В настоящей работе рассматривается роль математической компетенции, как учеников, так и учителя физики по теме «Взаимодействие зарядов. Закон Кулона» изучении проблемы и пути их решения.
Ключевые слова: математический аппарат, силы взаимодействия, абстрактное мышление
Актуальность настоящего исследования состоит в том, что к изучению раздела электростатики ученики приступают в восьмом классе. Особенностью развития учащихся этого возраста является то, что у них ещё не полностью сформировано абстрактное мышление, для того чтобы в полной мере представить электростатические взаимодействия.
С одной стороны, это происходит из-за того, что раздел «Электростатика» следует сразу после раздела «Механика», где ученики изучали физические процессы и явления, с которыми сталкивались в повседневной жизни или имели представление о них. Если качественным решением проблемы объяснения нового материала может выступить метод аналогии [1], то для количественного решения, придётся обратиться к математическому аппарату. Хотя в курсе математики 6–7 классов ученики и знакомятся с понятиями пропорциональность, дроби, учатся решать уравнения, но они ещё не вполне умеют использовать эти знания для практического использования при решении различных задач. Кроме того, математические операции с большими степенями, характерные при решении задач раздела электростатика представляют для них большие затруднения [2].
При решении задач по физике возникает ряд трудностей, связанных с тем, что у учащихся слабо сформированы математические компетенции, они не закреплены на практике для использования в межпредметных областях, не адаптированы к решению конкретных проблем. К этому же добавляется поверхностное владение предметом.
Перед решением задач необходимо сформировать более глубокое понимание сущности изучаемых явлений и процессов. Подход к решению задач необходимо начинать с более простых и облегчённых задач, предполагающих поиск не более чем одного неизвестного. Алгоритм решения задач следует постепенно усложнять по мере понимания сущности явлений, вводить дополнительные искомые величины [3]. Так, например, при решении задач на закон Кулона рассчитывается сила взаимодействия двух и более точечных зарядов. Учеников необходимо обучать определённому алгоритму решения задачи по примеру решения типовых задач, где следует подробно рассмотреть операции со степенями [4].
К примеру, рассмотрим следующие задачи с исходными данными:
Найти силу взаимодействия двух зарядов q 1 = 10 нКл и q 2 = 15 нКл, находящихся на расстоянии 10 см друг от друга .
В условии этой задачи не указан коэффициент пропорциональности k, который присутствует в формуле Кулона. Но, несмотря на это, у учеников необходимо выработать компетенцию к внесению табличных физических постоянных в краткое условие задачи.
|
Дано: q 1 = 10 нКл q 2 = 15 нКл r=10см=10*10– 2 м k=9*10 9 Н*м 2 /Кл 2 F -? |
Формула: F = k*q 1 *q 2 / r 2 F= Н*м 2 /Кл 2 *(Кл*Кл)/м 2 = Н |
Решение: F = 9*109*10*10–9*15*10–9/(10*10–2)2= = 13,5*10–5 Н. Ответ: F = 13,5*10–5 Н = 135 мкН |
Другой пример:
Как изменится сила кулоновского взаимодействия между двумя заряженными шариками, если расстояние между ними а) увеличить в три раза; б) уменьшить в два раза?
На первый взгляд кажется, что в условии этой задачи недостаточно данных для её решения. Но учеников нужно обучать внимательно читать и понимать смысл условия задачи. На самом деле, в условии задачи дано все, что необходимо её решения:
|
Дано: q 1 ; q 2 ; k. а) r 2 = 3r 1 б) r 2 = r 1 /2 F 2 /F 1 -? |
Формула: F 1 = k*q 1 *q 2 /r 1 2 F 2 = k*q 1 *q 2 /r 2 2 F 2 /F 1 = Н/Н = - |
Решение: а) F2/F1 = (k*q1*q2/r22)/(k*q1*q2/r12) = r12/r22 = =r12/(3r1)2 = r12/9r12 = 1/9; F2 = 1/9 F1; б) F2/F1=(k*q1*q2/r22)/(k*q1*q2/r12) = r12/r22 = =r12/(r1/2)2 = r12/r12/4 = 4; F2 = 4 F1; Ответ: а) уменьшается в 9 раз; б) увеличивается в 4 раза |
Перед тем как приступать к решению физических задач, необходимо повторить с учениками выполнение математических операций, необходимых при выполнении определённых действий. К таким относятся операции со степенями, составление пропорций, нахождение неизвестного и т. д.
Вывод:
Подготовка учеников к разделу «Электростатика» должно начаться задолго до непосредственного начала курса физики 8-го класса, особенно работа с математическим аппаратом. При объяснении материалов, требующих абстрактного мышления, целесообразно использование метода аналогий и моделирования, которая повышает интерес учеников к предмету.
Литература:
- Мавлонов Жамил Султонович, Дадаматова Дурдона.Использование метода аналогий и моделирования на уроках физики в средней школе.Молодой ученый, № 7, 2023.
- Цетурян Армен Мишаевич. Применение математических знаний учащихся при решении физических задач в процессе завершающего повторения учебного материала.
- Новиков А. М. Методология учебной деятельности. –М.: Изд-во «Эгвес», 2005.
- Гаскинс, Н. (2020, 5 января). Новое искусство: от вычислительного мышления к вычислительному действию.
- Среда. https://medium.com/@nettricegaskins/new-art-from-computational-thinking-to-computational-action-bc9e417b5e2b
