Разработка методики формирования у студентов высших учебных заведений педагогических специальностей понятий электричества в условиях кредитной системы обучения

В подходе к понятию в истории философии обнаруживаются 2 линии - линия Демокрита и Локка (большее или меньшее сращение номинализма, эмпиризма и психологизма, сведение понятия как всеобщего к индивидуальному).

Линия Платона, Спинозы и Гегеля (реализм в тех или иных модификациях, априоризм, спекулятивность, выведение особенного из всеобщего, понимание особенного как модификации всеобщего понятия, понимание понятия как синтеза, как продукта духовного созидания, конструирования). Временное примирение этих двух направлений приводило впоследствии к еще большей их поляризации. [23]

Способы понимания понятия в истории философии.

Теорию понятия можно рассматривать в двух аспектах:

1) как учение о постижении в понятии явлений, сторон объективной действительности.

2) как учение о постижении самого понятия в понятии, или как проблему понятия о понятии.

Первое получило широкую разработку во всей истории философии (равно как и формальнологических учениях), второе - лишь в немецкой классической философии. Первоначально к понятию подходят как к уже готовому, зафиксированному в слове сгустку знания. Мысль, проникающая за пределы эмпирически данного, остается по форме чувственно - образной, и на этой образно представляемой основе покоится определенность всеобщих абстракций, определенность внелогическая не адекватная форме мысли и форме понятия, ибо понятию присуща логическая определенность.

Сократ принял в качестве объективного начала, открывающегося в человеке, такое понятие, или определение, через которое познается сущность вещей. Следуя Сократу, Платон признал, что определения имеют своим предметом не чувственные вещи, а нечто иное. В его философии предметом анализа сделалась уже не чувственно воспринимаемая действительность как таковая, а исходные принципы, «начала». Процесс конструирования понятия (идеи) предстает у него как диалог мышления с самим собой. Всеобщие понятия, реализуемые в речи, для Платона уже не просто слова, обозначающие чувственную достоверность, но по сути дела выражение тех общественно признанных норм, определяют место отдельных людей и вещей. В отличие от мира чувственных (идей) вещей, мир «идеи» можно воспринимать только в понятиях.

По Аристотелю, понятие может быть лишь понятием об общем, а не о единичном. Оно есть «вторая сущность»- род или вид, в отличие от первых сущностей - единичных вещей. То, что у Гегеля называются понятия, у Аристотеля выступает как сущность, субстанция. Слова, наименования, названия у Аристотеля являются терминами, непосредственно обозначающими и выражающими общие формы вещей, а не понятие.

«Значения» термина понятие, которое оно выражает, непосредственно сливаются, совпадают с предметом «высказывания». О первых сущностях мы знаем по чувственному восприятию, о вторых же - по их понятию. Понятие о вторых сущностях есть, прежде всего, понятие о виде, которое создается из ближайшего рода и видообразующего различия. Полагая, что «… все противоположные определения всегда восходят к некоторому субстракту, и ни одно из них не может существовать отдельно». Аристотель не только указывал на онтологическую сторону единства противоположностей, но и умел удерживать это единство в мысли в положительной форме (в отличие от скептиков). Противоположности принадлежат одному и тому же роду и входят в определение сущности. Тем самым Аристотель разрешает проблему, которой становилась греческой философией как до, так и после него: переход от абстрактного общего представления к понятию, то есть механизм скачка к познанию.

По Аристотелю, и определенность различия двух абстрактных представлений, и определения этих представлений возникают вместе, одновременно, таким образом, появляется не одно, а сразу несколько взаимосвязанных понятия, и они, следовательно, с самого начала представляют собой систему понятий.

Двойственность, существовавшая у Аристотеля в определении категорий (с одной стороны - это высшие роды « высказывания», а с другой - реальные роды бытия), уже заключала в себе противоположность номинализма и реализма.

У истоков опосредствующим звеном между словесным знаком и вещью стало субъективное состояние души. Слово у них обозначает уже не вещь, а только способ переживания вещи индивидом, то изменение, которое происходит во внутреннем состоянии души индивида при воздействии вещи. Для них важна не предметная отнесенность слова, а тот смысл его, который с этим словом связывается в душе. Открытие «смысла слова» - того промежуточного звена между словесным обозначением и вещью, которое не было известно Аристотелю, - переводит проблему понятия из всеобщегологического плана рассмотрения в психологический и семантический план.

Скептицизм, в отличие от Аристотеля, субъективирует понятие, т.е. делает предметом рассмотрения сами мысли в их языковом выражении, и владеет понятие противоречивым образом: во-первых, он требует единства различных моментов, тождества их, во - вторых, он находит между ними противоречие и оставляет это единство в обостренной разрозненности. Стремясь обнаружить антиномичность абстрактных представлений, антический скептицизм нашел в них противоречивые моменты, но не дошел до единства этих моментов, - до их опосредствования «третьим», - т.е. до понятия, и остановился на отрицательной диалектике, имеющей своим результатом «ничто». Это был шаг назад по сравнению с Аристотелем.

Согласно Лейбницу, уже в смутных бессознательных представлениях в человеке «дремлют» понятия. Хотя Лейбниц и признает существование простых идей, определения которых дать невозможно, однако он намечает выход за пределы атомизма, указывая, что даже в простой субстанции (монаде) «…должна существовать множественность состояний и отношений, хотя частей она не имеет». Т.о., намечается переход от понимания простого как вещи (материальной или духовной) и пониманию его как отношения.

По сравнению с созерцанием и представлением понятие удалено от непосредственной реальности, но оно ближе к ней в том смысле, что оно схватывает сущность явления и в своем развитии приближается к явлению. Когда вещи и их взаимные отношения рассматриваются как находящиеся в процессе изменений, «…то и их мысленные отражения, понятия, тоже подвержены изменению и преобразованию; их не втискивают в окостенелые определения, а рассматривают в их историческом, соответственно логическом, процессе образования». С этой точки зрения дефиниции уже не имеют самодовлеющего значения в науке, ибо реальным единственным определением является изложение развития самой сущности исследуемого процесса. Таким образом, определения и понятия возводятся в новую, более высокую ступень. Понять явление - значит не просто дать определение, а «…выразить в логике понятий». Понятие рассматривается не как мертвое, окостенелое, а как переход, момент связи, каковым оно и является по своей природе. К понятию представляется требование пластичности, они должны быть «…обтесаны, обломаны, гибки, подвижны, релятивны, взаимосвязаны, едины в противоположностях, дабы обнять мир».

Всем понятиям присущ момент всеобщности. Если принять всеобщность за то, что обще многим, то пришлось бы сказать, что не все понятия всеобщи, иначе из области постижения в понятиях выпали бы неповторимые личности, самобытные произведения искусства, уникальные исторические факты. Но всеобщность в понятиях относится не к числу экземпляров, не к множеству однородных предметов, а к самой природе понятия. Всеобщность в понятии есть не только и не столько частичка понятия наряду с другими, она есть организующий принцип, узловой пункт связи моментов понятий.

По своему формальному содержанию понятия является единством единичности, особенности и всеобщности, т.е. конкретно - всеобщим; это и позволяет понятию развиться в другие формы мышления - суждения, умозаключения; развертывание понятийной формы приводит к теории, содержание которой является более конкретным по сравнению с понятием.

Понятия не только добываются в процессе практически преобразующей деятельности человека, но и направлены на преобразование человеческого мира. Понятия опредмечиваются не в одной языковой форме, но и в творениях человека, в действии, в которых они объективируются. Процесс «…познания и действия превращает абстрактные понятия в закономерную объективность».

В логике понятие - это форма мышления, отражающая предметы в их существенных признаках.

Признаком предмета называют то, в чем предметы сходны друг с другом или чем они друг от друга отличаются.

Любые свойства, черты, состояния предмета, которые, так или иначе, характеризуют предмет, выделяют его, помогают распознать среди других предметов, составляют его признаки. Признаками могут быть не только свойства, принадлежащие предмету; отсутствующее свойство (черта, состояние) также рассматривается как его признак. Признаком бесхозного имущества является то, что оно не имеет собственника или его собственник не известен.

Любой предмет имеет множество разнообразных признаков. Один из них характеризуют отдельный предмет и являются единичными, другие принадлежат определенной группе предметов и являются общими. Так, каждый человек имеет признаки, одни из которых (например, черты лица, телосложение, походка, мимика, так называемые особые приметы, броские признаки) принадлежат только данному человеку и отличают его от других людей; другие (профессия, национальность, социальная принадлежность и т.д.) являются общими для определенной группы людей. Наконец, есть признаки, общие для всех людей. Они присущи каждому человеку и вместе с тем отличают его от других живых существ. К ним относятся способность создавать орудия труда, способность к абстрактному мышлению и членораздельной речи.

Кроме единичных (индивидуальных) и общих признаков логика выделяет признаки существенные и несущественные.

Признаки, необходимо принадлежащие предмету, выражающие его сущность, называются существенными.

Признаки, которые могут принадлежать, но могут и не принадлежать предмету и которые не выражают его сущности, называются несущественными.

Существенные признаки могут быть общими и единичными. Понятия, отражающие множество предметов, включают общие существенные признаки. Например, общие признаки человека (способность создавать орудия труда и т.д.) являются существенными.

Понятие, отражающее один предмет (например, «Аристотель»), наряду с общими существенными признаками (человек, древнегреческий философ) включает единичные признаки (основатель логики, автор «Аналитики»), без которых отличить Аристотеля от других людей и философов Древней Греции невозможно.

Понятие качественно отличается от форм чувственного познания: ощущений, восприятий и представлений, существующих в сознании человека в виде наглядных образов отдельных предметов или их свойств. Мы не можем, например, представить, а тем более воспринять здание вообще. Восприятие или представление - это чувственно - наглядный образ, какого - либо конкретного здания, например, главного корпуса КСТУ. Понятие лишено наглядности. Понятие «здание» характеризуется отсутствием единичных признаков отдельных зданий, в нем отражаются признаки, необходимо принадлежащие любому из них и являющиеся общими для всех строений, предназначенных для учебы, работы или жилья.

Понятие как форма мышления отражает предметы и их совокупности в абстрактной, обобщенной форме на основании их существенных признаков.

Понятие - одна из основных форм научного познания. Формируя понятия, наука отражает в них изучаемые его предметы, явления, процессы. Например, экономическая теория сформировала такие понятия, как «товар», «капитал», «стоимость»; правовые науки - понятия «преступление», «наказание», «вина», «умысел», «правоспособность» и др.

Отражая существенное, понятия не содержат всего богатства индивидуальных признаков предметов и в этом смысле они беднее форм чувственного познания - восприятий и представлений. Вместе с тем, отвлекаясь от несущественного, случайного, они позволяют глубже проникнуть в действительность, отобразить ее с большей полнотой, на что не способно чувственное познание. [24]

2.2 Предмет, основные понятия и идеи курса электричество

Большое количество явлений в природе связано с проявлением особого свойства элементарных частиц вещества, а, следовательно, в ряде случаев и составленных из них макроскопических тел - наличия у них электрического заряда. Эти явления были названы электрическими и магнитными.

Слово «электричество» - [от греч. - - электрон «янтарь»]. Способность натертого янтаря приобретать заряд и притягивать легкие предметы была отмечена ещё в древней Греции.

Слово «магнетизм» происходит от названия города Магнезия в Малой Азии, вблизи которого были открыты свойства железной руды (магнитного железняка FeO, Fe₂O₃) притягивать железные предметы и сообщать им магнитные свойства.

Учение об электричестве и магнетизме распадается на разделы:

- учение о неподвижных зарядах и связанных с ними неизменных электрических полях - электростатика;

- учение о равномерно движущихся зарядах - постоянный ток и магнетизм;

- учение о не равномерно движущихся зарядах и создаваемых при этом переменных полях - переменный ток и электродинамика. Или теория электромагнитного поля. [Карякин Н.И.]

Ещё в древности было замечено, что два потертых тряпочкой кусочка янтаря начинают отталкиваться друг от друга. Такое взаимодействие в отличие от механического назвали электрическим.

Ознакомимся с этим явлением на примере следующего эксперимента. Пусть два стержня из пластмассы установлены на иглах, на иглах на которых они могут свободно поворачиваться.

На одном стержне укреплена хорошо отшлифованная металлическая пластинка, на другом - пластинка из плексигласа, так же хорошо отшлифованная. Снимем стержни с игл и приведем пластинки в соприкосновение. Если вновь поставить стержни на иглы и отпустить, то пластинки притянуться друг к другу. Эта сила не является гравитационной, ибо масса тел до и после контакта остается не измененной, а гравитационные силы зависят только от масс тел и расстояния между ними. Следовательно, в данном эксперименте мы встречаемся с другим классом сил, которые называются электрическими.

Если между телами действует электрическая сила, то говорят, что тела имеют электрический заряд. Явление перераспределения зарядов на телах называют электризацией. Примерами электризации служат описанные выше опыты с янтарем, а так же с плексигласовой и металлической пластинами.

Если проделать опыты с двумя металлическими и двумя плексигласовыми пластинами, окажется, что при контакте электризуются пластины толь из разных веществ, причем разнородные пластины только из разных веществ, причем разнородные пластины притягиваются, а из одинаковых веществ - отталкиваются. Это свидетельствует о том, что во-первых, при контакте электризуются оба тела и, во-вторых, что существуют электрические заряды двух видов. Далее, опыт показывает, что если две наэлектризованные пластины из разных веществ вновь соединить вместе, то их электризация исчезнет. [35]

Известно, что две величины в сумме дают нуль, если они имеют одинаковые модули и противоположные знаки. На основании этого алгебраического правила условились электрическим зарядам с противоположными свойствами приписывать разные знаки: плюс и минус. Тела и частицы с электрическими зарядами одинакового знака отталкиваются друг от друга, а с зарядами противоположного знака притягиваются.

Условились в том случае, когда стеклянная палочка контактирует с шелком, заряд палочки считать положительным, а заряд шелка - отрицательным. Таким образом, если наэлектризованные тела или частицы притягиваются к стеклянной палочке, потертой о шелк, то они заряжены отрицательно, а если отталкиваются - положительно.

Обычно при контакте металлов с неметаллами первые заряжаются положительно, а вторые отрицательно.

Наэлектризовывать можно все тела: не только твердые, но и жидкие и газы. Так, если подвешенный к динамометру твердый металлический шарик опустить в керосин, а затем вынуть и удерживать над поверхностью жидкости, то показание динамометра будет несколько большим, чем до контакта шарика с жидкостью. При контакте шарика с жидкостью происходит их электризация, вследствие чего возникает дополнительная к силе тяжести электрическая сила.

Современная теория строения вещества дает возможность объяснить целый ряд наблюдаемых на опыте явлений. Так, электризация контактирующих тел различной природы объясняется на основе электронных представлений. Как известно, атом состоит из положительно заряженного ядра и обращающихся вокруг него электронов. Оказывается, что атомы некоторых веществ (водорода и металлов) легко отдают электрон другим атомам, а атомы таких веществ, как фтор, хлор и другие неметаллы, легко присоединяют к себе лишний электрон. Поэтому при контакте двух тел обычно одно из них теряет электроны и тем самым заряжается положительно; второе тело присоединяет к себе лишние электроны и заряжается отрицательно. Чем больше площадь контакта между этими телами, тем больше электронов сможет перейти от одного тела к другому, и тем больший электрический заряд мы обнаружим на них.

По электрическим свойствам все тела можно разбить на три обширные группы

- проводники, к которым относят металлы, расплавы и растворы электролитов, графит; все эти вещества содержат много свободных электронов или ионов и потому хорошо проводят электрический ток;

- полупроводники, к которым относят германий, кремний, солен и ряд других веществ;

- диэлектрики или изоляторы например: стекло, фарфор, кварц, плексиглас, резина, дистиллированная вода, керосин, масло растительное, а так же все газы.

Указанное разделение веществ весьма условно, ибо в зависимости от внешних условий свойства вещества могут существенно изменяться. Например, если разогреть такой хороший диэлектрик, как стекло, то он превращается в проводник. При очень высоких температурах или при радиоактивном обучении газы также становятся хорошими проводниками. [36]

Основные понятия и методы электричества

Основными электродинамическими мерами электричества являются электрический заряд, электрический ток и электрическое напряжение.

Электрический заряд - это одно из основных понятий в учении об электричестве. Вся совокупность электрических явлений понимается как появление, существование, движение и взаимодействие зарядов.

Электрический заряд -- величина релятивистки инвариантная, т. е. не зависит от системы отсчета, а значит, не зависит от того, движется этот заряд или покоится.

Электрический заряд - величина дискретная. Когда мы говорим о дискретности заряда, то это означает, что он может принимать только определенные значения, например, 0, е, 2е, 3е и т. д., кратные целому значению величины некоторого минимального заряда е. Поэтому величина Q любого заряда: q = ke, здесь k - целое число.

Единицей измерения электрического заряда (количества электричества) в СИ является кулон (Кл). Это производная единица, которая определяется через единицу силы тока: один кулон (Кл) численно равен электрическому заряду, проходящему за одну секунду через поперечное сечение проводника при силе тока в нем равной одному амперу.

Зарядом е=1,610^-19 Кл обладает отрицательно заряженный электрон. Это наименьший заряд, который может нести на себе какая либо частица.

Электрическим током называют упорядоченное движение электрических зарядов. Электрический ток, характеристики которого не изменяются со временем, называют постоянным током. Направлением электрического тока условились считать направление движения положительных зарядов.

Можно указать на ряд фактов, способных вызывать упорядоченное движение заряженных частиц. Так, под действием электрических (кулоновских) сил положительно заряженные частицы движутся в направлении силовых линий электрического поля, отрицательно заряженные - в противоположном направлении. Движение зарядов может происходить и под действием неэлектрических сил (например, магнитных), а так же при диффузии или в химических реакциях.

Следует отметить, что если в электростатическом поле упорядоченное движение зарядов происходит под действием кулоновских сил, то во всех остальных случаях причиной их движения является некое другое силовое поле. Такое поле получило название стороннего, а все факторы неэлектрической природы, вызывающие упорядоченное движение электрических зарядов. По аналогии назвали сторонними силами.

Участок электрической цепи, в котором на движущиеся электрические заряды кроме кулоновских действуют ещё и сторонние силы, называют неоднородным, а участок, на котором действуют только кулоновские силы, - однородным.

Проводниками являются вещества, в которых существуют свободные электрически заряженные частицы - электроны или ионы, т.е. атомы или молекулы, потерявшие или присоединившие к себе один или несколько электронов. Наличие свободных электронов характерно для металлов и полупроводников, а положительных и отрицательных ионов - для водных растворов солей, кислот и щелочей (электролитов).

Поддерживать постоянно в проводниках электрический ток можно лишь в том случае, если создана замкнутая цепь из проводников и в этой цепи есть источник тока, характеризующийся напряжением. [36]

Исторический очерк

Научное исследование электрических и магнитных сил началось с книги Гильберта, которому принадлежит и термин «электричество», произведенный от греческого названия янтаря. Гильберт кропотливо исследовал множество самых различных тел и построил для этой цели специальный электрический указатель. С помощью этого указателя, прототипа современных электроскопов, Гильберт установил, что способностью притягивать обладают многие тела, «не только созданные природой, но и искусственно приготовленные». Однако он нашел также, что многие тела «не притягивают и не возбуждаются никакими натираниями». Тела, обнаруживающие способность притяжения, Гильберт назвал электрическими, тела, не обладающие такой способностью,- неэлектрическими.

Гильберт указывает, как производится электризация тел трением: «Их натирают телами, которые не портят их поверхности и наводят блеск, например жестким шелком, грубым немарким сукном и сухой ладонью. Трут также янтарь о янтарь, об алмаз, о стекло и многое другое. Так обрабатываются электрические тела».

Электрическими опытами занимался и Ньютон, который наблюдал электрическую пляску кусочков бумаги, помещенных под стеклом, положенным на металлическое кольцо. При натирании стекла бумажки притягивались к нему, затем отскакивали, вновь притягивались и т.д. Эти опыты Ньютон производил еще в 1675 г.

Эксперименты по электричеству проводили и другие члены Лондонского Королевского общества. Бойль, повторив опыты Герике с шаром, установил, что наэлектризованное тело не только притягивает ненаэлектризованное, но и, в свою очередь, притягивается последним. Он показал, что электрические взаимодействия наблюдаются и в вакууме.

В 1700 г. доктор Уолл извлек из натертого куска янтаря электрическую искру, проскочившую с треском в палец руки экспериментатора. Электрическую искру получил в 1705 г. Хауксби, заменивший серный шар Герике стеклянным. Ньютон в 1716 г. наблюдал искровой заряд между острием иголки и наэлектризованным телом. Наконец, Стефан Грей, также член Лондонского Королевского общества, в 1729 г. открыл электропроводность тел и показал, что для сохранения электричества тело должно быть изолировано. Он наэлектризовал ребенка, сначала подвесив его на шнурах, сплетенных из волос, а затем поставив его на смоляной диск.

Французский естествоиспытатель Шарль Дюфэ создал первую теорию электрических явлений. Он установил два рода электрических взаимодействий: притяжение и отталкивание. Дюфэ выдвинул свой принцип: «Этот принцип таков, что имеется два существенно различных вида электричества; одно из них я назову стеклянным, а другое - смоляным. Первое проявляется на потертых стекле, кварце, драгоценных камнях, волосах животных, шерсти и многих других телах. Второе - на потертых янтаре, копале, гуммилаке, шелке, пряже, бумаге и многих других веществах. Отличительным признаком обоих электричеств служит то, что тело, содержащее, скажем, стеклянное электричество, отталкивает все тела с таким же электричеством и, наоборот, притягивает тела, содержащие смоляное электричество».

Новые открытия в области электричества и усовершенствование электрических машин, получивших кондуктор, подушки для натирания и сенсационное изобретение лейденской банки в 1745-1746 гг., возбудили в обществе большой интерес к электричеству. Электрические опыты проводились в светских салонах и королевских дворцах, на заседаниях ученых обществ и в частных домах. За Европой последовали Америка и Россия. Франклин, Рихман, Ломоносов, Эпинус внесли существенный вклад в науку об электричестве.

В январе 1745 г. Рихман начал собственные опыты по электричеству. В процессе этой работы, как пишет он сам, я «встретился со многими новыми явлениями, далее открыл новый удобный способ исследовать тела, обладающие первичным, и тела, обладающие производным электричеством». Здесь под первичным электричеством Рихман понимает электричество, возбуждаемое в изоляторах трением, под производным - электричество в проводниках, получаемое от контакта с заряженными телами.

Существенно новым моментом в исследованиях Рихмана было то, что он «пытался подвергнуть измерению порождаемое электричество». Это была правильная идея, которая в своем развитии привела к изобретению абсолютного электрометра.

Даниил Бернулли в 1760 г., Джозеф Пристли и Генри Кавендиш проводили опыты по определению зависимости величины электрической силы от расстояния между двумя зарядами. Однако решающее исследование, в котором было установлено, что электрическая сила, действующая между двумя неподвижными зарядами, спадает пропорционально квадрату расстояния, принадлежало Шарлю Огюстену Кулону, имя которого присвоено закону притяжения или отталкивания электрических зарядов. Кулон создал чувствительные крутильные весы, с помощью которых ему удалось точно измерить изменение силы, действующей между двумя зарядами, при изменении расстояния между ними. [37]

2.3 Общий методологический подход к формированию у студентов вузов понятия «ток», «заряд», «напряжение», «сопротивление»

Общие замечания

Понятия ток, заряд, напряжение, сопротивление относятся к числу основных понятий в электричестве. Эти понятия тесно связаны между собой. В методике преподавания физики изучение начинается с понятия электрического заряда. Так как изначальное изучение электричества как науки начинается с понятия электрического заряда. В этом убеждаемся при изучении исторических фактов об электризации тел.

Электрический ток принадлежит к числу тех физических явлений, которые нельзя наблюдать непосредственно: можно видеть только его проявления (действия). Поэтому приходится на основе аналогий (движение воды, нефти, газа по трубам и пр.) и модельных демонстраций (движение заряженного шарика в электрическом поле конденсатора, киномультипликаций и др.) формировать представление об электрическом токе как направленном (упорядоченном) движении заряженных частиц. Опираясь на введенное раньше понятие электрического поля, учитель показывает, что для получения тока в проводнике необходимо создать в нем электрическое поле.

Поскольку возрастные возможности студентов позволяют ввести понятия, характеризующие ток и поле (разность потенциалов, плотность электрического газа и т.д. при изучении электродинамики), переходят к выяснению роли источника тока. Здесь надо показать, что источники тока могут быть различные, однако в каждом из них выполняется работа по разделению положительно и отрицательно заряженных частиц, вследствие чего между полюсами возникает электрическое поле. При этом должны быть заложены основы для формирования понятия о сторонних силах (сторонних относительно кулоновских, которые только и могут обеспечить работу источника тока по разделению заряженных частиц).

Свой рассказ о том, что в источнике тока в процессе разделения заряженных частиц происходит превращение механической, химической, внутренней или какой-либо другой энергии в электрической, внутренней или какой-либо другой энергии в электрическую, учитель иллюстирует специально подобранными опытами. Такими опытами могут быть разряд между кондукторами электрофорной машины, отклонение стрелки гальванометра при нагреваний с помощью спиртовки одного из спаев простейшего термоэлемента, действие фотоэлектрического генератора (фотоэлемент, освещаемый лампой, замкнут на гальванометр).

После этого учитель снова проводит с учащимися качественный анализ явления электрического тока и выясняет каковы, его внешние проявления - тепловое, химическое и механическое действия, при этом знакомит учеников с принципом действия гальванометра и направлением тока.

Только после такой предварительной работы учитель возвращается к количественной характеристике электрического тока (), единицам силы тока и количества электричества. Естественно было бы сначала определить единицу количества электричества (например, по химическому действию), а затем единицу силы тока; такой путь логически строен и был традиционным (в системе СИ: 1Кл=1А*1с).

Далее учитель углубляется понимание учащимися количественной характеристики электрического тока, вырабатывает у них умения и навыки вычислять и измерять силу тока. Для этого решают задачи, рассматривают устройство (в общих чертах) амперметра и правила измерения им силы тока, после чего учащиеся выполняют фронтальную работу «сборка электрической цепи и измерение силы тока на её различных участках».

На изучение всего этого материала отводится 4-5 уроков. Процесс формирования понятия о токе (так же, как и других) включает различные самостоятельные действия учащихся: работу с книгой, приборами, решение задач, комментирование упражнений и др. [43, стр. 203]

Введение понятия «электрический ток»

Давая краткий научно-методический анализ понятий заряд, ток и напряжение, мы указывали, что к понятию ток и напряжение надо подвести студентов, через понятие электрический заряд, с которыми они к этому времени уже достаточно хорошо ознакомились.

Урок надо начать с краткого повторения пройденного материала о электрическом заряде, предложив ответить на вопросы: Почему атом, состоящий из электронов и протонов, электронейтрален? Сформулируйте закон сохранения электрического заряда. Сформулируйте закон Кулона. Назовите единицу электрического заряда. Назовите отличие понятий единичного заряда и элементарного заряда, а так же удельного заряда и точечного заряда.

После этого перейти к введению понятия электрический ток, напряжение. Начинать формировать это понятие лучше с экспериментов.

Эксперимент 1

Заряженный электрометр соединим с таким же, но незаряженным.

Что происходит? Второй электроскоп показывает наличие заряда? Заряд перенесен свободными зарядами - электронами, движущимися по проводнику.

Направленное движение заряженных частиц называется электрическим током. В металлах свободными являются электроны, в растворах солей, электролитов - положительные и отрицательные ионы и электроны.

Чтобы существовал электрический ток необходимо:

1. Наличие свободных заряженных частиц

2. Наличие электрического поля (поле создают источники тока).

Увидеть электроны (ионы) в проводнике не возможно. Как же можно обнаружить электрический ток? Ток обнаруживается по действию, которое он производит.

Тепловое действие тока

Эксперимент 2

Присоединим к полюсам источника тока железную или никелиновую проволоку. Проволока нагреется и удлинится, слегка провиснет. Ее можно раскалить до красна.

Химическое действие тока

Эксперимент 3

В сосуд с электролитом, в качестве которого используем СuSO₄, опустили два угольных электрода и подключили их к источнику тока. При этом обнаружили, что катод постепенно покрывается красным слоем меди, а на аноде выделяется пузырьки газа.

Магнитное действие тока

Эксперимент 4

На железный гвоздь наматываем медный провод, покрытый изоляционным материалом, а концы провода соединяем с источником тока.

Гвоздь становится магнитом и притягивает небольшие железные предметы: булавки, железные опилки.

Механическое действие тока

Эксперимент 5

На рамку навьем несколько витков медного провода. Концы обмотки присоединим к полюсам источника тока. Помещаем рамку между полюсами магнита, она начинает поворачиваться.

Физиологическое действие тока

При прохождении через живой организм ток вызывает сокращение мышц.

Сделать выводы: Если в цепи устанавливается электрический ток, это означает, что через поперечное сечение проводника все время переносится электрический заряд. Заряд, перенесенный в единицу времени, служит основной количественной характеристикой тока, называется силой тока:

I = ?q/?t.

Сила тока - это количественная характеристика электрического тока.

Сила тока - величина скалярная. Она может быть как I, если направление тока совпадает с условно выбранным направлением вдоль проводника, в противном случае I.

Для создания и поддержки упорядоченного движения частиц необходима сила, действующая на них в определенном направлении. Если сила перестанет действовать, то упорядоченное движение заряженных частиц прекратится из-за сопротивления:

F = qE.

Ток, заряд, напряжение, сопротивление

Электрический ток в курсе физики необходимо определять как упорядоченное движение электрических зарядов. Однако все основные понятия при изучении постоянного тока следует вводить на примере тока в металлах. В этом случае электрический ток определяют как упорядоченное движение свободных электронов под действием электрического поля.

Формируют это понятие на основе ряда опытов и аналогий.

Для этого в первую очередь ставят опыт, показанный на рисунке 1, с перетеканием по проводнику электрических зарядов с заряженного на незаряженный электроскоп.

Программа школы рекомендует после рассмотрения электрической цепи изучать величины, ее характеризующие, в таком порядке: сила электрического тока, электрическое напряжение и электрическое сопротивление.

Рисунок 1. Перетекание электрических зарядов по проводнику

Сначала рассмотрим обоснование такого порядка введения перечисленных выше понятий.

До последнего времени их изучали в следующем порядке: сила тока I, сопротивление проводника R и напряжение на участке цепи U.

В настоящее время предлагают и другие последовательности введения понятий: сила тока I, напряжение U и сопротивление R, а также напряжение U, сила тока I и сопротивление R.

Изменение порядка изучения данных понятий в первом варианте (I, U, R) объясняется тем, что с научной точки зрения правильнее понятие сопротивления вводить после напряжения. Действительно сопротивление - это свойство проводника, которое может быть строго введено только исходя из сравнения силы тока в различных проводниках при одном том же напряжении на них. По определению, тот проводник из двух сравниваемых имеет большее сопротивление, в котором сила тока при одном и том же напряжении меньше. Поэтому до введения понятия сопротивления должны быть введены понятия о силе тока и напряжении. Сопротивление проводника R может быть ведено как постоянная величина, характеризующая свойства проводника и равная отношению напряжения к силе тока (R=).

Другой вариант изложения (U, I, R) обосновывают обычно следующим образом. Причиной движения зарядов в цепи, т.е. тока, является действие на заряды электрического поля. Поэтому есть основания начинать изложение с рассмотрения электрического поля и его энергетической характеристики, т.е. вначале ввести понятие о напряжении, затем и силе тока и сопротивлении. Но понятие напряжения всегда вызывало серьезные затруднения в школе на 1 ступени обучения, поэтому предпочтительнее вначале ввести понятие силы тока в цепи и лишь потом изучить напряжение. Такой порядок (I, U, R) и рекомендуется, как говорилось выше, программой школы.

При введении понятия о силе тока полезна аналогия с течением воды в трубе. Действительно и силе тока воды можно судить по массе воды, которая протекает в единицу времени через поперечное сечение трубы (или проще, вытекает из трубы в единицу времени).

Сила же электрического тока определяется электрическим зарядом, прошедшим через поперечное сечение проводника в 1с.

При введения амперметра как основной единицы СИ подчеркивают, что для выбора единицы силы тока можно было бы воспользоваться любым его действием. Важно, вернее необходимо, что бы это действие поддавалось точному количественному выражению.

Как известно, теперь в основу определения единиц силы тока положено явление взаимодействующих двух проводников с током.

Учащимся при этом следует показать взаимодействие токов. Для этой цели располагают параллельно друг другу две легкие станиолевые ленты и пропускают по ним ток. Учащиеся видят притяжение лент в случае, когда в лентах токи одного и того же направления, и отталкивание лент при разных направлениях тока в них.

За единицу силы тока принята сила электрического тока, при котором отрезки параллельных проводников длиной 1 м, расположенные на расстоянии 1 м друг от друга, взаимодействуют силой 2*10^-7 Н. Эта единица, называется ампером (А).

Для создания некоторых представлений о токах, протекающих по различным потребителям, приводят данные о силе тока в различных бытовых электроприборах (сила тока в лампочке карманного фонарика - около 0,25 А, в настольной лампе - 0,5 А, в спирали электроплитки - 3 А).

Через единицу силы тока 1 А определяет единица электрического заряда - кулон (1 Кл).

Кулон равен электрическому заряду, проходящему через поперечное сечение проводника при силе тока 1А за время 1 с.

Вслед за этим переходят к рассмотрению понятия о напряжении. Оно является одним из самых трудных в курсе физики.

В настоящее времени напряжение следует вводить, как величину, которая характеризует электрическое поле, являющееся причиной тока. Объяснение дается на опыте, в котором одинаковые сила тока устанавливают в нитях двух разных электрических ламп. Спрашивают в чем же различие свечении этих ламп. Объясняется это тем, что при одинаковой силе тока работа тока на этих участках цепи при перемещении электрического заряда, равного 1 Кл, различна.

Зная работу тока А на данном участке цепи и весь электрический заряд q, прошедший по этому участку, можно определить напряжение U, т.е. работу тока при перемещении электрического заряда, равного 1 Кл. Следовательно, напряжение равно отношению работы тока на данном участке к электрическому заряду, прошедшему по этому участку.

Формирование понятия напряжения можно разбить на следующие этапы:

1. Дать понятие о напряжении источников тока.

2. Показать, что напряжение характеризует электрическое поле созданное источником.

3. Ввести понятие напряжении на участке цепи.

Введение понятия напряжения на первом этапе должно быть примерно следующим. Напоминают учащимся, что электрический ток не может существовать без источника, непрерывно пополняющего потери энергии на различные действия тела. Далее говорят о необходимости характеризовать «способность» источника создавать ток в цепи. Лампочка горит тускло. Она будет светиться достаточно ярко, если взять батарею элемента большим напряжением.

На втором этапе следует разъяснить, что источник тока создает электрическое поле. Чем больше напряжение источника тока, тем сильнее созданное поле. Напряжение, таким образом, характеризует электрическое поле, действующее в электрической цепи и обусловливающее в ней электрический ток.

На третьем этапе переходят к точному определению понятия напряжения и единицы напряжения.

После этого вводится формула напряжения

,

где А - работа тока, а q - электрический заряд. Напряжение показывает, какая работа совершается током при перемещении электрического заряда.

Далее дают определение единице напряжения - вольту.

Учащимся сообщают, что напряжение измеряют вольтметром. Говорят, что принцип его действия такой же, как и у амперметра, но включают его параллельно. [41]

педагогический кредитный обучение электричество

2.4 Роль самостоятельной работы в процессе усвоения понятий

Психолого-педагогический анализ процесса усвоения понятий учащимися приводит к выводу о необходимости организации их активной мыслительной деятельности на всех этапах овладевания понятиями. Последнее может быть осуществлено с помощью специально разработанной системы самостоятельных работ:

1. Обеспечивать активную мыслительную деятельность учащихся на всех этапах формирования понятий.

2. Способствовать решению основных дидактических задач: приобретению учащимися глубоких и прочных знаний основ науки, формированию у них умения самостоятельно приобретать знания и применять их на практике.

3. Удовлетворять основным принципам советской дидактики, и прежде всего принципам научности и доступности, сознательности, связи теории с практикой.

4. Входящие в систему работы должны быть разнообразны по дидактической цели и содержанию, выполнение их должно обеспечивать формирование у учащихся разнообразных умений и навыков политехнического характера, воспитанию активности и самостоятельности как черт личности.

5. Система должна быть единой для классных и домашних самостоятельных работ, обеспечивая преемственность в формировании понятий и в выработке умений оперировать ими в решении познавательных и практических задач.

6. Она должна включать задания по сравнению понятий, выявлению их общего и особенного, выявлению и закреплению связей и отношений между ними.

Все самостоятельные работы по их роли в формировании понятий можно разделить на следующие виды:

1. Первичное знакомство с классом объектов, понятие о которых формируется с целью выделения общих существенных признаков (наблюдения за опытами, демонстрируемыми учителем, работа с раздаточным материалом, построение и анализ графиков, работа с учебником).

2. Уточнение существенных признаков понятия (работа с текстом учебника после объяснения материала учителем и демонстрации опытов, постановка по варьированию несущественных признаков понятия).

3. Дифференцировка (отграничение) понятий (сравнение и сопоставление признаков вновь формируемого понятия с признаками ранее усвоенных понятий).

4. Установление связей и отношений данного понятия с другими понятиями (эксперимент, построение и анализ графиков, анализ формул, полученных в результате обработки экспериментальных данных).

5. Классификация понятий (составление классификационных схем и таблиц).

6. Конкретизация понятий (работа с таблицами, раздаточным материалом, сбор материалов для коллекций, анализ примеров из повседневного опыта и т.д.).

7. Выработка умений оперировать понятием, применять его при решении различного рода учебных задач, в том числе задач творческого характера.

Каждый из перечисленного видов самостоятельных работ играет вполне определенную роль в формировании понятий. Исключение из системы хотя бы одного вида самостоятельных работ приводит к определенным дефектам в усвоении понятий.

Пример: Упражнения по применению контробраза играют двоякую роль: предупреждают возникновение путаницы сходных по каким-либо признакам понятий и способствуют уточнению признаков формируемых понятий. Поясним сущность упражнений этого вида на следующем примере. При изучении первоначальных сведений об электричестве ученики не сразу усваивают, что такое электрическая цепь, допускают многочисленные ошибки в вычерчивании схем электрических цепей. Эти ошибки являются следствием непонимания условия существования тока. В целях предупреждения ошибок в усвоении указанных понятий сразу же после их введения учащимся предлагают несколько схем, из которых лишь одна является полной и правильной. Перед учащимися ставят вопросы:

3. По какой из изображенных на рисунке 2 цепей пройдет электрический ток?

а) б) в)

Рисунок 2

4. На какой из схем изображены все элементы электрической цепи?

Ученики в начале определяют цепи, по которым пройдет электрический ток. Вычленяя одно условие за другим, приходят к выводу, что ток пройдет по цепям, изображенным на схемах б и в, так как здесь на лицо все условия существования тока: прибор, создающий электрическое поле (источник постоянного тока), проводники со свободными носителями электрических зарядов (электронами), замкнутая цепь.

Затем ставятся такие вопросы: на какой из изображенных схем представлены все элементы электрической цепи, т.е. какая из схем является наиболее полной? Какой из элементов отсутствует в других схемах? Какой из элементов отсутствует в других схемах? В результате сравнительного анализа схем учащиеся приходят к выводу, что наиболее полной является схема б. На ней представлены все элементы электрической цепи: источник тока, потребитель тока (резистор), проводящие проводники, прибор управления (выключатель).

Проведение такого рода упражнение полностью исключает ошибки вычерчивании простейших схем электрических цепей.

Эффективно проходят упражнения с применением контробраза при изучении последовательного и параллельного соединения проводников. В целях предупреждения у учащихся ошибок в усвоении понятий и затруднений применений их на практике необходима организация всех видов самостоятельных работ рассмотренной выше системы.

Проведенные исследования (А.В. Усова, Г.Г. Гранатов) показали, что положительное влияние на качество усвоения понятий учащимися оказывает ознакомление их с критериями усвоения понятий, общими требованиями к усвоению основных видов физических понятий (о явлениях, величинах, законах, приборах и т.д.) выраженного в планах обобщенного характера, с правилами определения понятий через ближайший род и видовое отличие. Это создает необходимые условия для организации целенаправленной работы по усвоению понятий и осуществления самоконтроля за результатами ее. [42]

Самостоятельная работа студента занимает важное место в учебном процессе. Во-первых, СРС содействует усвоению, закреплению основ методологии исследовательской работы, творческого мышления, умению аргументировать, отстаивать свою позицию, излагать свои «мысли, соображения в письменном виде». Во-вторых, СРС не ограничивается расширением и углублением знаний студентов, но и вырабатывает у него умение анализировать теоретический источниковедческий материал [42]. В-третьих, СРС позволяет проследить за процессом роста студента, на сколько он дисциплинированно, инициативно, творчески выполняет программу и требования, предъявляемые студенту [43].

Опираясь на работы ведущих исследователей Разумовского В.Г., Бугаева А.И., Дика Ю.И., Усовой А.В. и др., разделим все самостоятельные работы по их роли в формировании понятий на следующие виды:

1. Первичное знакомство с классом объектов, понятие о которых формируется с целью выделения общих существенных признаков.

2. Уточнение существенных признаков понятия.

3. Дифференцировка понятий

4. Установление связей и отношений данного понятия с другими понятиями.

5. Классификация понятий.

6. Конкретизация понятий.

Выработка умения оперировать понятием, применять его при решении различного рода учебных задач, в том числе задач творческого характера.

Каждый из перечисленных видов самостоятельных работ играет в полнее определенную роль в формировании понятий.

Самостоятельная работа студентов подразумевает организацию самостоятельной познавательной деятельности [43].

В условия кредитной системы обучающийся занимается самообразованием, т.е. учится сам самостоятельно. Таким образом возрастает роль самостоятельной работы обучающегося, важность которой обусловлена переносом акцента на самостоятельную работу, которая формирует у обучающегося способности к самообразованию. И развитию, навыки свободного критического мышления.

При кредитной системе обучения преподаватель:

1) планирует и организует домашние задания для студентов;

2) объясняет студентам цели каждого домашнего задания, и методику оценки его результатов;

3) проводит консультации и осуществляет помощь студентам в выполнении домашних заданий;

4) проводит своевременную проверку домашних заданий и осуществляет с обучающимся обратную связь в виде поправок комментариев и оценок;

5) ведет точные записи выставленных студентам оценок.

Согласно правилам организации учебного процесса на основе кредитной технологии оценивание учебных достижений студентов проводится с использованием бально-рейтинговой системы.

Самостоятельная работа обучающегося (СРО) - это особый вид учебной деятельности обучающихся, направленный на самостоятельное выполнение дидактической задачи, формирование интереса познавательной деятельности и пополнение знаний в определенной отрасти науки. [258-267].

При кредитной системе обучения самостоятельная работа обучающегося подразделяется на самостоятельную работу, которую он выполняет полностью самостоятельно (время выполнения, форма выполнения, место продолжительности и др.) и на самостоятельную работу обучающегося под руководством преподавателя.

Методы самостоятельной работы и работы под руководством преподавателя выделяются на основе оценки меры самостоятельности студентов в выполнении учебной деятельности, а так же степени управления этой деятельностью со стороны преподавателя.

Самостоятельная работа выполняется:

1. По заданию преподавателя при опосредованном управлении им.

1.1 Работа по определенному перечню тем, отведенных на самостоятельное изучение, обеспеченных учебно-методической литературой и рекомендациями

1.2 Контролируемые задания в виде тестов, контрольных работ, коллоквиумов, рефератов, сочинений и отчетов

2. По собственной инициативе студентов без указаний преподавателя

Формы самостоятельной работы: работа с учебной и справочной литературой, выполнение сквозных и индивидуальных заданий по циклам дисциплин; разработка методических материалов по предмету; подготовка к лабораторным работам; самостоятельное изучение дисциплин.

Основные правила: самостоятельная работа нацелена на каждого студента; самостоятельная работа может проводиться в коллективных формах; ступень самостоятельности студентов при выполнении учебных заданий определяется творческим замыслом мыслительных операций, целесообразными методами эффективных решений.

Установление взаимосвязи СРО с различными формами организации учебного процесса предполагает:

1) четкое определение места СРО при изучении конкретных тем дисциплины;

2) направленность лекционных и семинарских (практических) занятий на СРО

3) правильный выбор формы и объема учебного материала;

4) наличие методических рекомендации и указаний по выполнению заданий;