РАЗВИТИЕ ПОЗНАВАТЕЛЬНОЙ АКТИВНОСТИ СТУДЕНТОВ ПРИ ИЗУЧЕНИИ КУРСА ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ

В педвузах мы готовим будущих учителей, и излагаемый им курс теоретической физики должен обладать определенным своеобразием, которое накладывает на его преподавателей особую ответственность. Для будущих учителей физики теоретическая физика достаточно сложный предмет. Мы считаем, что преподавание этого курса в классическом университете и педагогическом вузе должно отличаться. Это не значит, что курс надо излагать в упрощенном варианте, но там, где это возможно мы показываем связь со школьным курсом физики, делая упор на физическую сущность явления, а не на математическую составляющую этого явления.

Познавательную активность необходимо воспитывать в вузе, это способствует осуществлению идеи о непрерывном образовании и самообразовании студентов после окончания ими вуза и работы в школе. Студент осмысливает и делает своим достижением только тот материал, при изучении которого он проявляет интерес, испытывает умственное напряжение. Поэтому большое значение приобретает ориентация студентов на решение проблемных ситуаций при изучении курса теоретической физики. Одно из ведущих профессиональных качеств педагога – это знания. Профессионально-педагогическая направленность в обучении, прежде всего, должна выражаться в повышении качества знаний студентов, в том, чтобы будущий учитель, опираясь на полученные знания, мог качественно повысить уровень преподавания физики в школе. Для этого необходимо, чтобы студент не формально изучал курс физики, а разбирался в физической сущности изучаемых явлений и эффектов.

Мы предлагаем на лекциях и семинарских занятиях по теоретической физике сосредоточить особое внимание на анализе тех понятий и проблем, восприятие которых вызывает особое затруднение. Лектор в своей работе использует метод, когда материал преподносится в виде серии проблем, разбор которых проводится с активным участием студентов. Проблемные ситуации следует преподносить в той исторической форме, в которой они возникали. Следует «провести» студентов через проблемы, волновавшие лучшие умы человечества, показать ход их мыслей, не только демонстрируя конечный результат,  получившийся после многих лет труда и сотен неудачных попыток. Причина плодотворности проблемного метода состоит в том, что он стимулирует активность студентов и возбуждает интерес к изучаемому предмету. На первой стадии студент только сопереживает, старается молча понять возникающие трудности и радости. Но затем начинается соучастие, появляются вопросы и возражения, возникают споры, и, наконец, наступает момент, когда к студенту приходят собственные мысли и определяются задачи для самостоятельного решения. Это говорит о том, что данный метод студент в итоге возьмет на вооружение, когда придет в школу.

Не менее важен в профессионально-педагогической направленности и метод анализа парадоксов, когда явления, выводы, факты, возникающие в результате размышлений по осмыслению накопленных знаний, вызывают удивление или поражают своей необычностью.

Проблема качества обучения тесно связана с совершенствованием методов обучения и с поиском новых путей формирования у студентов знаний при изучении курса теоретической физики. Например, раздел электростатики – один из важнейших разделов физики, так как в нем закладываются такие фундаментальные понятия, как поле с его характеристиками (напряженность, потенциал), связь поля с зарядами и другие, которые пронизывают весь последующий курс электродинамики. Анализ знаний студентов показывает, что этот раздел усваивается зачастую формально и, следовательно, неглубоко, некачественно. Так, например, студенты хорошо знают основные законы и формулы электростатики (90%), но применяя эти знания для решения задач, испытывают трудности. Причина такого формального усвоения, по- нашему мнению кроется в недостаточности и логической разобщенности материала.

Опишем проблемный подход к изучению ряда тем курса электродинамики на примере темы «Напряженность электростатического поля. Теорема Гаусса».

Важнейшей количественной характеристикой электростатического поля является векторная величина – напряженность  , равная силе с которой поле действует на единичный заряд, находящийся в рассматриваемой точке. Электростатические поля подчиняются принципу суперпозиции, согласно которому поле , создаваемое несколькими зарядами q_1, q₂… равно геометрической сумме полей ₁ , ₂ … порождаемых каждым зарядом в отдельности:  = å _i. Из этого принципа вытекает очень важная для количественной характеристики взаимосвязь напряженности  электрического поля с породившими это поле  зарядами q— теорема Гаусса: Поток электрической напряженности N =∫∫E_ndS  через произвольную замкнутую поверхность не зависит от формы и размеров последней, от наличия вне ее электрических зарядов и равна в системе СГСЭ произведению 4π на алгебраическую сумму зарядов q_i, находящихся внутри этой поверхности:

N =∫∫E_ndS = 4π∑q_i                   ( 1)

Внимательное рассмотрение этой теоремы у студентов вызывает определенное недоумение. Ведь если внутри поверхности как-то переместить содержащиеся там заряды, раздробить их или, наоборот, склеить их, то напряженность поля  в любых точках внутри или вне поверхности существенно изменится, почему же поток напряженности вектора  через данную поверхность остается неизменным, равным правой части формулы (1)?

Это действительно удивительное свойство электрического потока через замкнутую поверхность. Данный факт, как показывают специальные математические исследования, является следствием того, что напряженность поля точечных зарядов уменьшается с расстоянием r между рассматриваемой точкой и зарядом строго по закону обратной пропорциональности 1/r² .

Необходимо пояснить этот факт студентам следующим примером: пусть заряд q окружен двумя сферами радиусами r₁ и r₂= 2r_1.  Напряженности электрического поля в точках первой сферы равны  Е₁₌ q/r₁² , à в точках второй сферы  Е=q/r₂²=q/4r₁²  т.е. напряженности на второй сфере вчетверо меньше напряженности на первой сфере  Е₂= Е₁

Определим теперь потоки напряженности N через эти поверхности. По определению N₁= E₁S₁ и  N₂= E₂S₂ , где S₁ и S₂ – площади сфер. Как известно из геометрии, S₁= 4πr₁² ;  S₂ = 4πr₂²= 16πr₁² , т.е. площадь S₂ второй сферы больше площади первой в 4 раза.

Поскольку  N₁ = =4πq   и   N₂= = 4πq

Заключаем, что потоки напряженности через каждую из сфер одинаковы N₁ = N₂ в полном соответствии с теоремой Гаусса.

Другая замечательная особенность теоремы Гаусса, вытекающая из выведенного для неподвижных зарядов закона Кулона, заключается в том, что она верна не только для неподвижных, но и для движущихся зарядов. Тем самым теорема Гаусса представляет собой весьма общий закон теории электромагнитного поля. В заключении обобщим теорему Гаусса, математически выражающуюся формулой (1), на случай, когда создавшие электростатическое поле заряды распределены непрерывно в ограниченном поверхностью S объеме V с плотностью ρ = . Тогда, как легко видеть, выражение теоремы Гаусса принимает вид:

N =                             (2)

Как известно из вузовских учебников по электродинамике, основными дифференциальными уравнениями электромагнитного поля являются четыре уравнения Максвелла, определяющие две производные электрического поля

div  и rot и две производные магнитного поля   div   и rot . Однако, чтобы студент мог сознательно и свободно использовать эти уравнения для решения конкретных физических задач, он должен четко и ясно представлять себе смысл указанных производных.

К сожалению, в большинстве вузовских учебниках по электродинамике подробного разъяснения сущности операции div и  rot не дается. Вследствие этого большинство студентов используют и применяют эти операции формально, часто не понимая глубоко физического смысла полученного результата.

Поэтому мы считаем, что преподавателям курса электродинамики необходимо уделить серьезное внимание выяснению аналитической сущности производных векторного поля. Будущим учителям необходимо раскрывать физический смысл математических операций.

 Список литературы:

1.Савельев И.В. Курс общей физики: в 5 кн. Кн. 2. Электричество и магнетизм [Текст] /И.В.Савельев.М.:Астрель:АСТ, 2005.-336 с.

2.Сивухин Д.В. Общий курс физики: в 5 т. Том 3: Электричество [Текст]/Д.В.Сивухин.М.:ФизМатЛит,2006.- 543 с.[schema type=»book» name=»РАЗВИТИЕ ПОЗНАВАТЕЛЬНОЙ АКТИВНОСТИ СТУДЕНТОВ ПРИ ИЗУЧЕНИИ КУРСА ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ» description=»В статье предлагается своеобразная методика изложения некоторых во-просов теоретической физики, раскрывающая перед студентами всю глубину и многогранность этого курса. Одним из эффективных средств побуждения студентов к активной деятельности по усвоению содержания лекций является создание проблемной ситуации, совместная формулировка проблемы и поиск путей ее решения. В статье предлагаются пути повышения эффективности преподавания курса теоретической физики, используя творческие и исследовательские задания, которые могут сконструировать преподаватели и студенты.» author=»Холодова Светлана Николаевна» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2016-12-29″ edition=»euroasia-science.ru_26-27.02.2016_2(23)» ebook=»yes» ]