегі үдеу әрқашан да радиус бойымен центрге қарай, ал жылдамдық векторы қозғалу бағытына сәйкес сол нүктеге жүргізілген жанаманың бойымен бағытталған (12 – сурет).

Ц ентрге тартқыш үдеудің модулі

С ызықтық жылдамдық

R

болғандықтан

ал жол

Сурет 12. Нүктеге жүргізілген жанама

Мұндағы R-шеңбердің радиусы, Т-айналу периоды, n-айналу жилігі, халықаралық өлшем бірліктерінде n –айн/с өлшемімен өлшенеді.

Бұрыштық ылдамдық болғандықтан

4 . Горизонтқа бұрыш жасай лақтырылған дененің қозғалысының траекториясы, ауаның кедергісі ескерілмеген жағдайда, парабола б ойынша болады. Дене қозғалысының үдеуі

т ұрақты және уақыттың кез-келген моментінде

g еркін түсу үдеуіне тең, ал жылдамдық векторы

к ез-келген нүктеде жанаманың бағыты бойынша 0

бағытталады.

Сурет 13. Горизонт бұрыш

Реті І	Механикалық қозғалыстың түрі	Жылдам-дық (м/с)	Үдеу (м/с2)	Жол немесе орын ауыстыру (м)	Жылдамдық- тың уақытқа тәуелділігінің г рафигі
1	Бірқалыпты түзусызықты қозғалыс
2	Түзусызықты бірқалыпсыз қозғалыс а)бірқалыпты үдемелі				0 t
	б) бірқалыпты баяу				0 t
	в)денелерің еркін түсуі				0 t
	г) тік жоғары лақтырылған дененің қозғалысы				0 t
3	Шеңбер бойымен бірқалыпты қозғалыс	= 2 n			0
4	Горизонтқа бұрыш жасай лақтырылған дененің қозғалысы				S g 0 t

Кесте 1 Кинематика бойынша білімдердің жүйесі

және ОУ баытталады (13-сурет). ОХ остері бойынша жылдамдық проекциялары

; формулалары

бойынша, ал орын ауыстыру проекциялары

формулалары бойынша анықталады.

Кинематика бойынша оқу материалын жүйеге келтіру үшін негізге алынатын басты идея механикалық қозғалыстың түрлері және оларды математикалық тұрғыдан сипаттайтын қозғалыс жылдамдығының, үдеудің, жолдың теңдеулері және жылдамдықтың формулалары.

уақытқа тәуелділігінің графигі. Қозғалыстың бір түрімен салыстырғанда екіншісіндегі физикалық шамалардың математикалық өрнектерінің, графиктердің өзгешеліктері бірден байқалатындықтан, оқушыларға оларды шатастырмай нақты меңгеруге мүмкіндік жасалынады. Сондықтан олар, әсіресе механикалық қозғалыстың түрлеріне байланысты есеп шығаруда, математикалық өрнекті дұрыс таңдап, есепті адаспай, сауатты шығарып үйренеді, графиктің де мағнасын түсінетін болады.

Бұл жүйеден механикалық қозғалыстың түрлеріне байланысты негізгі түсініктерді анықтайтын өрнектердің бір бірінен айырмашылықтары оңай байқалады. Сондықтан да оларды салыстыра отырып, оқушы барлық материалды қысқа мерзімде меңгеретін болады.

2.3 Динамика

Динамика дегеніміз дене қозғалысының заңдылықтарын сол қозғалысты тудырушы себептерімен бірге қарастыратын механиканың бір бөлімі.

Динамика заңдары – механика бөлімінің едәуір маңызды бөлімі. Оны оқытудың негізгі міндеті оқушыларға материалдық нүкте динамикасы жайлы түсініктер жүйесін қалыптастыру, оларды Ньютон заңдарымен және ол заңдардың практикада – өндіріс пен техникада, ғарышты игеруде қолданылуымен таныстыру болып табылады. Мұнда Ньютон заңдарын оқытуға байланысты, физикадағы маңызды - масса мен күш түсініктері, денелердің өзара әсерлесуі, инерция, инерциалдық және инерциалдық емес санақ жүйелері жайлы ұғымдар қалыптасады.

Алдымен динамика бойынша қорытындыланатын білімдердің қысқаша мазмұнына тоқталайық.

Ньютон заңдары

1. Ньютонның бірінші заңы. Кез-келген дене, оған басқа денелер әсер етіп және оны осы күйден шығарғанша, өзінің алғашқы салыстырмалы тыныштығын немесе түзу сызықты бір қалыпты қозғалысын сақтайды.

Осы заңды инерция заңы деп атайды.

Инерттілік қасиет барлық денелерге тән. Инерттілік әсерінен дене бірден үлкен жылдамдыққа ие бола алмайды, немесе бірден жылдамдығын күрт жойып, тоқтай алмайды. Бұл үшін біраз уақыт қажет.

Инерция заңы орындалатын санақ жүйесін инерциялық санақ жүйесі деп атайды.

Дененің инерттілік қасиеті оның массасымен сипатталады. Масса – денелердің инерттілігінің өлшемі

2. Ньютонның екінші заңы. Дене қозғалысының үдеуі осы үдеуді тудырушы күшке тура және дененің өзінің массасына кері пропорционал болады.

Бұдан

Ньютонның екінші заңы тек инерциялық санақ жүйесі үшін дұрыс. Бұл заң бойынша күш векторы әрқашан үдеу векторының бағытымен сәйкес келеді.

3. Ньютонның үшінші заңы. Денелер бір-біріне модульдері жағынан тең, ал бағыттары жағынан қарама-қарсы күштермен әсер етеді (14 – сурет).

F F

Сурет 14. Қарама-қарсы күштермен әсер

4. Күш деп бір дененің басқа денеге әсерін сипаттайтын және осы әсердің өлшеуіші болатын векторлық физикалық шаманы айтады. Халықаралық бірліктер жүйесінде ол Ньютонмен (Н) өлшенеді.

.

Табиғаттағы күштер

1. Бүкіл әлемдік тартылыс заңы.Екі дене бір-бірімен массаларының көбейтіндісіне тура пропорционал және ара қашықтығының квадратына кері пропорционал күштермен тартылады.

Мұндағы G гравитациялық тұрақты деп аталады.

G = 6,672 10^-11 Нм²/кг²

Денелер арасындағы гравитациялық әсерлесу гравитациялық өрісте (немесе тартылыс өрісінде) жүзеге асады.

2. Ауырлық күші. Дененің салмағы. Бүкіл әлемдік тартылыс күшінің жер бетіндегі денелер үшін байқалмауының бір түрі – ауырлық күші. Ал бұл күш пен денелердің салмағы мағынасы жағынан біріне-бірі тең ұғымдар.

Бүкіл әлемдік тартылыс күші немесе ауырлық күшіне байланысты денелердің массасын гравитациялық тартылыстың өлшемі деп те айтады.

Дененің массасы оның тығыздығы мен V көлемііне байланысты математикалық түрде, m = V болып анықталатындығы бұрыннан белгілі. Мұндағы = m/V (кг/м ).

Денеге оның жерге тартылу салдарынан тіреуге әсер ететін Р күшін салмақ деп атайды.

Дененің вертикаль бойымен жоғары үдемелі қозғалысы нәтижесінде оның салмағының артуын асқын салмақ деп атайды.

Дене вертикаль төмен қарай үдемелі қозғалғанда оның салмағы ma – ға азаяды.

Нүктенің тіреумен өзара әсерлесуі болмайтын күйін салмақсыздық күй деп атайды.

3. Центрге тартқыш күш. Шеңбер бойымен қозғалған дененің айналу радиусы арқылы центрге қарай бағытталған күшін центрге тартқыш күш деп атайды. Центрге тартқыш күштің де табиғаты гравитациялық болып саналады.

Бірінші ғарыштық жылдамдық дегеніміз Жер бетінен шағын биіктікте денеге, Жерді шеңбер бойымен айнала қозғалуға мүмкіндік беретін ең аз жылдамдық.

Егер болса, онда теңдігінен

Мұндағы М-жер массасы, R-жер радиусы.

4. Серпінділік күші. Гук заңы

Серпімді денелердің сыртқы күштерідің әсеріне қарсы әсер күші серпінділік күш деп аталады.

Гук заңы бойынша дененің деформациялануы кезіндегі күш оның х абсолют ұзаруына (немесе сығылуына) тура пропорционал және одан қарсы бағытта болады.

F_сеp= - k х

Мұндағы к-пропорционалдық коэфицицент немесе дененің қатаңдығы деп аталады. Оның өлшем бірлігі Н/м.

5. Үйкеліс күші. Екі дененің жанасқан беттерінің арасындағы өзара әсерлесуден пайда болатын және олардың салыстырмалы орын ауыстыруына кедергі жасайтын күшті үйкеліс күші деп атайды (сурет-15).

Сурет 15 үйкеліс күші

Үйкелістің үш түрі бар: тыныштық үйкелісі, сырғанау үйкелісі, домалау

үйкелісі.

Тыныштық үйкелісі кезінде жанасқан денелердің бір-бірімен салыстырғандағы орын ауыстыруы болмайды.

F_үйк = μ₀N.

Мұндағы μ₀-тыныштық үйкеліс коэффициенті деп аталады, N-тіректің реакция күші.

Сырғанау үйкелісі кезінде жанасқан денелердің бір-бірімен салыстырғандағы орын ауыстыруы болады.

F_үйк = μN,

мұндағы μ сырғанау үйкеліс коэффициенті деп аталады.

Домалау үйкелісі цилиндр, шар, дөңгелек формалы денелер мен жазық беттердің арасында немесе олардың бір-бірінің арасында болады.

Практикада осындай формадағы денелердің жиі пайдалануы сырғанау үйкелісін азайту үшін болады (әртүрлі подшипниктер,көлік дөңгелектері т.б.).

F_үйк = μ₀N/R,

мұндағы μ_дом домалау үйкелісінің коэффициенті, R-домалайтын дененің шеңберінің диаметірі.

6. Айналу осі бар қатты денелер үшін анықталатын күш моменті М денеге әсер етуші F күшінің ℓ күш иініне көбейтіндісіне тең.

M=Fℓ

Күш иіні дегеніміз айналу осінен (немесе тіреу нүктесінен) күш түсіру

нүктесіне дейінгі қашықтық.

Сурет 16 рычагтың тепе теңдігі

Рычаг. Рычагтың тепе-теңдікте болу шарты оның иіндеріне әсер

етуші күштердің қатынасы осы күштердің иіндерінің қатынасына кері пропорционал жағдайда орындалады, яғни

.

Көлбеу жазықтықта а үдеумен қозғалған дене менжазықтың арасында пайда болатын үйкеліс күші мынаған тең:

Сурет 17. Үйкеліс күші

.

Осы кездегі үдеу:

Кесте 2.

Динамикадағы күштер жайлы жүйеге келтірілген білімде

Реті	Әртүрлі күштер	Негізгі Өрнек	Суреттер
1 .	Ньютонның екінші заңы бойынша жалпы күш	(Н=кг м/ с )	_ _ F a
2.	Гравитациялық күштер:
А)	Салмақ күші: 1) асқын салмақ 2) салмақсыздық	g = 9,8м/с	g + a m m g – a
Б)	Бүкіләлемдік тартылыс Күші	G = 6,672 10-11 Нм2/кг2	m R
В)	Центрге тартқыш күш		m R
3.	Серпінділік күші	Fсеp= - kх k- қатаңдық
4.	Үйкеліс күші: 1)тыныштық үйкелісі 2) сырғанау үйкелісі 3) домалау үйкелісі	Fүйк = μ N= μ mg μ-сырғанау үйкелісінің коэффициенті F үйк = μ0N/R,= = μ0 mg/R.. μ0 –домалау үйкелісінің коэффициенті	N F F mg R
5	Күш моменті (Рычаг)	М=F ℓ

Бір-бірімен жіп арқылы жалғасып, қозғал-

майтын блокқа асылған, массалары әртүрлі екі

жүк (сурет 18) мынандай үдеумен қозғалады:

Сурет 18.массалары әртүрлі екі жүк

Лифттердегі және басқа да көтеру қондырғыларындағы қарсы салмақтардың қолданылуы денелердің еркін түсу үдеуінен аз салмақпен төмен қарай қозғалуына мүмкіндік береді.

Осы келтірілген негізгі білімдердің барлығын дерлік бір жүйеге келтіру, оның кейбір принциптеріне сай келмейтіндіктен, тек күш ұғымына қатысты білімдерді жүйеге келтіру тиімді деп санаймыз. Жүйені күрделілендірмеу үшін таблица құру жолын таңдап алу қажет болды (кесте 2). Ондағы негізгі графаларға механикалық қозғалыстың түрлерін, олардың математикалық өрнектерін және сол өрнектерді түсінуге қажетті суреттер мен схемаларды көрсету оқушылардың жүйені оңай түсінуіне мүмкіндіктер береді. Жүйе математикалық негізде жасалынғандықтан, бірқатар сапалық білімдерді және күштердің техникада қолданылуының кейбір мысалдарын (рычаг, көлбеу жазықтық, блок) қамтылмады.

2.4 Механикадағы сақталу заңдары

Сақталу заңдарының ғылыми, методологиялық және философиялық мәні ерекше зор болғандықтан, сондай-ақ механикадағы кинематика мен динамиканы қорытындылаушы тақырып болғандықтан оларды оқытуға қойылатын талаптар да ерекше болуы керек. Механикалық құбылыстар шеңберінде импульстің, импульс моментінің және энергияның сақталу заңдары бар. Бұлардың ішінен мектептің физика курсында импульс моментінің сақталу заңы оқытылмайды. Өйткені, оны оқыту үшін инерция моменті және импульс моменті түсініктерін енгізу қажет. Бұлай істеу кемінде 10 сағаттық уақыт қорын қажет етер еді. Сондықтан оны физика бойынша факультативтік немесе арнайы курстарда қарастырған дұрыс /18/.

Алдымен оқу материалын қорытындылау үшін денелердің имульсі түсінігі мен импульстің сақталу заңының қысқаша мазмұнын қарастырайық.

Импульстың сақталу заңы

1.Дененің импульсы деп дененің массасының оның жылдамдығына көбейтіндісіне сан жағынан тең шаманы айтады.

Дененің импульсын басқаша қозғалыс мөлшері деп те атайды. Импульс – векторлық шама. Өлшем бірлігі : кг м/с Ньютонның екінші заңы бойынша: , мұндағы болғандықтан , бұдан

- күш импульсы деп аталады. Оның өлшем бірлігі: Н с.

2. Импульстың сақталу заңы денелердің тұйықталған жүйесі үшін орындалады.

Оқшауланған немесе тұйықталған жүйе деп бір-бірімен өзара әсерлесетін, бірақ осы жүйеге кірмейтін басқа денелермен әсерлеспейтін денелер жүйесін айтады.

Тұйықталған жүйе құратын денелердің импульстерінің геометриялық қосындысы жүйеге кіретін денелердің кез келген қозғалысында және өзара әсерлесуінде тұрақты болып қалады.

Сурет 19. Импульстің сақталу заңы

Импульстің сақталу заңын түсіндіру үшін сурет 19 да көрсетілген екі дененің соқтығысу мысалын алайық.

Егер кезкелген екі дененің соқтығысқанға дейінгі импульстерінің қосындысы m₁υ₁+m₂υ_{2 ,} ал соқтығысқаннан кейінгі импульстерінің қосындысы m₁υ₁¹+m₂ υ₂¹ болса онда :

m₁υ₁+m₂υ₂= m₁υ₁¹+m₂ υ₂¹

Бұл өрнек импульстың сақталу заңының өрнегі болып табылады.

Әсерлескеннен кейін екі дененің жылдамдығы ортақ болатын жағдайлар үшін сурет 20те көрсетілген мысалды алайық.

а) әсерлескенге дейін б) әсерлескеннен кейін

Сурет 20. Әсерлескеннен кейінгі екі дененің жылдамдығы

Бұл жағдай үшін теңдеу мына түрде құрылады:

m₁υ₁+m₂υ₂=( m_{1 +} m₂ ) .

Бұдан әсерлескеннен кейінгі ортақ жылдамдық мынаған тең:

Денелрдің реактивті қозғалысы импулстың сақталу заңына негізделген.

Энергетикалық түсініктерге ғылыми-әдістемелік талдау

Механикадағы энергетикалық түсініктер физиканың логикалық құрылымына және баяндалу тізбектілігіне сәйкес, әдіснамалық тұрғыда оқытылғаны тиімді деп ойлаймыз. Бұлай дейтініміз, өткен ғасырдың 50-жылдарынан бастап осы уақытқа дейін энергия мен жұмыс түсініктерін оқыту кезектілігі шешімін таппай келеді. Бұл мәселе төңірегіндегі әдіскер-ғалымдардың, оқулық авторларының арасындағы келіспеушілік әлі күнге дейін жалғасуда.

Ғылыми тұрғыдан алғанда энергия түсінігі негізгі, ал жұмыс одан туындайтын екінші кезектегі түсінік екендігі белгілі. Солай болғанмен де қазіргі оқулықтарда жұмыс түсінігі бірінші, ал энергия түсінігі екінші ретпен оқытылады. Мұндай тәсілді бірқатар әдіскерлер энергия түсінігінің күрделілігінен, ал жұмыс түсінігінің оқушылар санасына ертерек қалыптасуынан деп есептейді. Дегенмен, осындай көзқарастар төңірегінде оқыту үрдісіндегі физиканың логикалық құрылымы мен тізбектеліп баяндалуының бұзыла беруі оқу материалының жүйелілігіне кері әсерін тигізеді.

Энергия түсінігін материя қозғалысының өлшемі ретінде, жұмыс түсінігіне тәуелсіз, ал жұмыс түсінігін екінші ретпен оқыту жайлы бірқатар әдістемелік әдебиеттерде айтылған. Ондағы әдістеме осы жолға түспейінше, энергия түсінігі оқушылар санасында тұтасымен жалаң абстракция болып қалады, немесе жұмыс түсінігімен араласып кететін болады. Бұған қоса, айтылған әдістемені физиканы оқытудың бірінші сатысында да, екінші сатысында да қолдануды дұрыс. Бірақ, ол әдістемелік құралдарда энергия түсінігін қандай негізде және қандай тәсілді пайдаланып енгізу жайлары көрсетілмеген. Оның үстіне, энергияны, әртүрлі қозғалыс формасымен толық таныспаған бірінші саты оқушылары үшін енгізудің ешбір мүмкіндігі жоқ.

Сонымен механикадағы энергетикалық түсініктерді оқыту әдістемесінде шешілмей отырған: 1) энергия түсінігінің физикалық мағнасын ашу; 2) энергия мен жұмыс түсініктерінің кезекпен оқытылуы. Осы жағдайлардың дұрыс шешілуі оқу материалының мазмұндық жағынан жүйелілігін қалыпқа келтіретін болғандықтан, оларды талдап көрейік.

Ғылыми әдебиеттерде, физика оқулықтарында энергия түсінігінің жиі кездесетін анықтамаларына тоқталайық.

1. «Энергия дегеніміз денелердің немесе денелер жүйесінің жұмыс істеуге қаблеттілігі». Бұл анықтама энергия түсінігінің ғылыми мағнасын толық аша алмайды. Өйткені, дене жұмыс істеуге қаблетті болғанымен, жұмыс істей алмауы мүмкін. Мәселен, салыстырмалы тыныштықта қозғалмай тұрған кез келген денелердің энергиясы бар болғанымен, олардың барлығының бірдей оқыту үрдісінде қажеттілігі болмауы мүмкін. Оның үстіне бұл анықтаманы таңдау жағдайында жұмыс түсінігі энергия түсінігінен бұрын оқытылуы қажет.

2. «Энергия дегеніміз денелердің немесе денелер жүйесі күйінің бір мәнді функциясы». Бұл анықтама физикадан гөрі математикалық тұрғыдан тұжырымдалған деуге болады. Математикада кез келген функция аргументке тәуелді шама. Өйткені аргумент өзгерсе ғана функция өзгереді. Ал физикада қозғалыстың формаларына байланысты аргументке жылдамдық, температура, заряд немесе ток күші т.с.с. шамалар жатады. Бұлардың қайсысын алсақ та материя қозғалысын сипаттайтын шамалар. Ендеше энергияны қозғалыс арқылы сипаттау басқа анықтамалардан гөрі оның физикалық мағнасын едәуір ғылыми тұрғыда ашады деуге болады.

3. «Энергия дегеніміз материя қозғалысының әртүрлі формасының жалпы өлшеуіші». Бұл анықтаманы алғаш рет өзінің «Табиғат диалектикасы» атты еңбегінде тұжырымдаған Ф. Энгельс болды. Философияда, іргелі ғылыми еңбектерде, бірқатар жоғарғы курс физикасында бұл анықтама қазіргі уақытқа дейін қолданылып келеді. Кейбір физика оқулықтары мен мектептің физика курсындағы энергетикалық түсініктерді оқыту әдістемесіне арналған зерттемелердің бірқатарында осы анықтаманың дұрыс екендігі айтылған [14; 15; 16; 17].

Сонымен осы келтірілген үш анықтама ішінен соңғы үшінші анықтама энергия түсінігінің мағнасын едәуір кеңірек және жан-жақты ашады. Сондықтан ол барлық қозғалыс формасы үшін бірдей жарамды болып саналады. Мектептің физика курсы үшін бұл анықтаманы механика бөлімінде енгізген орынды. Өйткені бұған дейін, физика курсын оқытудың бірінші сатысында, оқушылар материя қозғалысының барлық түрлерімен дерлік таныс болады.

Жұмыс энергия түсінігінен туындайтын екінші реттегі түсінік. Ендеше логикалық тұрғыдан алғанда ол энергиядан кейін оқытылуы керек. Әдетте, физика оқулықтарында оны күш пен орын ауыстыру арқылы энегиядан бұрын оқыту кең тараған. Дегенмен мұндай әдістің энергияны оқытудан кейін де қолдану мүмкіндігі бар емес пе.

Осыларға байланысты «жұмыс» түсінігі екі мағнада пайдаланылады: 1) жұмыс – күш әсерінен дененің орын ауыстыру процессі, ол энергия өзгерісіне алып келеді; 2) жұмыс – энергия өзгерісін сандық жағынан сипаттайтын шама, яғни ол энергия өзгерісінің өлшеуіші. Энергия өзгерісі болмаса жұмыс та өндірілмейді және ол жөнінде сөз болмауы тиіс.

Жұмыс жайлы, бір біріне қайшы келмейтін осы екі анықтаманың екеуін де екі жағдай үшін пайдалану артық болмас еді. Бұдан жұмыстың физикалық мағнасы жан-жақты кеңеймесе, кемімейді.

Жұмысты энергия арқылы анықтау, қуат түсінігін де, пайдалы әсер коэффициент түсінігін де энергия арқылы анықтауға үйлесуі қажет.

Қуат түсінігі жұмыс арқылы да, энергия арқылы да анықталуы мүмкін. Сон дықтан оның физикалық мағынасын, денелердің жұмыс өндіру немесе энергияны өзгерту жылдамдығы деп ашқан дұрыс. Өйткені физикада уақытқа қатынасты барлық түсінік белгілі бір шаманың өзгеру жылдамдығын білдіреді.

Пайдалы әсер коэффициент түсінігінің физикалық мағнасын кез келген механизмнің, қондырғының, машинаның пайдалы жұмыс өндіру немесе пайдалы энергия өндіру қабілеттілігі деп ашу оқушуыларға едәуір түсінікті болар еді. Өйткені, әдеттегідей, бұл түсінікті пайдалы жұмыстың толық жұмысқа қатынасы деп анықтау жалаң математикалық мағна ғана береді.

Енді осы талдаманы энергетикалық түсініктерді қорытындылап, жүйеге келтіру үшін пайдаланайық.

Энергияның айналу және сақталу заңы

Энергия дегеніміз материя қозғалысының әртүрлі формасының жалпы өлшеуіші. Физикада материя қозғалысына, механикалық, жылулық, электромагниттік, кванттық-механикалық, ішкі ядролық және элементарлы бөлшектер қозғалыстары жатады.

Механикалық энергия деп механикалық денелер қозғалысының өлшемін айтады. Механикада энергия кинетикалық және потенциалдық болып өрнектеледі. Бұлардың қосындысын дененің толық механикалық энергиясы дейді.

Денелердің қозғалысы бойынша анықталатын энергияны кинетикалық энергия дейді. Массасы m дене υ жылдамдықпен қозғалғанда оның кинетикалық энергиясы мынаған тең:

Дененің тұрған орыны немесе оны құрайтын бөлшектердің өзара әсерлесуі бойынша анықталатын энергияны потенциалдық энергия дейді.

E_n= mg h

Энергияның өлшем бірлігі-Джоуль. 1Дж = 1кгłм²/сек²

Энергияның сақталу заңын түсіну үшін мынандай мысал алайық.

Массасы m еркін түскен дененің h₁ биіктіктегі жылдамдығы υ₁, ал

h₂ биіктіктегі жылдамдығы υ₂ болсын. Кинематикадан белгілі формуласына сүйеніп ол дене үшін мынандай теңдеу жазайық:

Мұны түрлендіріп басқа түрде көрсетейік

Соңғы теңдеудің екі жағындағы қосылғыштардың әрқайсысын m массаға көбейту арқылы мынаны табамыз:

немесе

, бұдан

Бұл теңдеулер толық механикалық энергияның сақталатындығын көрсетеді.

Жұмыс деп энергияның бір денеден екінші денеге берілу процесін сипаттайтын және энергия өзгерісінің мөлшерін көрсететін шаманы айтады.

Жұмыс – энергия өзгерісінің немесе түрленуінің сандық нәтижесі.

Механикалық жұмыстың мәндерін кинетикалық және потенциалдық энергиялардың өзгеру жағдайлары үшін жеке-жеке анықтайық.

Қарапайым үдеу мен қозғалатын денелердің өндірген жұмысы кинетикалық энергияның өзгерісімен анықталады, яғни

Еркін түскен денелердің өндіретін жұмысы потенциалдық энергияның өзгеру шамасына тең:

A = mgh₁-mgh₂=mg(h₁-h₂)

Күш жұмысы. Дене тұрақты күшінің әсерінен арақашықтыққа орын ауыстырған жағдайда жұмыс істеледі деп айтады. Істелген A жұмыс күш пен орын ауыстыру модульдерінің көбейтіндісіне тең.

_________

Жұмыстың өлшем бірлігі- Джоуль. 1Дж = 1Н 1м

Денеге әсер етуші күштің бағыты орын ауыстыру бағытымен белгілі бір α бұрышын жасайтын болса, онда

Жұмыс- скалярлық шама.

Қуат. Денелердің (машиналр мен қондырғылардың) энергияны өзгерту немесе оны бір түрден екіншіге түрлендіру шапшаңдығын көрсететін шаманы қуат деп атайды.

Қуаттың мәндерінде жоғарыдағы екі жағдай үшін жазайық.

Қуаттың өлшем бірлігі Ватт. 1Вт=1Дж/1с.

Машиналр мен қондырғылардың бастапқы алынған Е_т-толық энергияны едәуір қажетті немесе пайдалы Е_п энергияға айналдыру немесе түрлендіру қабілеттілігін сипаттайтын шаманы пайдалы әсер коэффициенті дейді. ПӘК, басқаша айтқанда машиналар мен қондырғылардың пайдалы жұмыс өндірудегі қабілеттілігін де білдіреді.

Потенциалдық және кинетикалық энергиялардың өзгерістері кезінде жұмыс пен қуаттың анықталу өрнектері төмендегі схемамен орындалады (Сурет 21).

E_n= mg h

A=mg(h - h )= Ph

A= ( - =Fs

Сурет 21 Энергетикалық түсініктердің негізгі өрнектерінің

әртүрлі жағдайлар үшін жазылуы

Серпінділік күшінің жұмысы серпінді деформацияланған дененің потенциалдық энергиясының өзгерісіне тең.

Потенциалдық энергияның өзгерісінің (-) таңбасы серпінділік күшінің жұмысы нәтижесінде серіппенің потенциалдық энергиясының кемитіндігін көрсетеді.

Үйкеліс күшінің жұмысы үйкеліс күші мен дененің орын

ауыстыруының көбейтіндісіне тең.

A= - μNs.

Мұндағы μ – үйкеліс коэффициценті, N- тіректің реакция күші, - s-орын ауыстыру.

Қуат, күш және жылдамдық арасындағы функцияналдық байланысты мына формула көрсетеді:

P=Fυ.

Сақталу заңдарының қолданылуының кейбір мысалдары. Абсолют серпінсіз соққы нәтижесінде денелер соқтығысқаннан кейін бір денені құрап, бір жылдамдыққа ие болады. Импульстың сақталу заңы бойынша: p₁+p₂=p, m₁υ₁+m₂υ₂=(m₁+m₂) υ бұдан

Энергияның сақталу заңы сұйықтар мен газдардың құбырлармен қозғалысы кезінде байқалады. Бұл заңдылықты Даниил Бернулли ашты.

Сурет 22. Құбырлардың көлденең қимасы

Суретте құбырлардың көлденең қимасы әртүрлі болған жағдайда жылдамдықтардың оған тәуел-ділігі мынандай болады:

немесе υ₁S₁= υ₂S₂

_.

Бұдан кез-келген көлденең қима арқылы өтетін сұйықтың (немесе газдың) шығыны бірдей болады деген қорытынды шығады,яғни:

υS=const

Жоғарыда келтірілген талдау мен оқу материалының қысқаша мазмұнын графтар құру арқылы логикалық схемаға көшірсек, оқу материалын төмендегідей етіп жүйеге келтіруге болады ( сурет 23).

Бұл жүйе энергетикалық түсініктердің арасындағы «туысқандық» байланыстарын мазмұндық жағынан ажырата білуге, олардың логикалық тізбектілікпен оқытылу мүмкіндігін жүзеге асыруға көмектеседі. Cхемада фигуралы төртбұрыштар ішінде энергия, жұмыс, қуат және пайдалы әсер коэффициент түсініктерінің физикалық мағнасын ашатын қысқаша анықтамалар берілген.

Белгілі бір логикалық принцип негізінде құрастырылғандықтан, схемада энергетикалық түсініктердің жеке жағдайлар үшін анықталу жолдарын көрсету мүмкіндігі болмады. Ал жоғарыда келтірілген, қорытындылауға арналған материалда олар қамтылған.

Сурет 23. Жүйеге келтірілген энергетикалық түсініктер

2.5 Механикалық тербелістер мен толқындар

Механикалық тербелістер мен толқындар жайлы негізгі түсініктер мен заңдылықтар бұдан кейін оқытылатын және мектептің соңғы сыныбында тереңдетілетін электромагниттік тербелістер мен толқындар жайлы оқу материалын меңгеруде үлкен роль атқарады. Мұнда қалыптасатын, тербелмелі қозғалыс, тербеліс амплитудасы, тербеліс периоды, тербеліс жиілігі, гармоникалық тербеліс, тербеліс фазасы, толқынды процесс, толқынның ұзындығы мен тарау жылдамдығы т. б. жайлы түсініктер электромагниттік тербелістер мен толқындарды оқыту кезінде де өз мағналарын жоймайды. Сондықтан, оларды оқушылардың терең және берік меңгеруі аса маңызды.

Алдымен қорытындылауға арналған материалдың мазмұнына тоқталайық.

Механикалық тербелістер

Негізгі түсініктер.

Тербелмелі қозғалыс жасайтын кез-келген жүйені тербелмелі жүйе деп атайды.

Тербеліс дегеніміз белгілі бір уақыт интервалдары сайын дәл немесе жуықтап қайталанып отыратын қозғалыс.

Денелердің белгілі бір бастапқы сыртқы күш есесінен орнықты тепе-теңдік қалпынан шығарғаннан кейінгі өзіндік тербелістерін еркін тербелістер дейді.

Денелердің сыртқы күштердің әсерінен периодты түрде өзгеріп отыратын тербелістерін еріксіз тербелістер дейді.

Тербеліп тұрған дененің тепе-теңдік қалпынан ең үлкен ауытқуының шамасын тербеліс амплитудасы дейді.

Тербеліп тұрған дененің (немесе жүйенің) толық бір тербеліс жасауға кеткен уақыт аралығын тербеліс периоды дейді. Тербеліс периоды Т әрпімен белгіленеді және секундпен өлшенеді.

Дененің 1с ішінде жасайтын тербелістерінің санын тербеліс жилігі дейді. Оны гректің ν әрпімен белгілейді және Герцпен (Гц) өлшейді.

Тербелістің периоды мен жилігі бір-біріне кері шамалар,яғни

және

Егер t уақыт аралығында N тербеліс жасалынған болса, онда тербеліс периоды T=t/N формуласымен, ал тербеліс жилігі ν=N/t формуласмен анықталады.

Уақыттың өтуіне қарай синус немесе косинус заңы бойынша периодты өзгеріп отыратын тербелістерді гармонияалық тербелістер дейді. Мәселен синус заңдылығы бойынша гармониялық тербеліс былай өрнектеледі:

x=Xsіn(ωt+φ).

Мұндағы Х- тербеліс амплитудасы, (ωt+φ) – тербеліс фазасы және φ – бастапқы фаза, ω – циклдық жилік.

Гармониялық тербелістің

графигі 24-суреттегі синусойдамен

көрсетілген. График бойынша φ =0.

Ω =2π/ Т=2πν, [ω]= рад/с Сурет 24 гармонияалық тербелістер

Гармониялық тербелістің фазасы өзгеретін шаманың берілген уақыт моментіндегі мәнін анықтайды. Ол бұрыштық өлшемдермен (радианмен немесе градуспен) өлшенеді.