Кинематика мен динамика заңдарын оқыту әдістемесі

Абай атындағы Шығыс Қазақстан гуманитарлық колледжінің физика пәні мұғалімі

Рақыметдолла Мәулітбек

Кинематика мен динамика заңдарын оқыту әдістемесі

«Физика» оқу пәні ретінде Қазақстан Республикасы жалпы орта білім берудің базистік оқу жоспарының мемлекеттік компонентін құраушылардың бірі болып табылады.

Жалпы білім беретін орта мектепте механика төрт бөлімнен тұрады: кинематика негіздері, динамика негіздері, сақталу заңдары, механикалық тербелістер мен толқындар.

Кинематикада бірқалыпты және бірқалыпты үдемелі қозғалыс, қисық сызықты қозғалысты және оның сипаттамаларын окып үйренеді. Негізгі ұғымдар: материялық нүкте, траектория, механикалық қозғалыс, орын ауыстыру және жол, санақ жүйесі, координата, жылдамдық, үдеу, период, жиілік, амплитуда, бұрыштық жылдамдық, бұрыштық үдеу, циклдік жиілік енгізіледі. Орын ауыстыру, жылдамдық, үдеу ұғымдарын қалыптастырған кезде басты назар, олардың векторлық шамалар екеніне көңіл аударылады. Дененің түзу сызықты қозғалысында жылдамдық және үдеу бip тузудің бойымен бағытталып, олар алгебралық түрде алып немесе қосылады. Ал, дене қисық сызықты қозғалғанда бұл шамалардың векторлық сипаттамасы толық ашылып қалыптастырылады[1].

Динамика бөлімінде денелердің өзара әcepi қарастырылып, алдымен Ньютонның біріншi заңын қарастырып, қозғалысты сипаттайтын негізгі динамикалық санақ жүйелерінің сипаттамалар масса, күш, инерциялық санақ жүйелері қалыптастырылады. Ньютонның екінші заңы масса, үдеу, күштің арасындағы тәуелділік беріледі. Егерде денеге бірнеше күш әсер етсе, дене сол қорытқы күштің әсерінен қозғалады. Ньютонның үшінші заңы - әсер және қарсы әсер заңы оқытылады. Механикада жалпыланған, практикада және экспериментте дәлелденген Ньютон заңдары негізгі заңдар болып табылады. Сондықтанда оларды алдымен тұжырымдап, содан кейін экспериментте жасап көрсетіледі[2].

Оқушыларды қазіргі заманғы ақпараттар ағымының жеделдеп артуымен техника дамуы жағдайындағы өмірге дайындауда және олардың дүниетанымын қалыптастыруда мектепте физиканы жалпы білім беретін пән ретінде зерделеудің үлкен мәні бар. Қоғам өмірінің барлық саласына дерлік компьютерлер енуде, денсаулық сақтау, тамақ өнеркәсібі, құрастыру, күрделі ғылыми, өндіріс, әскери құрал-жабдықтарды жасау мен өңдеу сияқты адам қызметінің көптеген салаларына үнемі өзгеру үстіндегі жаңа технологиялар қарқынды енгізілуде, көптеген мамандықтар лазерлермен, роботтармен байланысты. Сондықтан физика сияқты іргелі ғылымның негіздерімен қаруланудың оқушылар үшін шешуші мәні бар.

Механиканы зерделеу «Кинематика» таруымен басталады. Тақырыптың мазмұнын анықтау үшін біз, ең алдымен, механиканың негізгі міндетін басшылыққа алдық, оны жүзеге асыру үшін мынадай түсініктерді пайдалануымыз керек: механикалық қозғалыс және оның салыстырмалылы- ғы, материялық нүкте, санақ жйесі, орын ауыстыру, жылдамдық, үдеу, бірқалыпты және теңүдемелі қозғалыс, шеңбер бойымен қозғалыс, координаталық есептеу, вектордың оське проекциясы. Осы аталған ұғымдардың бәрі де физика оқулығының қарастылып отырған тақырыбында қамтылады.

Кинематиканың негізгі міндеті- қозғалыстағы дененің кез-келген уақыт мезетіндегі орнын анықтау, ол үшін оның бастапқы координаталары мен бастапқы уақыт мезетіндегі жылдамдығын білу керек. Кинематиканы баяндау бұл курста жүріп өтілген жол ұғымына емес, орын ауыстыру ұғымына негізделеді. Оқушылардың назарын жол мен орын ауыстыру ұғымдарының айырмашылығына аударту керек. Осы жерде олардың нүкте коорлинатасымен байланысы көрсетіледі[3].

Дене жылдамдығының өзгеруі туралы оның қозғалысының қандай да бір санақ жүйесіне қатысты қарастырғанда ғана айта аламыз: «Ондай инерция заңы барлық санақ жүйелерінде орындала ма?» деген сұрақ туады.

Инерция заңы орындалмайтын санақ жүйелері болады екен. Мұндай санақ жүйелерінде дененің қозғалыс жылдамдығы өзара әрекеттесуден ғана емес, сол жүйенің үнемі қозғалысынан да туындай алады. Ондай санақ жүйелері инерциялық емес санақ жүйелері деп аталады[4].

Бұл үшін кенет тежелген пойыз вагоны ішіндегі жолаушыға назар аударайық. Пойыздың қозғалысы кезінде вагонға қатысты қозғалмай отырған жолаушы ол тежелген кезде оны әлдене вагонның қозғалыс бағытында қозғалуға мәжбүр еткендей болады. Өзінің орнында қалуы үшін жолаушыға әрекет етуге тура келеді. Тежелген пойызбен байланысқан санақ жүйесіндегі жолаушыға бұл үдеуді тудыратын басқа денелердің әрекеті болмаса да, оның үдемелі қозғалысы байқалады. Бұл вагонмен байланысқан санақ жүйесінде Ньютонның бірінші заңының орындамайтынын көрсетеді.

Сонымен, Ньютонның бірінші заңы инерциялық санақ жүйесі деп аталатын жаңа ұғымды енгізуге мүмкіндік береді.

Денеге басқа денелер әрекет етпегенде немесе олардың әрекеті теңгерілгенде, дене бірқалыпты және түзусызықты қозғалатын (немесе тыныштық күйін сақтайтын) санақ жүйесі инерциялық санақ жүйесі ретінде алынады.

Механиканың ең маңызды принциптерінің қатарына алғаш рет Г.Галилей тұжырымдаған салыстырмалылық принципі жатады. Кейінірек И.Ньютон оны механиканың басқа заңдарының жүйесіне енгізді. XX ғасырдың басында А.Эйнштейн осы принцип негізінде салыстырмалылықтың жаңа теориясын қалады [5].

Галилейдің салыстырмалылық принципіне сәйкес барлық инерциялық санақ жүйелеріндегі механкалық құбылыстар бірдей жүреді. Басқаша айтқанда, барлық инерциялық санақ жүйелері бірдей құқылы.

Салыстырмалылық принципі барлық инерциялық санақ жүйелерінде механикалық құбылыстардың бірдей жүріп жататынын тұжырымдайды, бірақ бұдан бұл жүйелердегі барлық механикалық шамалар тең болады деп ұйғара алмаймыз. Мысалы, құлап келе жатқан доптың жерге және қозғалып келе жатқан машинаға қатысты траекториялары әр түрлі болады. Сол сияқты ұшып бара жатқан құстың «өзен жағасы» санақ жүйесінде өлшенген жылдамдығы өзенде ағып бара жатқан «сал» жүйесінде өлшенген жылдамдықтан ерекшеленеді. Бірақ біз жылдамдықты шын, ал екіншісін жалған деп айта алмаймыз. Өйткені бір санақ жүйесінен екінші бір санақ жүйесіне ауысқанда дененің жылдамдығы, оның орын ауыстыруы, тіпті траекториясы сияқты қозғалысты сипаттайтын шамалардың өзгеруі мүмкін. Алайда бұл инерциялық санақ жүйелеріндегі қозғалыс заңдары өзгермейді.

Мектепте кинематиканы оқытудың жаңа технологиялық жүйесі – мұғалім басқарушы ретінде, ал оқушы мұғаліммен тең дәрежелі орындаушы ретінде қалыптасқан жүйе. Сонымен қоса жаңа технологиялық жүйеде кинематика тарауын оқытуда жаңа технологиялар мен жаңа идеялар қолданылады, жоспарлы түрде өту. Қазіргі таңда еліміздің көптеген мектептері кинематиканы оқытуда жаңа технологиялық білім беру жүйесін қолданады. Жаңа технологиялық оқыту жүйесінің үлкен артықшылығы уақыттың тиімді жұмсалуы мен жаңа технологиялардың пайдаланылуын атап айтсақ болады[6].

Ал енді осы кинематика тарауын оқытуда жаңа технологиялық жүйесін қолдану туралы толығырақ айтатын болсақ. Кинематикада қозғалыстарды суреттеудің әр түрлі жолдары бар

«Үдеу, Тангенциал және нормаль үдеулер» тақырыбы бойынша сабақ өтудің жаңа технологиялық моделін құрайық.

1 кезең – Жаңа тақырыпқа анықтама беру.

Ол үшін үдеуге анықтама беріп кетеміз және де оқушылар үдеудің не екенін түсіну үшін анимациялық ролик көрсетеміз.

Үдеу

1-сурет. Үдеуге түсіндірме.

Мұндағы - үдеу, Үдеу дегеніміз нүктенің жылдамдығының мәні мен бағытының өзгеруін сипаттайтын векторлық шама. Формуласы: .

2-сурет. Тангенциал және нормаль үдеулер.

Мұндағы , .Тангенциал үдеу – нүктенің траекториясына жанама бойымен бағытталған нүкте үдеуінің кұраушысы. Формуласы: . Нормаль үдеу– шеңбер радиусының бойымен, оның орталығына бағытталған, шеңбер бойымен қозғалатын нүкте үдеуінің құраушысы.Формуласы: Осылайша үдеу, тангенциал үдеу, нормаль үдеулерге анықтама беріп, анимация арқылы түсіндіреміз, бұл оқушының есте сақтау қабілетін жақсартады. Ал ендігі кезекте оқушыларға есепті тест түрінде береміз, жалпы тест 10 сұрақтан тұратын болады. Әрбір сұрақтың сәйкесінше 5 жауабы болады. Оқушы есепті парақта шығарып дұрыс жауапты белгілейді, сонда компьютер бірден неше сұраққа дұрыс жауап бергенін шығарып беретін болады. Бұл арқылы уақытты үнемдеуге болады. Және де оқушылар барлық есепті өз бетінше шығаратын болады, яғни көшіру ықтималдылығы азаяды. [7].

2 кезең – Үлгі мысал есеп шығарып түсіндіру.

Радиусы дискі тыныштық күйден тұрақты бұрыштық үдеумен айнала бастады. Айналыс басынан уақыт өткен кездегі дискі шеңберіндегі нүктелердің толық, нормаль (центрге тартқыш) және тангенциаль (жанама) үдеулері қандай?

Шешуі:

Ж анама үдеу

.

Центрге тартқыш үдеу

,

мұндағы ω – бұрыштық жылдамдық.. Дене тыныштық қалыптан айналғандықтан ( ), онда

. . .

Толық үдеу

; .

Толық үдеу бұрышпен жылдамдық векторына бағытталған.

; ; . .

Қорыта келген біз жаңа технологияларды физика пәнінің кинематика тарауын оқытуда қолдану арқылы төмендегідей нәтиже ала аламыз.

• оқушының оқуға деген қызығушылығының артуы;

• іскерлік дағдысының дамуы;

• өзіне деген сенімнің қалыптасуы;

• өздігінен оқып, түйінді мәселелерді іріктеп алу, сызба, моделін құрастыру.

• мақсатқа өз бетімен ұмтылуы;

• ойлау белсенділігі, тапқырлығы, шешім қабылдау әрекетінің дамуы,

өзіндік пікір айтуы [8].

Физика пәнінің жетістіктері өндірістің түрлі салаларына терең енгізілуі ғылым мен техниканың әрі қарай дамуының негізі болып табылады. Табиғаттағы материяның түрлі қозғалыс заңдарын зерттегендіктен физика жаратылстануда жетекші роль ойнайды. Физика техниканың негізі болғандықтан орта мектепте физиканы оқушыларға терең оқыту өте қажет.

Физика сабақтарында оқушыларды техниканың түрлі салаларымен таныстыру мүмкіншілігі туады. Бұл пәнді оқып үйрену арқылы оқушылар табиғаттағы көптеген құбылыстармен және оларға берілген ғылыми түсініктермен танысады.

Бүгінгі күндегі ғылыми-техникалық прогресс физиканың механика бөлімі заңдарына негізделінеді. Сондықтан оқушылардың механикалық заңдарды, кинематикалық шамаларды оқып үйрену өзекті мәселе болып есептелінеді.

Орта мектептің VІI-IX сыныптарында физика пәнін оқытудың төмендегідей негізгі мақсаты мен міндеттері болуы керек:

1. Оқушыларды техниканың дамуындағы пәннің орны және физиканың даму тарихымен таныстыру.

2. Оқушыларға политехникалық білім беруді ұйымдастыру.

3. Пәннің бастапқы білімдер түсініктемелері жүйесімен оқушыларды таныстыру.

4. Пән бойынша ғылыми-зерттеу әдістеріне түсініктемелер беру.

5. Оқушылардың пән бойынша ой-өрісін қалыптастырып дамыту.

Оқушылардың ақыл-ойын қаракет үстінде дамытудың сыннан өткен амалдардың бірі олардың өздігімен есеп шығаруы, практикалық тәжірибелер жасауы болып табылады. Осыған орай «кинематика мен динамика» бөлімдерін оқытудағы қиыншылықтарды айту керек.

Табиғаттың жалпы заңдылықтары туралы ғылым ретіндегі физика мектепте оқу пәні ретінде қоршаған дүние туралы білімдер жүйесіне едәуір (үлкен немесе мол) үлес қосады. Ол қоғамның экономикалық және мәдени дамуындағы ғылымның рөлін ашуға, қазіргі заманғы ғылыми көзқарастың қалыптасуына себептеседі.

Бұған қазіргі материалы өте қиын және кемшілігі мол оқулықтар кінәлі. Ал физиканың өзі жоғары сыныптарға өту барысында түсініксіз, қызықты емес пәнге айналды. Осы қызық және қажетті, бірақ қиын пәнді балалар жақсы көріп, қажетті екенін түсінуіне қандай жағдай жасау керек? Білім беру ісін ізгілендіру туралы жиі айтылуда. Бұл көкейкесті мәселе. Бұл сұрақтың шешімін табу мақсатында мен ғылыми жұмысымда қызығушылықты арттыру әдістемелерін ұсынып отырмын. 

Мектептегі физика курсының кинематика және динамика тарауын оқыту және тәрбиелеу теориясы мен әдістемесінің жалпы және жеке мәселелері қарастырылған. Әдістемелік жағынан әр сабақты оқыту әдістемесін беру емес, негізгі материалды оқып-үйрену әдістемесіне көңіл бөлінеді. Болашақ мұғалім мектептегі физика курсының мазмұны мен құрылымын білуі, білім беру және тәрбиелеудің міндеттерін түсініп, әр түрлі әдістемелік әдіс-тәсілдерді ескере отырып, курстың негізгі сұрақтарын дамыта оқыту әдісін қолдана білуі қажет.

Пайдаланған әдебиеттер тізімі

1. Бабанский Ю.К. Методы обучения в современной общеобразовательной школе. - Москва: Просвещение, 1985. - 208 с.

2. Теория и методика обучения физики в школе / Под ред. С.М. Камеиецкого. М.: Академия, 2000. Ч. 2. С.90-132.

3. Қарамурзин А. Физиканы мектепте оқытудың кейбір мәселелері. Алматы: Мектеп.-1984.- 54бет.

4. МПФ в 8-10 классах ср. школы. Ч. 2. / Под ред. В.П.Орехова, АВ.Усовой. М.: Просвещение (БУФ), 1980. Гл.1-3. С.8-39.

5. Научные основы школьного курса физики / Под ред. С.Я. Шамаша, Э.Е. Эвенчик. М.: Педагогика, 1985. Ч. II. С68-ИО.

6. Педагогика. Учебное пособие для студентов педагогических вузов и педагогических колледжей / Под. Ред. П.И. Пидкасистого. - М: Педаг. Общество, 1998. - 640 с.

7. Шамало Т.Н. Учебный эксперимент в процессе формирования физических понятий. –Москва: Просвещение, 1986.-95 с.

8. Сейітқалиева К.М. Оқушыларды шығармашылық іс-әрекеттерге үйрету мәселелері. //ИФМ. − №2. − 1998. −23-25 б.

9. Сариева А.К. Об активизации познавательной деятельности учащихся. Сборник научных трудов. «Социально гуманитарные исследования: состояние, проблемы, перспективы». − Алматы. − 1997. − С63-65.

10. Әлімбеков Б. Некоторые вопросы активизации познавательной активности учащихся.//Ізденіс-Поиск. − Алматы. −№6. − 1997. − С41-43.