Физика курсының «ТҰтас орта механикасы негіздері» тарауын оқытудың жаңа технологиялары

Болашақ инженер-техник және медицина саласындағы мамандарға физикадан білім беруде ақпараттық технологиялар(АТ) мен бірге жаңа педагогикалық технологияларды (ЖПТ), виртуалды зертханалық жұмыс(ВЗЖ) -тар, физикадан тәжірибелер мен процесстерді компьютер көмегімен модельдеп оқыту анағұрлым болашағы бар актуалды мәселелерден бірі болып табылады. Виртуалды – анимациялық компьютерлік модельдер мұғалімге компьютер экранында көптеген физикалық эффекттермен процесстерді қайталап көрсетуіне, студенттердің жаңа дәстүрлі емес оқу іс - әрекетін ұйымдастыруға мүмкіндіктер береді. Студенттер оқытушының жетекшілігімен немесе өздігінен физика сабағынан зертханалық жұмыстарды орындау кезінде физикалық шамаларды өлшеу әдістерімен, тәжірибелер мен процесстерді зерттеумен, өз бетімен физикалық құралдардан да пайдаланады және оларды құрастыру жолдарымен танысады, өздігінен тәжірибе жұмысын жүргізуге мүмкіндік алады.

Қазіргі таңда дәрістік және зертханалық сабақтардың көбі физиканы үйренуге арналған әртүрлі педагогикалық бағдарламалық құралдарды (ПБҚ) немесе физика бойынша ВЗЖ-ды жетілдіруге бағытталған болып, мұнда олар компьютерлік бағдарламалардің көмегімен өткізіледі. Заманауи ғылымның даму сатысында оның әдістемелік бағытталуы ғылыми ойлау стилінің беделді ерекшелігі болып келеді. Есептеу құралдармен ПБҚ-ның қарқынды дамуына сай көзделген пәнді оқыту бойынша кейбір зертханалық жұмыстар, программаланған виртуалды – анимациялық технологиялармен жүргізіледі. Физикалық құбылыстар, тәжірибелер менен процесстердің математикалық және физикалық модельденуі қарқынды дамып, білім берудің негізгі әдістемелік тәсілдерінің біріне айналып келеді. Сол себепті, физиканың заманауи дамуы кезеңінде дәстүрлі таным әдістермен қатар оның жаңа құрылымы да танылған болып есептеледі.

Оқу процессіндегі анимациялық ВЗЖ-тард оқытушы басқаруымен болашақ инженер-техник, дәрігер мамандарға төмендегі мүмкіншіліктерді береді:

• 
  тәжірибелік құрал-жабдықтардың қауіптілігінен сақтандырады;
  
• 
  түрлі дәрежедегі күрделі құбылыстарды қайталап көре біледі;
  
• 
  нысан параметрлерінің өзгеруін көре алады;
  
• 
  күрделі техникалық тәжірибелерді экологиялық таза орындайды;
  
• 
  қалыпты жағдайда қан тұтқырлығын анықтайды.
  

Физика курсының оқулықтары менен бағдарламаларына, сонің ішінде сұйықтың тұтқырлық коэффициентін анықтауға арналған тақырыптарға талдау жасағанымызда, жалпы білім беретін орта мектептің 10 сынып жаратылыстану-математика бағытына арналған оқулықтың «Сұйықтар мен газдардың қозғалысы» тарауында «Тұтқыр сұйық»[2, б.100-101], қоғамдық-гуманитарлық бағытына арналған оқулықтың «Сұйықтар мен газдардың қозғалысы» тарауында «Тұтқыр сұйықтың ағысы» тақырыптарынан сұйықтың тұтқырлығын анықтауға болатыны туралы алғашқы мәліметтерді мектеп табалдырығынан игереді [3, б.80-82]. Бірақ бұл тақырыптарға арналған зертханалық жұмыстар мектеп оқулықтарында кездеспейді. Сұйық қозғалысының заңдылықтары, ламинарлы және турбулентті ағыстың түрлері, сондай-ақ, сұйықтардағы молекулалық құбылыстар, молекулалық қысым, Стокс заңы, сұйықтардың тұтқырлық коэффициенті, ішкі үйкеліс күштері туралы анықтамаларды ЖОО-ның техникалық бағыттағы мамандықтары білім алушы студенттермен магистранттары терең түрде дәстүрлі және дәстүрлі емес әдістермен оқу типтік бағдарлама бойынша үйренеді.

Студенттерге арналған оқулықтарға зерттеулер жүргізгенімізде болашақ мамандар, Т.Бижігітовтің «Жалпы физика курсы» оқулығындағы «Тұтас орталар механикасының элементтері» тарауында «Тұтқырлық және оны анықтаудың әдістері» тақырыбы [4, б.211-217]_, Ж.Абдулаевтың «Механикаға кіріспе» оқулығындағы «Сұйықтың қозғалысы» тарауында «Тұтқыр сұйықтың қозғалысы» және «Стокс заңы» тақырыптары [5, б.66-72], Ж.Ақылбаев, В.Гладков, Л.Ильина, А.Тұрмұхамбетов «Механика» оқулығындағы «Тұтас орта механикасының негіздері» тарауы бойынша «Ішкі үйкеліс күштері», «Құбырдағы тұтқыр сұйықтың ағысы» тақырыптары [6, б.265-269], «Механика» бөліміне арналған«Жалпы физикалық практикум» оқулығындағы «Сұйықтың тұтқырлығын Стокс әдісімен анықтау» зертханалық жұмысы [7, б.129-137], Н.Қадіров, Н.Қойшыбаев «Механика. Молекулалық физика» оқулығындағы «Сұйықтар мен газдардың қозғалысы» тарауында «Тұтқырлық. Пуазейль өрнегі» [8, б.127-131] тақырыптары бойынша тереңірек қарастырып кетеді.

Интернет желісіндегі физика пәнін оқытуға арналған электронды оқулықтарға, физика бойынша ғылыми эксперименттерге, интерактивті ресурстар жинағымен т.б. қызықты материалдарға, сондай-ақ, физика оқытушыларына арналған, физикалық процесстерді түсіндіруге көмек бере алатындай, көруге және көшіріп алуға болатындай мәліметтермен жабдықталған материалдарына талдау жүргізілді. Физика курсының «Тұтас орта механикасы негіздері» бөлімін оқытуға тиісті жаңа АТ-ды қолданудың мүмкіндіктері, ВЗЖ-тар мен анимациялар, электронды оқулықтарға талдау жасағанымызда төмендегі мәліметтер анықталды. Мұнда:

• 
  Физика бойынша және басқа да пәндерге арналған электронды танымдық қорлар (http://www.umu.ukgu.kz/book/);
  
• 
  мектепке қабырғасына арналған әртүрлі пәндер бойынша электронды қорлар (http://gdegde.kz/elektronnye_uchebniki_kargtu); Бұл сайтта физика саласынан теориялық механика бойынша ғана электронды оқулықтар мен анимацияларды кездестіруге болады;
  
• 
  жалпы білім беретін орта мектеп оқушыларына және ЖОО-ның студенттеріне арналған http://barsic.spbu.ru/www/lab_dhtml/ сайтта жалпы физиканың барлық тарауларының негізгі заңдылықтарына ВЗЖ жасалынған. Бірақ, бұл сайтта сұйықтардың тұтқырлық коэффициентін анықтауға байланысты бірде-бір жұмыс көрсетілмеген;
  
• 
  физика бойынша және басқа да пәндерге арналған (http://www.umu.ukgu.kz/book/) электронды танымдық қордың ішіндегі мына сілтемеде http://www.kaznpu.kz/docs/disert/disser_Sharm.pdf виртуалды аспаптарды мұғалім демонстрациялық құрал-жабдықтар болмаған жағдайда ғана пайдалану керектігіне тоқталады;
  
• 
  физика пәніне арналған сайт. Анимациялар австралиялық аниматормен жасалған (http://physics1.ucoz.net/); Бұл жерден тек оқушыларға арналған анимациялар мен зертханалық жұмысты көруге болады. Ал, сұйықтардың тұтқырлық коэффициенті туралы мәлімет бұл сайтта көрсетілмеген;
  
• 
  үш тілдегі физика (http://sanatez.ucoz.ru/). Бұл сайттан оқушылар мен студенттерге арналған оқулықтарды, мақалаларды және физик ғалымдар туралы мәліметтерді үш тілде кездестіре аласыз. Бірақ, бұл сайтта да сұйықтардың тұтқырлық коэффициенті, Стокс заңы қарастырылмаған;
  
• 
  ҚР-нің (http://www.physic.kz) физиктерді қолдау сайтында физиканы оқытуда жаңа ақпараттық технологияны қолдануды насихаттау, электрондық оқулықтарды пайдалана отырып, ойын элементтерін қолдану және «Физика курсы», «Электростатика», «Теориялық механика», «Физика сабағында оқытудың ақпараттық-коммуникациялық технологияларын пайдалану», «Ядро және элементар бөлшектер физикасы» бойынша электрондық оқулықтар көрсетілген;
  
• 
  тегін онлайн сабақтар физика пәні бойынша http://bilimland.kz/kk/home сайтында «Физика негізі», «Механика», «Молекулалық физика», «Электродинамика», «Оптика», «Кванттық физика» бөлімдеріне арналған электронды оқулықтар, соның ішінде «Молекулалық физика» электронды оқулығында «Молекулалық -кинетикалық теория негізі», «Термодинамика» және «Газ және сұйық, қатты денелердің қасиеттері» тарауларына арналған видео сабақтар қарастырылған. Ал «Тұтқырлық. Ішкі үйкеліс» тақырыбына анимация келтірілгенімен, ВЗЖ қарастырылмаған;
  
• 
  «Стокс әдісі бойынша сұйықтардың ішкі үйкеліс коэффициентін анықтау» тақырыбындағы ВЗЖ http://www.all-fizika.com/ сайтында ашып көрсетілген.
  

Жүргізілген зерттеулермен талдаулар нәтижесінде физика курсының «Тұтас орталар механикасының элементтері» тарауын жетілдіру карастырылып, авторлар құрастырған «Стокс әдісі бойынша сұйықтың тұтқырлық коэффициентін анықтау» тақырыбындағы жаңа виртуалды зертханалық жұмыс, арнайы Java Script анимациялық программа көмегімен құрастырылды және оны орындау әдістемесі жасалды (1-сурет).

Авторлар құрастырған бұл виртуалды жұмыстың жоғарыда баяндалған (көрсетілген) ВЗЖ - тан айырмашылығы:

• 
  жұмыс үш тілде орындалады (қазақ, орыс және ағылшын);
  
• 
  шар тәрізді болат, қорғасын, мыс бытыралар түрлері және олардың диаметрін таңдау (1см, 1,5см, 2см) мүмкінділігі бар;
  
• 
  жұмыста кастор майы, спирт, глицерин, машина және зәйтүн майы сұйықтарының тұтқырлық коэффициенттер анықталынады;
  
• 
  ВЗЖ-тың сипаттамасын оқуға және оны көшіріп алуға мүмкіндіктер бар.
  

Жалпы білім беретін орта мектеп, кәсіптік-техникалық және жоғарғы оқу орындарында физика пәні бойынша зертханалық сабақты жүргізуді ВЗЖ жетілдіру мақсатында дәстүрленген материалдарды, анимациялар мен виртуалды жұмыстарды тиімді және орынды пайдалану мәселелерін зерттеу негізінде оқу процессін сапалы ұйымдастыру, виртуалды-анимациялық жұмыстарды қолданып оқыту әдістемесі пайда болды.

Осы ұсынылып отырған әдісті, жаратылыстану бағытындағы ЖОО физикасының зертханалық сабағын ВЗЖ-тан пайдаланып оқытуға, физика пәнін оқыту маңыздылығына әсерін, студенттердың игеру дәрежесін тексеру мақсатындағы педагокикалық тәжірибелік-эксперимент жұмыстарын ұйымдастыруға, өткізу әдістері мен мазмұнын таңдап алуға мүмкіншілік береді.

Тәжірибелік-эксперимент жұмыстарын тізбекті түрде өткізу үрдісіне төмендегі негізгі міндеттер қойылды:

- жаратылыстану бағытындағы ЖОО-да физикадан білім беру ісіндегі оқу бағдарламалары бойынша дәстүрлі оқытудағы студенттердың «Тұтас орта механикасы негіздері» тарауы бойынша алған білім дәрежесін үйрену;

- осы білім ошақтарының жиынтық оқу бағдарламасы негізінде физикадан виртуалды-анимацияларды пайдаланып оқытуды ұйымдастыру;

- жаратылыстану пәндер бағыттағы оқу орындарында жиынтық оқу бағдарламасы негізінде физиканы виртуалды-анимацияларды пайдаланып оқыту мүмкіншіліктерін зерттеу және ұсынылған технология бойынша олардың нанымдылығы мен маңыздылығын тексеру.

Тәжірибе нәтижелерін алу үшін ВЗЖ-ты пайдаланып оқыту әдісінен, сондай-ақ, сұрақ-жауап, бақылау мен тестілеу, ауызша және жазба жұмыс түріндегі әр түрлі әдістер пайдаланылды. Өткізілген педагогиклық тәжірибелік-эксперимент жұмыстары, тәжірибе және бақылау топтары студенттерінің «Стокс әдісі бойынша сұйықтың тұтқырлық коэффициентін анықтау» деп аталатын ВЗЖ-ты оқу үрдісіне енгізу, оқыту сапасына маңызды әсер ететіндігі, тәжірибе топтарындағы тиімділік, бақылау топтарымен салыстырғанда орта есеппен 18 пайызға артқанын көрсетті.

1. 
   Қазақстан Республикасында білім беруді дамытудың 2011 – 2020 жылдарға арналған мемлекеттік бағдарламасы.
   
2. 
   Б.Кронгарт, В.Кем, Н.Койшыбаев. Физика 10. – Алматы.: Мектеп, 2010. -384 бет.
   
3. 
   Р.Башарұлы, Г.Байжасарова, У.Тоқбергенова. Физика 10.– Алматы.: Мектеп, 2010. -176 бет.
   
4. 
   Т.Бижігітов. Жалпы физика курсы. -Алматы.:ЖШС «Экономика», 2013.-890 бет.
   
5. 
   Ж. Абдулаев. Механикаға кіріспе. -Алматы.:Мектеп, 1988.-95 бет.
   
6. 
   Ж.Ақылбаев, В.Гладков, Л,Ильина, А.Тұрмұхамбетов. Механика.-Астана.: Фолиант, 2011.- 360 бет.
   
7. 
   Жалпы физикалық практикум. Механика.-Алматы.:Қазақ Университеті 2001.- 176 бет.
   
8. 
   Н.Қадіров, Н.Қойшыбаев. Механика. Молекулалық физика.-Алматы.:Қазақ Университеті 2001.- 272 бет.