Научтруд
Войти

Варіантність викладу теми курсу загальної фізики «Постійний струм. Закон Ома»

Научный труд разместил:
Feodor
20 сентября 2020
Автор: С. В. Повар

Scientific journal PHYSICAL AND MATHEMATICAL EDUCATION

Has been issued since 2013.

Науковий журнал Ф1ЗИКО-МАТЕМАТИЧНА ОСВ1ТА

Видасться з 2013.

http://fmo-journal.fizmatsspu.sumy.ua/

Повар С.В. BapiaHmHicmb викладу теми курсу загальноУ фiзики «Постiйний струм. Закон Ома» // Фiзико-математична осв&та : науковий журнал. - 2017. - Випуск 3(13). - С. 120-124.

Povar 5.V. Variance Of The Teaching Of The Theme Of The Course Of The General Physics «A Permanent Structure. Om&s law» // Physical and Mathematical Education : scientific journal. - 2017. - Issue 3(13). - Р. 120-124.

УДК: 537.3

С.В. Повар

ДВНЗ «Кривор&зький на^ональний ун1верситет», УкраУна

sv.povar@bk.ru

ВАР1АНТН1СТЬ ВИКЛАДУ ТЕМИ КУРСУ ЗАГАЛЬНО! Ф1ЗИКИ «ПОСТ1ЙНИЙ СТРУМ. ЗАКОН ОМА»

Анота^я. Пропонуеться &¡нтегративний nidxid подачi матер>алу лекци - посл&довнктю трьох вар1ант1в викладу.

I. Вербальний вар&тнт - шляхом математичних викладок подаеться зм&>стове ядро теми.

II. Табличний вар &ант - шляхом побудови зведеноУтаблиц формул подаеться структура матер&тлу

теми.

III. Схемограф&нний вар>ант - шляхом актив&ваци минулого досвiду, через схеми i графiки -в&зуал&зуються зв&язки матер>алу теми з в!домими вхдними поняттями, що веде до зникнення можливого дискомфорту.

Наводиться розробка прикладу реалiзацiУ запропонованого пдходу у виклад> теми - з метою пдвищення ефективност&1 тзнавально&У д&1яльност&1 i подальшого застосування цього пдходу у процеа самостшно&У роботи студент>в. Пропонуеться включити до необх&дно&У сукупност&1 елементiв опису електричного кола також д&шграму електричних потенцiалiв як стислу i наочну форму передачi iнформацiУ, а такожрозбивку електричного кола на дв частини: видлену неоднор&дну длянку кола та iншу активну частину, що зображуеться прямокутником А (використовуеться в курсi електротехн&жи).

Ключовi слова: постiйний струм; закон Ома; неоднор>дна длянка; д&тграма потенцiалiв; варiантний

п&дх&д.

ISSN 2413-158X (online) ISSN 2413-1571 (print)

Постановка проблеми. На сьогодш у методик викладання фiзики у ТВНЗ маемо ситуацш, коли скорочуються аудиторн години навчального процесу, але не знижуеться рiвень вимог стосовно знань, умшь навичок та обсягу засвоеного студентом матерiалу.

Цим зумовлюеться необхщшсть доповнень методики викладання дисциплши ^зш пщходи до навчання дослщжуе психодидактика) та доповнень навчального матерiалу елементами, ям сприяли б швидкш наочнш передачi шформаци.

Аналiз актуальних джерел. У подручниках загального курсу фiзики окремi теми викладеш надто стисло. Так, наприклад, тема «Постшний струм. Закон Ома» у багатьох подручниках подаеться, в основному, вербально, передбачаючи абстрактне мислення.

Зокрема, у пщручнику 1.В. Савельева [1, с.101-103] вщразу, без наведення рисунка, пропонуеться текст:

«На неоднорщнш дтянщ електричного кола на носи струму д^ть , ^м електростатичних сил еЕ, стороны

сили еЕ ... Середня швидмсть упорядкованого руху носив струму буде пропорцшна сумi цих сил. Вщповщно

густина струму в цих точках буде

у= Е + Ёст Р

Ця формула виражае у диференщальнш формi закон Ома для неоднородно! дтянки кола (для Ё).

0ДН0р|ДН01 Д1ЛЯНКИ j Звщси одержуемо ]е = е + Е
2 2 2
11 Е^г = | иаг +1 Б^г (*)
1Б 1 1 Проiнтегрувавши вздовж контура довжиною I, одержимо

]К = -ф2) + £!2■ Ця формула виражае закон Ома для неоднорщноТ дiлянки кола.»

У пщручнику С.Е. Фрiш i А.В. ^моревоТ [2] бачимо iнший варант викладу даного питання, який базуеться на розглядi прикладу неоднорщноТ дтянки електричного кола - послiдовно з&еднаних трьох провщнимв iз рiзних метaлiв, оскiльки у мiсцях Тх контаклв виникае рiзниця потенцiалiв. Наводимо цитату з [2, с.162-163].

«Одержане спiввiдношення

= - ^2 + £ , (**)

де Я - повний отр дтянки кола, виражае закон Ома у застосуванш до неоднорщного кола (цепи).

Якщо е.р.с., яка дiе на данш дiлянцi кола, рiвна 0, тобто £ = 0, то ця формула переходить у звичайний закон Ома (с.117)

Для замкнутого кола срх =ф2 i повний опiр складаеться з опору зовшшньоТ частини кола Я та внутршньоТ частини кола г, звщки

I = -£ к + г

що спiвпадае з формулою на сторшщ 156».

Зауважимо, що з намiром мати однаковi позначення величин у всiх частинах статп, ми у цитатi з [1] написали Бси замiсть Б*; у цитат з [2] замiсть Яо написали г, а також зам^ь мiтки формули указали ТТ сторiнку.

Аналiзуючи виклади теми в [1] i [2], бачимо, що автори залишають нез&ясованими ряд питань:

1) У чому полягае вщмшшсть мiж замкнутим електричним колом i замкнутим електричним контуром?
2) Як розум^и вираз: «1нтегрування вздовж контура довжиною I»?
3) За яких умов неоднородна дтянка електричного кола не може бути перетворена у замкнуте електричне коло?
4) Як конкретизувати перехщ вiд узагальненоТ (штегральноТ, цшкноТ) формули закону Ома

и + £

К + г

Л £ (при I > 0) до формули ] =_ та до формули ] =-?

К К + г

Тут пригадуеться вщомий ви^в: «Чим виклад коротший, тим вш довший» - довше буде в ньому розiбратись!

Якщо у [1, с. 101 - 103] у стислому виглядi подаеться ядро теми, то для сприйняття матерiалу потрiбен достатнiй рiвень абстрактного мислення. Але у студентв-першокурснишв вiн, здебiльшого, низький, як низький i рiвень опорних знань. Тому у них може з&явитись розчарування, невiра в своТ сили.

Щоб не впасти у вщчай, щоб зменшився дискомфорт, студент повинен зайнятися системною структуризащею матерiалу, сформувати зведену таблицю формул, яку у подальшому доповнювати (на оцшку) [3].

За наявностi зведеноТ таблиц у студента з&явиться сподiвання, що вш з даноТ теми зможе розв&язувати задач! (?)

Дискомфорт зменшуеться, але не зникае. Щоб матерiал теми був сприйнятий i усвщомлений, розглянутi теоретичнi викладки необхiдно обфунтувати, спираючись на минулий досвiд i знання, переглянути виклад матерiалу в шших джерелах.

Так в [4] трактуеться д&юграма електричнихпотенцiалiв. Вона зображае розподт потенцiалiв вздовж певноТ дiлянки кола. По осi абсцис дiаграми вiдкладаються значення опорiв вздовж дтянки; по ос ординат -потенщали точок дiлянки. Це дуже доцтьна дiаграма, на наш погляд, при обфунтуванш i сприйняттi закону Ома для рiзновидiв неоднорiдних дшянок електричного кола (рис. 1а, 2а, 2б, 3а). Дiаграма потенцiалiв - це потужний прикладний апарат фiзики. Студент може навчитися свщомо ним користуватись при складаннi i розв&язуванш задач.

Мета статтi: продемонструвати студентам приклад шляхiв активiзацiТ розумовоТ дiяльностi у процесi одержання нових знань - шдхщ, який доцiльно застосовувати у процес самостшноТ роботи студента.

Виклад основного матерiалу. При виклад1 лекц1йного матер1алу у першому BapiaHmi нами взято виклад теми у шдручнику 1.

Для стислоТ в1зуал1заци лог1ки викладу пропонуеться другий вар&ант - табличний. Наводимо фрагмент вщповщноТ зведеноТ таблиц! формул (табл. 1).

Таблиця 1

№ п/п Назва величини, закону Залежшсть Диференцiальна форма Наслщки (iнтегральна форма)

1 2 3 4
3 Густина струму л II л II ^ В, В II л О
5 Закон Ома для однорщноТ дтянки кола I 0 \\ 11 \\ Rl^ Т Edl E ^ 1 — — о pdl р S - E J —— Р J — 7е
6 Закон Ома для неоднорщноТ дтянки кола a R Ь с л п Et р E- E + Em — 1- р 2 J (E + Ecm )dl — 1Jpdl ((—(2) + s — - (R + r) j_((i— (2) + e R + r

Сл1д в1дм1тити, що у п1дручнику [1] формули стосовно закону Ома одержан! лише за допомогою стислих лог!чних i математичних переход1в. Тому студент Тх не в1дразу сприйме (а лише «зазубрить»), якщо не пригадае хоч якогось перев&реного практикою зразка знань. Студент все ще вщчуватиме деякий психолопчний дискомфорт!

Щоб виправити ситуащю, ми пропонуемо виклад матерiалу теми ще i в третьому BapiaHmi - з опорою на образне мислення, а саме - на побудову знайомих електричних схем, а також графшв.

Пропонуються до розгляду рисунки 1, 1а, 2, 2а, 3. На кожному з них визначимо потенщал у точках a, b, c.

Рис. 1

Рис. 1а

Рис. 2

Рис. 2а

Рис. 3

На рисунку 1 наведено схему простого електричного кола. Якщо його замкнути, то пройде струм I. Дтянка ab з опором R - це однорщна дтянка електричного кола.

На рисунку 2 (i на рисунку 3) зображено розбивку електричного кола на двi частини: видтену неоднорщну дтянку кола та шшу активну частину, що зображуеться прямокутником А (використовуеться в кура електротехшки). Якщо до клем неоднорщноТ дтянки кола пщводиться рiзниця потенцiалiв (ра — (, то позивш заряди перемщуються в електростатичному полi вщ «+» до «-». Ця дiлянка неоднор>дна, бо м^ить

додаткове джерело електричноУ енерги. Воно мае внутршнш onip r та е.р.с. S, яка виникае завдяки напруженост поля Е (тут стороны сили хiмiчнoгo походження).

Коли струм I проходить через резистор опором R (рис.1,2,3), електрична енерпя перетворюеться у теплову. Тут спад напруги Uab = р - рь = IR.

На дiлянцi bc джерело енерги змiнюе пoтенцiал: пiдвищуе - на рис.1 i рис.2; знижуе - на рис.3. Далi будуемо дiагpаму електричних пoтенцiалiв для схем рисунмв 1, 2 - це рисунок 1а, рисунок 2а (як один i3 можливих ваpiантiв). Одержуемо

Pc =Pa - IR - Ir + S

Звiдси I = (ра -pc ) + S

R + r

закон Ома для неоднорщноУ дiлянки електричного кола.

Пopiвняемo рисунки 1, 2 i 3. Як бачимо, при значеннях R та I>0 значення фс залежить не ттьки вщ абсолютно! величини \\\\\\, а й вiд знаку (тобто вiд напрямку включення цього джерела у схему).

^сля пояснення pисункiв 1, 1а, 2, 2а, 3 пропонуються наступш завдання:

1. Побудувати дiагpаму пoтенцiалiв для схеми електричного кола рисунка 2 для випадку створення фс

>фа .

2. Побудувати дiагpаму пoтенцiалiв для схеми електричного кола рисунка 3, взявши значення \\\\ таке

ж, як i на рис.2а.

3. Дати вiдпoвiдi на сформульоваш вище запитання 1), 2), 3), 4).
4. Скласти нoвi запитання i задачi з даноУ теми.

При запропонованому виoкpемленнi eapiaHmie лекцшноУ подач! програмового матеpiалу теми «Постшний струм. Закон Ома» залежно вщ основних (переважаючих) спoсoбiв пoдачi шформаци спoстеpiгались наступнi результати.

Вербальний вар&ант пoдачi матеpiалу (словесний виклад, формули) - викликае штерес, штригу, психoлoгiчний дискомфорт.

Табличний вар&ант (складання узагальнюючоУ таблицi формул) як вияв системи i структури шформаци - веде до зниження психолопчного дискомфорту.

Схемографiчний вар&ант (показ системи схем i графшв вщповщного змiсту) як вияв опорних знань -веде до зникнення дискомфорту, викликае задоволешсть.

Висновки. Запропонована посл&довтсть вар&юнт&1в пoдачi матеpiалу, а саме: I - дублювання матеpiалу пiдpучника, II - таблична обробка одержано! шформаци, III - розгляд матеpiалу у схемо гpафiчнiй обробц (за додатковим джерелом) - дае значний фiзioпсихoлoгiчний ефект (збшьшуеться кiлькiсть реагуючих сенсорних pецептopiв; асoцiативнi зв&язки сприяють подоланню можливих психолопчних баp&еpiв). I це дае мoжливiсть пiдвищити ефективнiсть шзнавальноУ дiяльнoстi студентiв.

Але для формування цих ваpiантiв пoтpiбнi пoпеpеднi пошуки та обробка матеpiалу, посилення мiждисциплiнаpних зв&язмв.

Розробка викладу теми «Пoстiйний струм. Закон Ома в piзних формах» може бути використана не ттьки в кура фiзики ВНЗ чи середньоУ школи (факультатив), але i в кура електротехшки.

Дoцiльнo продовжити розробки викладу шших тем курсу фiзики, застосовуючи запропонований ваpiантний шдхщ.

Список використаних джерел

1. Савельев И.В. Курс общей физики. Т.2. «Наука». - М.: 1978. - 480 с.
2. Фриш С.Э., Тиморева А.В. Курс общей физики. Т.II. Главиздат. - М.: 1953. - 504 с.
3. Повар С.В. Узагальнюючi таблиц з фiзики як зааб формування продуктивного стилю мислення студента/ Теорiя та методика навчання фундаменталь-них дисциплш у вищш школк Зб. Наук. Праць. - Кр.Рк: Вид. вщдт НацМетАУ, 2010. - С. 275-279.
4. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. «Высшая школа». - М.: 1967. - 776с.

References

1. Savel&ev I.V. Course of General Physics. T.2. «Nauka». - M.: 1978. - 480 s. (in Russian)
2. Frish S.Je., Timoreva A.V. Course of General Physics. T.II. Glavizdat. - M.: 1953. - 504 s. (in Russian)
3. Povar S.V. Uzaghaljnjujuchi tablyci z fizyky jak zasib formuvannja produktyvnogho stylju myslennja studenta/ Teorija ta metodyka navchannja fundamentalj-nykh dyscyplin u vyshhij shkoli: Zb. Nauk. Pracj. - Kr.Righ: Vyd. viddil NacMetAU, 2010. - S. 275 - 279. (in Ukrainian)
4. Bessonov L.A. Theoretical Foundations of Electrical Engineering. «Vysshaja shkola». - M.: 1967. - 776s. (in Russian)

VARIANCE OF THE TEACHING OF THE THEME OF THE COURSE OF THE GENERAL PHYSICS «A PERMANENT STRUCTURE. LAW LAW»

Povar S.V.

State institution of higher education «Kryvyi Rih National University», Ukraine

Abstract. Offers an integrative approach flow of the material of the lecture a sequence of three variants of the presentation.

I. Verbal form - by mathematical calculations served the core themes.

II. Table option - by building PivotTable formulas served the structure of the material topics.

III. Shemalevicki option - by stepping past experience, using diagrams and graphics are rendered in respect of the material topics with known input concepts, leads to the disappearance of possible discomfort.

Given the development of the example implementation of the proposed approach in the presentation of the topic - with the aim of improving the efficiency of cognitive activity and the further application of this approach in the process of independent work of students. Proposed to be included in the required set of elements describing the electric circuit a graph of electric potential as a concise and visual form of information transfer, as well as a breakdown of an electric circuit into two parts: allocated non-uniform phase circles, and another active part, is represented by the rectangle A (used in the course of electrical engineering).

постійний струм закон Ома неоднорідна ділянка діаграма потенціалів варіантний підхід direct current ohm's law heterogeneous site chart of potentials variant approach