Реалізація компетентнісного підходу у введенні поняття магнітної індукції у вищих технічних навчальних закладах

Ключевые слова: компетентности, будущий инженер, предметно-теоретическая и профессиональная составляющие компетентности, вектор индукции магнитного поля, совершенствования методики преподавания курса физики в высшем техническом учебном заведении.

In the article are solutions to pressing problems such as the lack of educational services matching the requirements of society and the individual needs, the needs of the labour market.

We present the improvement and reform of teaching methods, content and structure of presentation of educational material. Taken into account the specifics of education in higher technical, professional competency- allocated subject-theoretical and technological. The example theme «Electromagnetism», which focused general scientific methods and specific physical phenomena and discoveries made laws and the laws of nature. Considered one methodological approaches: a comprehensive presentation of theoretical and experimental methods for the study of properties of electromagnetic fields and the introduction of the concept of magnetic field to create in teaching physics at a technical school conditions for the formation of future specialist which will have as systematic knowledge. The course of general physics in higher technical educational institutions based on competence approach is promising for improving teaching physics for future engineers (technologists).

Key words: competence of future engineers, subject- theoretical and professional competence components vector magnetic field, improve methods of teaching physics in higher technical educational institution.

Під час розв'язування фізичних задач з використанням поняття симетрії потрібно використовувати такі елементи симетрії: площина симетрії, вісь симетрії, центр симетрії. Застосування принципу симетрії в процесі вивчення загального курсу фізики студентами в вищих навчальних закладах вимагає певної підготовчої роботи, а саме [6]:

1. Знайомство з симетрією предметів і явищ в повсякденному житті. В студентів ці уявлення не зовсім чіткі, послідовні, осмисленні, тому в цей період викладач повинен уважно спрямувати діяльність студентів і виправляти їх уявлення.

2. Використання поняття про симетрію фігур в курсі математики. Треба пам'ятати, що в математиці геометрична симетрія вивчається досить глибоко, але застосовується явно недостатньо.

3. Поширення поняття симетрії геометричних фігур на фізичні об'єкти та явища.

4. Розгляд принципу симетрії.

Такі задачі дозволяють студентам проявити свою творчу самостійність і привчають кожного з них під час вирішення конкретних питань виходити з нерозривного зв'язку між теорією та практикою. Ці задачі сприяють поглибленню та закріпленню знань студентів з фізики, стимулюють інтерес до питань, що складають предмет вивчення, розвивають самостійність та ініціативу, формують необхідні для практичної діяльності уміння та навички у процесі навчання фізики у ВНЗ.

Розглядаючи процес розв'язування фізичних задач як одну із активних форм навчально-виховної роботи, важливим компонентом якої є самостійна робота суб'єктів навчання. Фізичні задачі доцільно розв'язувати під час вивчення студентами нового матеріалу; у ході закріплення знань і формування практичних умінь; під час узагальнення і поглиблення знань; з метою контролю та обліку знань, умінь і навичок [5, с.6]. При цьому роль, місце та складність фізичних задач визначається структурою практичного заняття та його дидактичними цілями.

Варіативно формулюючи та розв'язуючи фізичні задачі, що пов'язані з вивчення поняття симетрії, можна концентрувати увагу студентів на вивченні, повторенні та узагальненні основного навчального матеріалу. Важливим є порядок постановки фізичних задач, який сприяє глибшому вивченню основних фізичних явищ.

Враховуючи основні дидактичні принципи, систему фізичних задач у процесі навчання загального курсу фізики доцільно створювати на основі таких вимог: фізична задача симетрія

1. Кожна фізична задача повинна відповідати змісту навчального матеріалу, концентрувати увагу на тих основних знаннях і вміннях, які має засвоїти і сформувати студент.

2. Фізичні задачі повинні відповідати принципам науковості, систематичності й послідовності їх запровадження у навчально-виховний процес. У таблиці 1 представлені основні методичні вимоги щодо розв'язання фізичних задач.

Розробляючи фізичні задачі, слід брати до уваги свідоме ставлення студентів до розв' язування задач у процесі розгляду симетрії, розуміння ними суті основних явищ і процесів та активізації їхньої розумової діяльності. Керуючи пізнавальною діяльністю студентів, викладач повинен правильно співвідносити поняття образного й уявного, конкретного та абстрактного.

Розуміння та свідоме розв'язування фізичних задач передбачає вміння студентів вільно оперувати фізичними поняттями, наприклад, як симетрія, а також мобілізувати свою діяльність на вирішення певних проблем, а в разі потреби - переключитися з одного кола питань на інше, що тісно пов'язані між собою.

3. Розв'язування задач у процесі вивчення загального курсу фізики передбачає глибоке розуміння та знання студентами основних фізичних явищ, законів і теорій. Психологічною основою глибоких і міцних знань є пам'ять. Закономірності процесів пам'яті такі, що потрібно повторювати та закріплювати навчальний матеріал, повертатися до раніше вивченого і відновлювати вже забутий.

4. Система оптимально підібраних фізичних задач у процесі вивчення студентами загального курсу фізики у ВНЗ повинна спиратися на надбаний студентами досвід та стимулювати його постійний розвиток, поступово ускладнюючи навчальну, трудову і розумову діяльність, беручи до уваги рівень стилю мислення і здібності студентів.

Звернемо увагу на те, що електрично складні кола, коли резистори з'єднані в складний каркас, в загальному випадку розраховуються з допомогою правил Кірхгофа, чи інших методів розрахунку (метод контурних струмів, метод вузлових потенціалів, метод перетворення еквівалентних кіл). Але спершу потрібно навчити студентів обчислювати опори лише найпростіших кіл. До таких кіл відносяться в першу чергу такі контури, які володіють якою-небудь симетрією. В цьому випадку для розрахунку найпростіше застосовувати принцип симетрії, який особливо ефективний та приводить до простих висновків, які легко запам' ятати та зрозуміти.

Всі штучні прийоми розрахунку симетричних електричних кіл базуються на відшуканні точок кола, тобто вузлів кола, що мають однакові потенціали.

Розглядаючи симетричні електричні кола, застосовуючи до них принцип симетрії, легко прийти до такого висновку: симетрія сполучення провідників, симетрія величин їх опорів, симетрія способу підведення напруги (симетрія причин) проявляється в симетрії струмів і симетрії потенціалів вузлових точок кола (симетрія наслідків). Наприклад, коли ми маємо симетричну систему резисторів, а напругу підведено до вузлів, що знаходяться в площині або на осі симетрії одержимо: потенціали вузлів, які симетричні відносно площини або осі симетрії рівні, а струми, які протікають по симетрично розміщених резисторах, однакові (резистори, звичайно повинні бути також рівними).

Відмітимо, що при відшуканні площин і осей симетрії слід враховувати розміщення опорів, характер їх з' єднання, а також їх величину. В цьому випадку ми маємо справу з повною еквівалентністю (тотожністю) симетричних резисторів, бо по них протікають однакові струми, а потенціали їх кінців однакові.

Таким чином, в цьому випадку ми маємо справу з фізичною еквівалентністю, а тому відповідну площину чи вісь симетрії можна умовно назвати фізичною площиною чи віссю симетрії (у симетричних елементах відбуваються однакові фізичні процеси).

Якщо система резисторів має площину симетрії або вісь симетрії, а напругу від джерела підведено до точок, симетричних відносно цієї площини чи осі симетрії, то з принципу симетрії витікає, що всі вузли і точки, що лежать в площині симетрії чи на осі симетрії, мають однакові потенціали. В цьому випадку вітки кола не будуть повністю еквівалентними, а тому відповідну площину чи вісь симетрії можна умовно назвати геометричною.

Розв'язання задач на відшукання величин опорів симетричних електричних кіл, як уже відмічалось вище, зводиться до відшукання еквіпотенціальних вузлів. Сам процес відшукання еквіпотенціальних вузлів зводиться, до відшукання фізичних і геометричних елементів симетрії кола. Тоді, запропонуємо сам процес розв' язування задачі, що зводиться до виконання таких операцій [6]:

1. Встановити симетрію кола (наявність центра симетрії, площини чи осі симетрії) і її характер (геометрична чи фізична).

2. Виходячи з симетрії кола, відшукати точки з однаковими потенціалами.

3. Будують еквівалентну схему електричного кола, для чого виконують над нею перетворення: з' єднують еквіпотенціальні вузли в один вузол, внаслідок чого коло значно спрощується; викликають з кола ті дільниці, які з'єднують вузли з однаковими потенціалами; розводять вузли, тобто заміняють їх кількома вузлами, що мають той же потенціал, що і вихідний вузол; розводять вітки схеми, замінюючи їх як правило двома симетричними вітками; виконують кілька з цих операцій.

4. Користуючись формулами для послідовного і паралельного з'єднання резисторів, розраховують опір еквівалентної схеми. Це і буде шукане значення опору електричного кола.

Розглянемо приклад застосування поняття симетрії для розв'язання задач на обчислення опору складного електричного кола.

Задача. Знайти R дільниці кола, зображеної на рис. 1. Всі опори на схемі однакові та рівні r.

Розв'язок. Куб симетричний відносно повороту навколо діагоналі на кут 120°. Це легко продемонструвати з допомогою дротяного кубічного каркасу. Тому що напруга до кола підводиться до точок A і B, що лежать на осі симетрії AB, то ця вісь є фізичною віссю симетрії. Тому всі вузли кола, симетричні відносно осі AB, будуть еквіпотенціальними. Значить, вузли 1, 2, 3 і вузли 4, 5, 6 еквіпотенціальні, а тому ф₁ = ф₂ = ф₃, ф₄ = ф₅ = Ф₆ . Об'єднаємо вузли 1, 2 і 3 в один вузол, а вузли 4, 5 і 6 в другий (вузли M і N рис. 2). Одержимо еквівалентну схему кола, зображену нарис.2, яка розраховується просто. Дійсно,

Аналогічно розв' язуються подібні задачі.

Висновок

В результаті проведених досліджень та вище зазначеного констатуємо те, що доцільність підпорядкування змісту навчального матеріалу з фізики базується на фундаментальних поняттях, одним з яких є симетрія. Ознайомлення та вивчення студентами поняття симетрії та його принципів сприятимуть формуванню сучасного наукового мислення, а також забезпечуватиме систематизацію знань з фізики при розв' язку задач з різних розділів фізики та формуванню наукового світогляду.

Перспективи подальших досліджень полягають в детальному аналізі поняття симетрії та його використання у навчанні фізики у ВНЗ.

Список використаних джерел

1. Бугаев А.И. Методика преподавания физики. Теоретические основы / А.И. Бугаев. - М. : Просвещение, 1981. - 288 с.

2. Вигнер Е. Этюды о симметрии / E. Вигнер. - М. : Мир, 1971. - 318 с.

3. Дмитриев И.С. Симметрия в мире молекул / И.С. Дмитриев. - Л. : Химия, 1976. - 128 с.

4. Элиот Дж. Симметрия в физике / Дж. Элиот, П. Добер. Соч. : в 2-х т. - М. : Мир, 1983. - Т. 1. - 364 с.

5. Іваненко О.Ф. Експериментальні та якісні задачі з фізики : [посібник для вчителів] / О.Ф. Іваненко, В.П. Махнай, О.І. Богатирьов. - К. : Рад. шк., 1987. - 144 с.

6. Ковалев И.З. Учение о симметрии в курсе физики средней школы : автореф. дис. ... канд. пед. наук : спец. 13.00.02 «Теория и методика обучения (физика)» / И.З. Ковалев. - К., 1976. - 24 с.

7. Мултановский В.В. Курс теоретической физики / В.В. Мул- тановский. - М. : Просвещение, 1988. - 304 с.

8. Мурач М.М. Геометричні перетворення і симетрія / М.М. Мурач. - К. : Радянська школа, 1987. - 178 с.

9. Осадчук Л.А. Методика преподавания физики / Л.А. Осад- чук. - К. : Вища школа, 1984. - 352 с.

10. Основы методики преподавания физики / под ред А.В. Пе- рышкина, В.Г. Разумовского и В.А. Фабриканта. - М. : Просвещение, 1983. - 398 с.

11. Розв'язування задач з фізики : практикум / за заг. ред. Є.В. Коршака. - К. : Вища школа, 1986. - 132 с.

12. Садовий М.І. Окремі питання сучасної та традиційної фізики : навчальний посібник для студентів педагогічних навчальних закладів освіти / М.І. Садовий. - Кіровоград : Видавництво ПП «Каліч О.Г.», 2007. - 138 с.