1. Физикалық оқу эксперименті, оның міндеттері және жүйесі.
2. Демонстарциялық эксперименттің әдістемесі және оған қойылатын талаптар.
3. Физика бойынша зертханалық сабақтарды өткізу
Дәрістің қысқаша мазмұны:
Арнаулы құралдардың жәрдемімен физикалық процестерді демонстрациялап көрсету және оқушылардың өздерінің істеп, зерттеп, бақылауы физикалық оқу эксперименті деп аталады. Физикалық оқу эксперименті физиканы оқытудағы ең негізгі көрнекі құрал болып табылады. Өйткені оны пайдаланудың нәтижесінде физикалық ұғымдар (жылдамдық, үдеу, өріс, жарық дисперсиясы және т.б.) қалыптастырылады, құбылыстар арасындағы өзара байланыстар (күш пен масса, ток күші мен кедергі, жылудың механикалық эквиваленті) тағайындалады, физикалық заңдар (Ньютон, Ом заңдары және т.б.) тексеріледі.
Ұйымдастыру формасына қарай физикадағы оқу экспериментінің жүйесі мынадай түрлерден құралады:
1)демонстрациялық эксперимент;
2)лабораториялық эксперимент;
3)физикалық практикум;
4)сыныптан және мектептен тыс жүргізілетін эксперимент;
5)эксперименттік есептер шығару;
6)қолдан физикалық приборлар мен көрнекі құралдар жасау.
Демонстрациялық эксперимент немесе тәжірибелер сабақ үстінде көрсетіледі. Демонстрациялық экспериментті көрсеткенде оқушылар пассивті түрде бақылаушы ролін атқарады. Лабораториялық экспериментте оқушылар өздері белсене қатынасады, физикалық құбылыстарды өздері қолымен істеп көріп, өлшеулер жүргізеді, физикалық шамалар мен тұрақтыларды тағайындайды. Мектепте жүргізілетін лабораториялық эксперимент белгілі ерекшеліктеріне қарай 5 топқа классификацияланады:
І.Лабораториялық экспериментке оқушылардың қатыстырылуы бойынша: 1) олардың барлығы түгел міндетті түрде орындайтын сыныптық лабораториялық жұмыстар; 2) сыныптан тыс уақытта (физика кабинетінде, үйде), физикаға қызығушы оқушылардың ғана істейтін лабораториялық жұмыстары болып бөлінеді.
ІІ. Өткізілетін орны мен уақыты бойынша лабораториялық жұмыстар 4 түрге бөлінеді: 1) толық бір сабақ бойы; 2) сабақта қысқа уақыт (5-10 мин.) мерзімде; 3) физикалық праткикум деп аталатын ұзақ уақыт бойы (2 сабақ) бойы; 4) сыныптан тыс уақытта (кабинетте, үйде -10,30 мин.) өткізілетін эксперимент.
ІІІ. Лабораториялық эксперимент мазмұны бойынша сандық және сапалық болып бөлінеді.
ІV. Өткізу тәсілдері бойынша лабораториялық эксперимент: 1) фронталь; 2) әртүрлі жұмыстар жүйесі; 3) физикалық практикум болып 3-ке бөлінеді.
V. Лабораториялық эксперимент қойылу мақсаты бойынша: 1) зерттеушілік; 2) эвристикалық; 3) иллюстративтік болып бөлінеді.
Фронталь лабораориялық жұмыстар қысқа уақытты немесе бір сағаттық болады. Ол сабақта барлық оқушылар бір мезгілде бәрі бірдей жұмысты орындайды. Мұның бірқатар ұйымдастыру-әдістемелік артықшылықтары бар: а)өтілетін тақырыппен тығыз байланысты болады; ә)барлық оқушының бірдей жұмысты орындауы, оны өткізу мен тексеру мұғалім үшін жеңілдейді.
Мұғалім бұл жұмыстың мынадай өзіндік қиыншылықтарын да аңғаруы керек: а)сыныпта барлық оқушыларды бірдей приборлармен қамтамасыз етудің мүмкіндігі бола бермейді; ә)бір жұмысты 3-4 оқушы бірігіп топ болып жасайтындықтан, олардың біреуі ғана өлшеумен айналысып, қалғандары тек бақылауға мәжбүр; б)жұмыстың приборларын тегіс бәріне бір мезгілде таратып, жинап алу мұғалімге оңайлыққа соқпайды.
Әртүрлі жұмыстар жүйесі, әдетте, тоқсанның не оқу жылының аяғында өткізіледі. Өтілген бірнеше тарауларға қатысты әр түрлі 10-15 лабораториялық эксперимент қойып, әр топ оқушыларына бір мезгілде әр түрлі жұмыстарды (мысалы, 10-сыныпта, механикадан, молекулалаық физикадан, электр бөлімінен) орындаттырады. Бұл тәсіл бойынша әр оқушы жеке дара әр түрлі жұмысты орындап, оның өздігінен, шығармашылық түрде істеуіне мол мүмкіндік туғызылады. Бірақ, оның мынадай кейбір әдістемелік қолайсыздығы болатындығын мұғалім ескеруі керек: а)лабораторииялық жұмысты орындау күнделікті өтілген тақырыппен байланысты болмайды; ә)жұмысты орындау туралы әр жұмысқа әр түрлі нұсқау берудің мүмкіндігі қиын; б)жұмыстың нәтижесін сынып болып талқылау ыңғайсыз; в)әр түрлі лабораториялық жұмыстарды ұйымдастыру, тексеру, қорытындылау да қолайсыз.
Физикалық (лабораториялық) практикум оқу жылының аяғында 9-10-11-сыныптарда, 1-2 сағат бойы өткізіледі (мысалы дененің еркін түсу үдеуін өлшеу, шала өткізгіштіктердің вольт-амперлік сипаттамаларын алу, электрорезонансты зерттеу). Мұндай лабораториялық практикумдар күрделі аппаратуралармен жасалады, физикалық құбылыстар терең зерттеледі, оқушылардың өз бетінше ізденушілікпен істеуін талап етеді, оларды ғылымми-зерттеу және өлшеу әдістерімен таныстырады.
Зерттеушілік лабораториялық жұмыстар – металдар мен шала өткізгіштіктердің кедергілерінің температураға байланыстылығын зерттеу (10-сынып), эврикалық – Бойль-Мариотт заңын анықтау (9-сынып), иллюстративтік – Ньютонның екінші заңын тексеру (9-сынып) сияқты болып келеді.
Физикалық оқу экспериментінің құндылығын арттыру мынадай мақсаттарды жүзеге асыруға бағытталған:
1)мектеп физика курсының ғылыми деңгейін көтеру;
2)физикалық білімнің мазмұнын қазіргі физика ғылымының даму дәрежесіне сәйкестендіру.
Мектепте физикалық эксперименті тиісті дәрежеде өткізудің ең басты шарты – физика кабинетін жабдықтау және оның жұмысын жоспарлы түрде дұрыс жолға қоя білу. Бұл физика мұғалімінің ынта-жігеріне және іскерлік қабылетіне бірден-бір байланысты жұмыс.
Демонстарциялық эксперименттің әдістемесі және оған қойылатын талаптар
Демонстрациялық эксперимент немесе тәжірибелер сабақ үстінде көрсетіледі, сондықтан ол сабақтың бір бөлігі болып есетелінеді және оқытудың басқа тәсілдерімен бірігіп қолданылады. Олай болса, демонстарциялық эксперимент көрсетпейінше физика сабақтарын сапалы өткізуге болмайды.
Сабақ үстінде физикалық тәжірибелерді көбінесе мұғалім көрсетеді, кейде оларды оқушылардың өздеріне де жасатуға болады.
Физикалық демонстрациялық эксперименттің әдістемелік құндылығы мұғалімнен мынадай шарттарды орындауды талап етеді:
1)тәжірибе өтіліп жатқан оқу материалымен тікелей органикалық байланыста көрсетілуі керек;
2)демонстрациялық эксперименттің айқын мақсаты болуы тиіс;
3)сабақта көрсетілетін физикалық тәжірибе көп уақыт алмауы керек және барлық приборларды бірден көрсетудің қажеті жоқ;
4)тәжірибенің сәтті шығуы керек;
5)тәжірибе айқын көрінуі керек;
6)физикалық тәжірибелердің негізінен физикалық заңдылықтардың сандық мағынасын дәлелдеуге арналғаны жөн;
7)демонстарциялық эксперименттің эврикалық түрде болғаны жөн, мұндай жағдайда тәжірибенің негізінде оқушылар өздері «жаңалық» ашады немесе тиісті қортындыға келеді;
8)тәжірибені көрсеткенде демонстрациялық үстелде тек керекті құралдар ғана қойылуы тиіс;
9)көрсетілген тәжірибеге қатысты сурет пен схемаларды дер кезінде тақтаға сызу қажет;
10)физикалық экспериментті нәтижелі көрсетуде физика мұғалімінің әдістемелік шеберлігі өте-мөте қажет.
Осы дәріске ағымдық, аралық, қорытынды бақылау бойынша тест тапсырмалары және сұрақтар
1. Физикалық оқу эксперименті деген не және оның міндеттері мен жүйесі ққандай?
2. Демонстарциялық эксперименттің әдістемесі және оған қойылатын талаптарды көрсетіңдер.
3. Зертханалық сабақты өткізу әдістемесіне тоқталыңыз
1
№ 3
дәріс
№3дәріс. Физика есептерін шығарудың жалпы әдістемесі.
Қарастырылатын сұрақтар (дәріс жоспары):
Есептердің классификациясы.
Оқушыларға физикалық есептерді шығаруға үйрету.
Физикалық есептерді шығару технологиясы.
Дәрістің қысқаша мазмұны:
Есеп шығару – оқу үрдісінің бөліп алуға болмайтын бір бөлігі болып табылады, себебі ол оқушыларға физикалық ұғымдарды қалыптастыруда, физикалық құбылыстарды игертуде, олардың ойлау қабілетін дамытуда септігі мол. Есептер шығаруды мынадай жағдайларда қолданады:
-мәселелік жағдайлар туғызғанда;
-жаңа мәлімет беруде;
-практикалық іскерлік пен дағдыларды қалыптастыруда;
-оқушылардың білімін (нақтылығын, тереңдігін) тексеруде;
-оқушылардың алған білімін бекітуде, материалды қайталауда;
-техникалық құралдардың жұмыс істеу принциптерін түсіндіруде;
-оқушылардың ығармашылық қабілеттерін жетілдіруде және т.б.
Есептерді шығарудың басты шарты – оқушылардың бойында физикалық заңдылықтар жайында білім қорының болуы, физикалық шамаларды дұрыс түсінуі, сондай-ақ оларды өлшеу тәсілі мен өлшем бірлігін білуі болып табылады. Есептерді шығарудың міндетті шартына оқушылардың математикалық дайындығы да жатады.
Есептерді шығару физикалық құбылыстарды бақылауды және эксперименттерді жүргізуді қажет ететін белсенді танымдық үрдіс. Эксперимент пен бақылау есептердің шартын анықтауға, жетіспейтін мәліметтерді алуға, шамалар арасындағы байланыстылықты тағайындауға мүмкіндік береді. Мұндай мақсаттарға суреттердің, графиктердің де септігі бар. Есептерді шығару ойлау үрдісі болғандықтан – бұл талдау мен салыстыру үрдісі.
Есеп шартын талдау – есепте берілген құбылыстың жалпы суреттемесін көзге елестетуге мүмкіндік береді, осының салдарынан қарастырылып отырған есепте қандай жағдайлар маңызды, қандай мәліметтер арасында байланыс орнату керектігі анықталады. Берілген құбылысты түсіну үшін есеп шартына байланысты кейбір мәселелерді қысқартуға болады. Мысалы, механикада көбіне үйкеліс, геометриялық оптикада «жұқа» линзаның қалыңдығы ескерілмейді және т.с.с.
Оқушыларда есеп шығару дағдысын қалыптастыруда есептің шартын жазу техникасына қойылатын талаптың маңызы зор. Есеп шығару үрдісі күрделі, оны мынадай кезеңдерге бөлуге болады:
1)есептің берілгенін оқып, жаңа терминдердің, қиын ұғымдардың мағынасын түсіну;
2)есептің шартын қысқаша жазу, суреті болса салу;
3)есепті талдау, берілген есепте қарастырылатын физикалық процестер мен заңдылықтарды түсіну, фиизкалық шамалардың арасындағы тәуелділіктерді қарастыру, физикалық мағынасына көңіл аудару;
4)есеп шығарудың жосапарын құру (тәжірибе жасау), есепке керекті тұрақтыларды және кестелік мәндерді жазу;
5)физикалық шамаларды СИ жүйесінде жазу;
6)ізделініп отырған физикалық шамамен берілген шамалардың арасындағы заңдылықты тауып, оны жазу;
7)теңдеулерді құру және оларды шешу;
8)ізделініп отырған шаманы есептеу;
9)алынған жауапты талдау.
Физикада есептерді көптеген белгілері бойынша классификациялайды: мазмұнына, қойылуына, сұрақты зеттеу тереңдігіне, шығару тәсіліне, қиындық дәрежесіне байланысты және т.б.
Мазмұны бойынша ең алдымен есептерді оның физикалық материалына байланысты ажыратады. Мысалы: механика, молекулалық физика, электродинамика т. б. Есептің бұлай ажыратылуы шартты нәрсе, көбінесе есептер физиканың бірнеше бөлімдерін қамтиды. Техника, өндірістік, ауылшаруашылық, транспорт және байланыс жайындағы материалдарды қамтитын есептерді политехникалық мазмұнды есептер деп атайды. Политехникалық есептердің мазмұны меңгерілетін бағдарлама материалымен тығыз байланысты болуы керек. Бірқатар есептер тарихи сипаттағы мәліметтерден: физикалық тәжірибелерден, ғылыми ашылулардан (жаңалықтардан), тіпті тарихи ертегілерден тұрады. Ондай есептерді тарихи мазмұндағы есептер деп атайды.
Сұрақтарды зерттеу әдісіне және сипатына байланысты есептерді сапалық және есептеу (сандық) есептері деп ажыратады. Сапалық есептер деп есепті шығару барысыда физикалық шамалардың арасында тек сапалық тәуелділігі ғана тағайындалатын есептерді айтады. Заң бойынша мұндай есептерді шығару барысында есептеулер жүргізбейді. Кейде есептің мұндай түрін әдістемелік әдебиеттерде сұрақ –есептер, логикалық есептер, сапалық сұрақтар деп атайды. Сандық есептер деп есепті шығару барысында физикалық шаманың арасындағы сандық тәуелділік тағайындалатын есептерді айтады.
Шығарылу тәсілдеріне байланысты есептерді ауызша, экспериментті, есептеу және графикалық есептер деп ажыратады. Бұлай ажыратудың өзі шартты түрде ғана, өйткені есепті шығару кезінде көбінесе бірнеше тәсілді қолданады.
Сапалық есептерді әдетте меңгерілген материалды бекіту құралы ретінде қолданады. Мектеп физика курсының көптеген тақырыптары үшін сапалық есептер негізгі бөлім болып табылады. Есептің мұндай түрі қарастырылған мәселенің физикалық мәнін қалай меңгергенін қысқа уақытта анықтауға мүмкіндік береді. Сапалық есептерді логикалық ой қорыту негізінде шешеді. Сапалық есептерді шығаруда талдау мен салыстыру (анализ және синтез) өзара тығыз байланыста болады, оларды кейде бір-бірінен ажырату мүмкін емес.
Сапалық есептерді шығарудың схемасы мынадай:
Есептердің шартын оқу, оның шартындағы барлық терминдерді анықтау (мағынасын түсіну);
Есептің шартын талдау, физикалық құбылысты анықтау, түсіну;
Талдаудың аналитика-синтетикалық тізбегін құру;
Алынған жауапты оның физикалық мағынасымен түсіндіру.
Сапалық есептерді шығару әдістеріне қарай оларды екі негізгі топқа ажыратамыз:
1.Қарапайым сапалық есептер: оларды шешу бір физикалық заңдылыққа негізделеді, мұнда ой-қорыту тізбегі қарапайым.
2.Күрделі сапалық есептер: бұл бірнеше қарапайым есептердің комбинациясы немесе жиынтығы болып келеді. Оларды шешуде біршама күрделі ой-қорыту тізбегін құруға тура келеді және бірнеше физикалық заңдылықтар талданады.
Мысалы сұрақ есептерін қарастырайық:
Бірінші мысал: Неліктен сүрініп кеткен адам алға қарай құлайды?
Бұл есептегі басты мәселе инерция құбылысы болып табылады. Сондықтан бұл есепті шешуде ой қорыту тізбегі инерция құбылысын сипаттайтын физикалық заң негізінде құрылады. Қарастырылған жағдайда бұл - Ньютонның бірінші - иерция заңы. Есепті шығару барысында оқушылар заңның негізгі тұжырымдамасын еске түсіреді. Инерция заңын есепке қолдана отырып, мынадай қорытынды жасайды: сүрінген кезде адамның алға қарай құлау себебі қандай да бір кедергінің салдарынан сүрінген аяғы тоқтайды, ал дененің басқа бөлігі инерция бойынша алға қарай қозғалуын жалғастырады. Сұрақ есептерде физикалық формулалармен өрнектелетін әртүрлі тәуелділіктер де қолданылуы мүмкін.
Екінші мысал: Қандай тәсілмен адам еденге түсіретін қысымын екі есе арттыруға болады?
Алдымен физикалық мәнін талдайық. Есепте қысым жайында сұралып тұр. Қысым – қысым күшінің модулінің ауданға қатынасымен анықталады. Р=F/S. Ендеше қысым қысым күші сияқты ауданға да тәуелді. Сондықтан, біріншіден дәл сол ауданға түсіретін қысым күшін екі есе арттырып қысымды екі есе арттыру. Мұны мынадай тәсілмен жүзеге асыруға болады. Адам қолына өз салмағына тең қосымша жүк алып тұруы керек.
Екіншіден, ауданды екі есе кемітіп қысымды арттыруға болады. Ол үшін адамға бір аяғымен тұру жеткілікті және өз тепе-теңдігін бұзбас үшін өз қалпын сәл өзгертсе жеткілікті.
Сондай-ақ сапалық есептер график түрінде де берілуі мүмкін. Мұнда зерттеу объектісі физикалық шамалардың графиктік тәуелділігі болып табылады. Кейбір жағдайларда есептің шарты гафикпен берілуі, ал кейбірінде есептің шарты бойынша график тұрғызылуы мүмкін.
Есептеу есептері – есептің нәтижесі математикалық амалдардың және есептеулердің көмегімен алынатын есептер. Ондай есептерді әртүрлі жолдармен шығаруға болады.
Есептерді шығаруда қолданылатын математикалық амалдарға байланысты алгебралық, геометриялық, тригонометриялық және графиктік тәсілдерге ажыратады.
Физикалық есептерді алгебралық тәілмен шығаруды қарастырайық. Физика есептерін бұл тәсілмен шығаруда формулаларды пайдаланады, оларды құрады және алгебралық теңдеулерді шешеді. Алгебралық тәсілді қолданудың қарапайым жағдайы – есепті дайын формула бойынша шығару. Күрделірек есептерді шығаруда бірнеше формулаларды немесе теңдеулер жүйесін қолданып шығарады. Қарапайым есепті алгебралық әдіспен шығарудың мысалын қарастырайық (дайын формула бойынша).
