Орта мектепте молекулалық физика бөлімін оқыту әдістемесін жетілдіру

КІРІСПЕ

Қазақстан Республикасы  білім беру стандартының, базистік оқу жоспарының қабылдануы пәнді оқыту мазмұнына, құрылымына, әдістемесіне елеулі өзгерістердің енгізілуін талап етеді. Қазіргі кезде физиканы оқытуда оқушылардың болашақта қандай мамандықты таңдап алуына тәуелсіз, олардың пән бойынша міндетті дайындық деңгейін қамтамасыз ету физиканы оқытудың өзекті міндеттерінің бірінен саналады. Ал физикалық білім берудің ерекшелігіне әрбір оқушының, оның ішінде пәнге ерекше ықылас пен қабілеттілік байқатқан оқушылардың қажеттілігін қанағаттандыруға мүмкіндік туғызатын оқытудың деңгейлік және бағдарлы саралауға бағытталуын жатқызуға болады[2].

Физиканың жаратылыстану ғылымдары жүйесіндегі жетекші рөлі, жалпы адамзаттық мәдениеттің маңызды құраушысы ретіндегі ауқымды гуманитарлық потенциалының болуы, сондай-ақ оның оқушыларды тәрбиелеу мен дамытудағы мүмкіндіктері физиканы мектепте жалпы білім беретін міндетті пән ретінде оқытылуы тиіс екендігін көрсетеді.

Бүгінгі таңда еліміздегі және әлем кеңістігіндегі физикалық білім берудің басым бағыттары ретінде:

• оқушыларды іргелі физикалық теориялардың негіздерімен таныстыру, игерілген білімдерін бақыланатын құбылыстар мен процестерді түсіндіруге қолдана алу біліктілігін қалыптастыру;

• оқушылардың ғылыми ойлауын және дүниетанымын, әлемнің ғылыми бейнесін қалыптастыру;

• оқушыларды болашақ кәсіпті таңдап алуға дайындау, олардың шығармашылық қабілеттіліктерін дамыту, білім алуға ынталандыру, қазіргі заманғы өркениеттегі физиканың рөлін ашу;

• оқушылардың ақпаратты сын көзімен ой елегінен өткізе алу, түсіндіре алу, түрлендіре алу, игеру, оның ғылыми сапасын бағалай алу сияқты қабілеттіліктерін дамыту болып табылады.

Физиканың білім берудің бұл мақсаттарына жетудегі мүмкіндіктері жеткілікті, ол оның қоршаған ортаны, қоғам өмірінің әлеуметтік-экономикалық және мәдени өмірін танып-білудегі мәнімен анықталады.

Қазақстан Республикасы 2015жылға дейінгі білім берудің дамуы тұжырымдамасына, білім беру стандартына сәйкес барлық оқушылар үшін негізгі мектеп міндетті болып табылатындықтан, физика курсының логикалық межеде аяқтағандық сипаты болады, яғни оған физиканың «Механика» бөлімінен бастап, атомдық және атом ядросы физикасына дейінгі бөлімдер, сондай-ақ астрономияның негіздері де кіреді. Сондықтан негізгі мектепте қарастырылатын физикалық теориялар мен ұғымдардың аясы да кеңейе түседі.

Физика – жеке тұлғаның ақыл-ой қабілетінің көзін ашу және оның үздіксіз дамуы мен жетілуін қамтамасыз ететін пәннің бірі. Бірақ, қазір техниканың өрлеу кезеңінде физика пәнінің мұғалімдері оқушылардың пәнге деген қызығушылығының төмендегенін айқындайды.

Орта мектептегі молекулалық физика бөлімі төмендегідей тарауларды қарастырады:

- Ішкі энергия

- Заттың агрегаттық күйлерінің өзгеруі.

- Жылу машиналары

- Молекулалы-кинетикалық теорияның негіздері

- Термодинамика негіздері

- Жылу құбылыстар және оларды зерттеу әдістері

- Сұйықтар мен газдардың қасиеттері

- Қатты денелердің механикалық қасиеттері

Әрбір мұғалімнің негізгі мақсаты – сабақ сапасын көтеру, түрін жетілдіру, оқушылардың сабаққа деген қызығушылығын арттыру, олардың ізденуін, танымын қалыптастыру. Осыған орай жаңа экономикалық және әлеуметтік-мәдени жағдайларда Қазақстандық білім беру жүйесінің алдында тұрған білім беру сапаларын арттыруға, стратегиялық міндеттерді шешуге бағытталған түбегейлі қайта өзгертулер педагогикалық үрдіске жаңа талаптар жүктейді.

І. ЖАЛПЫ БІЛІМ БЕРЕТІН ОРТА МЕКТЕПТЕ МОЛЕКУЛАЛЫҚ ФИЗИКА БӨЛІМІН ОҚЫТУ ӘДІСТЕМЕСІ

1.1. Молекулалық физика тарауының мазмұны

Молекулалық физика" бөлімін оқып-үйренудің үлкен білім аларлық маңызы бар. Оқушылардың негізгі мектептің 7-9 сыныптарда алган бастапқы қарапайым мәліметтері (заттың қүрылысы және қасиеттері, жылулық құбылыстары және т.б.) бағдарлы мектепте бөлімді оқыту кезінде қайталанады және оқушылар үшін жаңа мәліметтермен толықтырылады. Бұл бөлімде қарастырылатын негізгі ұғымдар мен шамалар молекуланың өлшемін, жылдамдығын, массасын өлшеудегі әдістер, заттың мөлшері және мольдік масса, оның олшем бірлігі, бөлшектің концентрациясы, бөлшектің орташа квадраттық жылдамдығы, бөлшектің орташа кинетикалық энергиясы, термодинамикалық жүйе, жылулық тепе-теңдік, күй параметрлері, қысым, кәлем, температура, жүмыс, жылу мөлшері, ішкі энергия. Негізінен жоғарғы сыныптағы молекулалық физика бөлімінде газдардың молекула-кинетикалық теориясының негізгі теңдеуімен, термодииамикамен (жылулық құбылыстарды макроскопиялық деңгейде түсіндіретін) және төменгі сыныптарға қарағанда тереңірек газдардың, сұйықтардың және қатты денелердің қасиетгерімен танысады. Молекулалық физика бөліміндегі қүбылыстар: диффузия, жылу сыйымдылық, тұтқырлық, броундық қозғалыс, жылулықтепе-теңдік, заттың агрегаттық күйлерінің өзгеруі. Механика бөлімінен кейін молекулалық физика бөлімін оқудың өзінде үлкен бір мән жатыр. Ойткені бұл бөлімде оқушылар механикадағы қозғалыстан ерекше қозғалыспен танысады.

Молекулалық физика бөлімін оқытуда мұғалімнің негізгі мақсаты жылулық қозғалыстың механикалық қозғалыстан айырмашылығын түсіндіру кезінде динамика заңдарының қолдану шегін айқындау және де оқушыларды жылулық құбылыстар мен процестерді қарастыратын статистикалық және термодинамикалық әдістермен таныстыру. Бүл екі әдіс бір дененің күйін әр түрлі жолмен түсіндіргендіктен бірін-бірі толықтырады. Осыған байланысты мұғалім температура, ішкі энергия, идеал газ т.б. үғымдарды термодинамикалық және статистикалық тұрғьдан олардың мазмүнын аша білуі керек. Физиканың қазіргі бағдарламасына сәйкес "Молекулалық физика" тарауын бағдарлы мектепте оқытуға берілген сағат мөлшері 5-кестеде көрсетілген. Кестеде міндетті түрде өткізілетін зертханалық жұмыстар мен корсетілімдер берілген.

5-кесте

Жалпы білім беретін бағдарлы мектептегі «Молекулалық физика» бөліміндегі тақырыптар, зертханалық жүмыстар және көрсетілімдер

Жаратылыстану-математика бағдарлы мектеп

Қоғамдық-гуманитарлық бағдарлы мектеп

Молекула-кинетикалық теория негіздері (20 сағ) 1. Молекулалардың массасы мен өлшемі. 2. МКТ негізгі қағидалары. МКТ негізінде жатқан теориялар. 3. Газдың қасиеттері. Газдардың техникада қолданылуы. 4. Идеал газ. Идеал газдың қысымы. 5. Температура және оны өлшеу тәсілдері. Абсолюттік нөл. (Максвелл тараулары). 6. Идеал газ күйінің теңдеуі. 7. Газдардағы изопроцестер. (Реал газдар. Ван-дер-Ваальс теңдеуі). 8. Бақылау жұмысы. 9. Булану және конденсация. 10. Қаныққан және қанықпаған бу. 11. Салыстырмалы ылғалдылық. 12. Сұйықтың беттік қасиеттері. 13. Капиллярлық құбылыстар. 14. Кристалл және аморф денелер. (Қатты денелердің механикалық қасиеттері). 15. Табиғаттағы кристалдар. Кристалдар және өмір. (Кристалдар және қолдану. Сұйық кристалдар). 16. Тесттік бақылау жұмысы. Термодинамика негіздері (6 сағ) 1. Идеал газдың ішкі энергиясы. 2. Термодинамиканың бірінші заңы. Изопроцестерге термодинамиканың бірінші заңын қолдану. (Адиабаттық процесс. Пуассон теңдеуі. Бұлттардың пайда болуы. Жауын шашындар). 3. Термодинамиканың екінші заңы және оның статикалық мағынасы. 4. Жылу машиналары және табиғатты қорғау. 5. Молекулалық физика бөлімін жалпылап қайталау. 6. Бақылау жұмысы. Зертханалық жұмыстар Изопроцестерді зерделеу. 1. Заттардың меншікті жылу сыйымдылығын өлшеу. 2. Газдың қысымын өлшеу. 3. Беттік керілу коэффициентін анықтау. Көрсетілімдер 1. Денелердің ішкі энергиясының жұмыс істеу және жылу берілу кезіндегі өзгеруі. 2. Газ заңдары. 3. Сұйықтардың қайнау температурасының тұрақтылығы. 4. Судың төменгі қысымда қайнауы. 5. Ауаның ылғалдылығын өлшеу. 6. Кристалдар. 7. Сұйықтардағы беттік керілу. Сабын көпіршіктері. 8. Кристалл денелердің балқуы және қатаюы. 9. Адиабаттық ұлғаю және сығылу кезіндегі ауаның температурасын өлшеу. 10. Карбюраторлық қозғалтқыш моделі. 11. Гигрометр.

Молекула-кинетикалық теория негіздері (9 сағ) 1. Молекулалардың массасы мен өлшемі. 2. МКТ негізгі қағидалары. Броундық қозғалыс. 3. Идеал газ. 4. Газдың кинетикалық теориясының негізгі теңдеуі. 5. Газ заңдары. Газдардағы изопроцестер. 6. Идеал газ күйінің теңдеуі. 7. Жылу табиғаты. Жылулық тепе-теңдік. Температура жылулық қозғалыстың орташа энергиясының өлшемі ретінде. 8. Термометр түрлері. Термометрді жасаудың тарихы. 9. Бақылау жұмысы. Термодинамика негіздері (6 сағ) 1. Ішкі энергия. Термодинамикалық процесс. 2. Термодинамиканың бірінші заңы. 3. Термодинамиканың екінші заңы. Табиғаттағы процестердің қайтымсыздығы. 4. Жылу қозғалтқыштары. Жылу машиналары және экология. 5. Тесттік бақылау жұмысы. 6. «Молекулалық физика» бөлімін жалпылап қайталау. Зертханалық жұмыстар 1. Металдың жылу сыйымдылығын анықтау. Көрсетілімдер 1. Броундық қозғалыстың механикалық моделі. 2. Диффузияны бақылау. 3. Судың төменгі қысымда қайнауы. 4. Газ заңдары.

1.1.1. Молекула-кинетикалық теория (МКТ)негіздерін оқыту әдістемесі

1. Молекула-кинстикалық теорияның псгізгі қағидалары. Молекулалардың өлшемдері. Броундық қозғалыс.

Оқушылардың 7-9 сыныптағы физика және 8-9 сыныптағы химия курсынан алған білімдерін негізге ала отырып МКТ негіздерін оқытуды заттың қүрылысынан бастаған дұрыс. Оқушылар молекула және атомның құрылысы, элементар бөлшектер (протон, нейтрон, электрон және т.б.) жөніндегі алғашқы мағлұматтарына сүйене отырып, зат дегеніміз бөлшектерден тұратынын және ол материяның бір түрі екенін анықтаймыз. Оқушыларға молекула, атом, ион, атом ядросы, элементар бөлшектер (протон, нейтрон, электрон жәнет.б.) заттың әр түрлі құрылымдық формасы екенін түсіндіру керек. Өйткені көптеген оқушылар зат дегеніміз тек молекуладан ғана құралады деп есептейді, бірақ бұл қате.

Зат қүрылысының МКТ негізі ретінде әрқайсысы тәжірибе жүзінде дәлелденген үш қағида алынады: 1) зат ұсақ бөлшектерден тұрады; 2) бұл бөлшектер бір-бірімен өзара әсерлеседі; 3) бөлшектер үнемі қозғалыста болады.

XIXғасырдың аяғында көптеген ғалымдар молекула мен атомның нақты бар екеніне күмән келтіреді. Мысалы, Людвиг Оствальд былай дейді: «Атом мен молекула тек кітапхана шаңдарында ғана болады».

Бөлшектердің екі түрін молекула (корпускула) мен атом (элемент) анықтаған алғащқы ғалым М.В.Ломоносов (1711-1765ж.) екенін оқушылардың есіне түсіріп айта кеткен жөн. Оның болжамы бойынша корпускула біртекті және әртекті болып бөлінеді. Және де М.В-Ломоносов жылуды затты құрап тұрған бөлшектердің айнымалы қозғалысы ретінде қарастырады.

МКТ негіздері тақырыбындағы негізгі үғым молекула үғымы оны оқушылардың түсінуінің қиындығы сонда бұл бар нәрсе, бірақ оны қарапайым түрде бақылауға болмайды. Сондықтан да мұғалім оқушыларға бар екенін, оны танып білуге болатынын дәлелдеп шығуы тиіс.

Негізінен молекулалардың бар болуының шындығына көз жеткізу үшін олардың өлшемдерін анықтайтын және олардың қозғалыста болатынын дәлелдейтін классикалық тәжірибелерге көбірек көңіл бөліп оқытқан жөн.

1) Молекулалардың өлшемін ең алғаш рет Рэллейдің жасағантәжірибесінен көруге болады: Мұнда үлкен ыдысқа құйылған зәйтүн майының жайылуын қарастырып молекуланың диаметрі анықталады.

2)Молекулалардың массасын француз ғалымы Ж.Пэрреннің (1870 -1943 ж.) жасаған тәжірибесінен анықтауға болады (суда шайыр тамшысы ауадағы молекулар сияқты қозғалыста болады). Перрен 0, 0001 см эмульсия қабатындағы шайыр тамшыларының санынмикроскоп арқылы санаған биіктікте ыдыс түбімен салыстырғанда тамшылар саны екі есеге азайған. Осы заңдылықты ауадағы оттегі молекулаларына қолданып, оттегі молекуласының массасын анықтады.

Мүнда шайырдың бір тамшысының массасы. атмосфераның биіктігі. Шамалардың мәндерінде оттегімолекуласыпың массасы екендігін есептеп тапқан. Қазіргі кездс молекуланың массасы өте дәлдікпен анықталған. Мысалы, оттегі молскуласының массасы , сутегі молскуласының массасы .

3) Молекуланың жылдамдығын Штерн 1920 жылы анықтаған. Молекула 1 секундта 500 метр жер жүреді. Штерн тәжірибесінің үлгісін "Айналмалы диск" арқылы көрсетуге болады.

4) Зат молшсрі үғымдары енгізіліп, формуласы беріледі. ; және ; Ммольдік масса. БХБЖ зат мөлшері мольменөрнектеледі. Бір моль бұл массасы 0,012 кг көміртегіндегі қанша атом болса, сонша молекуласы немесе атомы бар заттың мөлшері. Кез келген затгың 1 моліндегі атомдар, иондар немесе молекулалар саны бірдей. Бір молдегі атомдар саны деп белгілейді және оны итальян ғалымы (XIX ғасыр) құрметіне Авагадро түрақтысы деп аталады және тең.

5) Заттың молдік массасы деп бір мольдің мөлшерінде алынған заттың массасын айтамыз. Ал . - заттың массасы.

Мольдік масса былай анықталады: , мұндағы - заттың салыстырмалы массасы. Заттағы молекулалар саны мынаформулалармен анықталады .

Молекулалардың қозғалыста болатынын Броунның (ағылшын ботанигі) бақылауларын айта отырып түсіндіру керек. Ол кезде Броундық қозғалысқа дұрыс түсініктеме берілмеген еді, тек 80 жылдан кейін А.Эйнштейн (1905 ж.) және М. Смолуховский (1909 ж.) теория жүзінде түсіндірді, ал Ж. Перрен эксперимент жүзіндедәлелдеп берді.

Броундық қозғалысты бақылаудан шығатын қорытындылар:

а) қалқыған броундық бөлшектердің қозғалысы молекулалардың соқтығысқанынан пайда болады;

ә) броундық бөлшектердің қозғалысы үздіксіз және бейберекет қозғалыста болады, ол сол заттың қасиеттеріне тәуелді;

б) қалқыған бөлшектердің броундық қозғалысы молекулалардыңқозғалысын көрсетеді;

в) бөлшектердің броундық қозғалысы молекулалардың бар екенін, олардың үнемі бей-берекет қозғалыста болатынын дәлелдейді.

Қазіргі кезде молекулалардың бар екеніне ешкім күдік тудырмайды. Техниканың өсіп жетілуіне байланысты, электрондық микроскоптар ірі молекулаларды бақылауға мүмкіндік туғызды.

1.1.2. Идеал газ

Реал газдарды танып, оқып білу үшін идеал газ үлгісін қарастырамыз. Негізінен физикада идеал газдың екі анықтамасы бар: термодинамика және молекула-кинетикалық.

Термодинамикадағы анықтамасы бойынша идеал газ дегеніміз температура түрақты болғанда, белгілі массада газдың қысымы оның көлеміне кері пропорционал болатын газ.

Молекула-кинетикалық көзқарас бойынша идеал газ деп молекулалары материялық нүкте болып табылатын, өзара әсерлеспейтін, соқтығысқан кезде абсолют серпімді соқтығыс болатын газды айтады. Газ молекулаларының арасында жылулық тепе-теңдік орнағанда ғана идеал газ деп айтуға болатынын оқушыларға ескерту қажет.

Идеал газ үлгісінің қолданылу шегі - өте жоғарғы қысымда және өте төменгі температурада қолдануға болмайды.

Егер газ сығылса, оның тығыздағы артады және молекулалардың арасындағы қашықтық кішірейеді, олардың соқтығысуы көбейеді, әрі бір-бірімен әсерлесуі артады. Мұндай жағдайда молекулалардың өлшемін ескермеуге болмайды. Ал газдың қысымы тек молскулалардың соқтығысуынан ғана емес, олардың өзара әсерлесуіне де байланысты. Егерде газдың қысымы 10⁸ Па-дан артса, онда Бойль-Мариот заңынан көп ауытқу болатыны эксперименттен белгілі. Өте төменгітемпературада осындайжағдайлар болады.

Идеал газ үғымын қалыптастыруға қайталау сабақтарында жалпы жоспарды пайдалануға болады.

1.1.3.Газ заңдарын оқыту әдістемесі

Газ заңдарын оқыту одістерінің ерекшеліктері.

Газ заңцарын оқытуда индуктивтік және дедуктивтік әдістерді қолдануға болады.

Индуктивтік әдісте бірінші газ зандары оқытылып, идеал газ күйінің теңдеуі газ заңдарының негізінде қорытылып шығарылады. Мұнда газ заңдарын оқытуды олардың ашылуына байланысты бірінші Бойль-Мариот заңынан бастайды.

Газ заңдарын оқытуда мынандай жоспарды үсынуға болады:

1) процестің анықтамасы; 2) процестің орындалу шарты; 3) формуласы және заңның тұжырымдамасы; 4) процестің графиктік бейнеленуі; 5) заңның тәжірибе жүзінде тексерілуі; 6) заңдылықты МКТ түрғысынан түсіндіру; 7) заңның қолданылу шегі.

Мысалға изотермиялық процесті қарастырайық. (Термос жылу деген грек сөзі).

1) Температура түрақты болғанда термодинамикалық жуйе куйінің өзгеру процесін изотермиялық деп атайды.

2) Бұл заңды тәжірибе жүзінде ағылшын ғалымы Бойль және франиуз ғалымы Мариотт ашты (1662 ж). Бойль-Мариот заңы кез келген газдар үшін, сондай-ақ газдар қоспасы үшін де (мысалы, ауа үшін де) дұрыс. Тек атмосфералық қысымнан бірнеше мың есе жоғары қысымдарда ғана бұл заңнан ауытқу елеулі турде байқалады.

3) Егер газдың температурасы өзгермесе, онда оның берілген массасы үшін газ қысымының оның көлеміне көбейтіндісі тұрақты болады.

; 1) ; 2) ; 3)

4) Тұрақты температурада газ қысымының көлемге тәуелділігі график түрінде изотерм деп аталатын қисық сызық арқылы кескінделеді. Газдың изотермі қысым мен көлемнің арасындагы кері пропорционал тәуелділіктікті өрнектейді. Қисық сызықтың мұндай түрі гипербола деп аталады (21-сурет).

5) Монометрмен қосылған герметикалық кеңірдекті приборды пайдаланып Бойль-Мариотт заңын тәжірибе жүзінде тексеруге болады.

6) Бойль-Мариотт заңын МКТ тұрғысынан түсіндіру: газдың қысымы ыдыс қабырғаларына соғылатын молекулалар санына байланысты, ал соқтығысу саны газ концентрациясына тәуелді.

( ). Ыдыстағы газдың көлеміүлкен болғанда концентрациясы аз болады, көлемі азайған сайын, ыдыстағы молекулалардың концентрациясы көбейеді, олай болса қысым артады.

7) Бойль-Мариотт заңы көлем мен қысымды баяу өзгерткенде ғана дұрыс, әрі газдың массасы тұрақты және химиялық құрамы өзгермеген жағдайда орындалады.

Ал дедуктивтік әдісте газ зандары идеал газ күйі теңдеуінің салдары ретінде қарастырылады.

Менделеев-Клапейрон теңдеуін қорытып шығару үшін газ қысымын оныңтемпературасымен байланыстыратын теңдеуді аламыз.

Р = пкТ (1)

Мүндағы п - газмолекулаларыныңконцентрациясы; ол .Ал N – молекулалар саны теңдеуімен анықталады. Мұндағы т - газ массасы, М - мольдік масса, N_А - Авагадро тұрақтысы,сонымен . Осы мәнді (1) теңдеугеқойсақ: .

Авагадро түрақтысы N_А-ны к -Больцман тұрактысының көбейтіндісін R - универсал газ тұрақтысы деп атайды.

;

(2)

Бұл тендеуде газдың тегіне тәуелді шама М. (2)-теңдеуден кез келген екі күйдегі идеал газдың қысымы, көлемі және температурасы арасындағы байланыс келіп шығады.

және

Осы теңдеулердің оң бөліктері бірдей. Демек олардың сол бөліктері де тең болуға тиіс.

Бұл күй теңдеуі немесе Клапейрон теңдеуі деп аталады және де газдың екі күйін сипаттайды.

(2) теңдеудегі күй теңдеуін бірінші рет ұлы орыс ғалымы Д.М.Менделеев алған. Газдың бір күйін сипаттайды.

Изопроцестер немесе газ заңдары. Параметрлердің біреуінің мәні өзгермей қалған кезде өтетін процестер изопроцестер деп аталады. "Изое" грек сөзі "тең" деген мағынаны білдіреді.

Изобарлық процесс. Қысым тұрақты болғанда, термодинамикалық жүйе күйініңөзгеру процесі изобарлық деп аталады. Грек сөзінен алынғап "Барос" - ауырлық, салмақ. Егергаз қысымы өзгермесе, берілген массалы газ үшін көлемнің температураға қатысы тұрақты болады. Бұл газ заңын эксперименттік түрде 1802 жылы Гей-Люссак (французғалымы) тағайындаған.

Күй теңдеулерінен: P=constболғанда, 1) ; 2) ; 3) .

Графигі изобардепаталады (22-сурет).

Әр түрлі қысымға әр түрлі изобара сәйкес келеді. Тұрақты температурада қысым артқан сайын газдың көлемі кішірейеді.

Төменгі температурада идеал газдың барлық изобаралары Т=0 нүктесінде түйіседі, бірақ бұл нақты газдың көлемі шынында да нолге айналатындығын білдірмейді. Барлық газдар қатты суығанда сұйыққа айналады, ал күй теңдеуі сұйықтарға қолданылмайды.

Изохорлық процесс. (Грек сөзінен алынған хорема іштілігі, сыйымдылығы). Көлем тұрақты болғанда термодинамикалық жүйе күйініңөзгеру процесі изохоралық деп аталады. Күй теңдеуінен: V= соnstболғанда

1) ; 2) 3)

Егер газ көлемі газдың берілген массасы үшіп қысымның температураға қатысы тұрақты болады. Бұл газ заңын 1787 жылыфранцуз физигі Ж. Шарль ашқан. Бұл тәуелділік график түріндеизохор деп аталады (23-сурет).

Сабақтың соңында мынандай кестені толтыру арқылы тақырыпты қорытындылап, оқушылардың білімдерін белгілі жүйеге келтірген жөн.

1.2. ТЕРМОДИНАМИКА НЕГІЗДЕРІН ОҚЫТУ ӘДІСТЕМЕСІ

1.2.1. Термодинамика негіздерінің құрылымы

Термодинамика негіздерін оқып-үйрену негізгі мектепте оқылған «ішкі энергия» және оны өзгерту тәсілдері, «жылу мөлшері», жұмыс ұғымдарын қайталап, оларды одан ары тереңдетіп нақтылай түседі. Термодинамикада жұмыс ішкі энергияның өзгеру өлшемі ретінде қарастырылады. Ішкі энергияның жүйе күйінің өзгеру параметрлеріне тәуелділігін талқылайды. Термодинамиканың бірінші заңын оқып үйренеді және термодинамиканың екінші заңына (ішкі эиергияны толық жұмысқа айналдыруға болмайды) түсінік беріледі. Жылу қозғалтқыштарының жұмыс істеу ұстанымдарын талдап, термодинамика заңдарының практикада қолданылуыментаныстырады.

Жалпы білім беретін мектептегі термодинамика негіздерініңқұрылымы 7-кестеде келтірілген.

7-кесте

Құрылымы	Дененің термодинамикалық күйі
Негізгі ұғымдар	-Термодинамика-дененің молекулалық құрылысын ескермегендегі жылу құбылысын қарастыратын бөлім -Дененің күйін сипаттайтын макропараметрлер P,V,T. -Термодинамикадағы жұмыс-А, жылу мөлшері- Q дененің бірінші күйінен екінші күйге өтуін сипаттайтын процесс. -Жылу қозғалтқыштарында отынның жылулық энергиясын механикалық энергияға айналдырады. Жылу қозғалтқыштарының пайдалы әсер коэффициенті.
Негізгі заңдар	Термодинамиканың бірінші және екінші заңдары.
Қорытынды	Изопроцестер: изотермдік, изохоралық, изобаралық, адиабаталық. Тұйық жүйедегі жылу алмасу.
Практикада қолданылуы	Бу қазандары,жылу қозғалтқыштары.

1.2.2. «Ішкі энергия», «жылу мөлшері» ұғымдарына ғылыми-әдістемелік талдау жасау

Энергияның әр түрлі формаларына байланысты механикада механикалық энергия, электрмагныттік яғии, электр өрісінің және магнит өрісінің энергиясы, ішкі энергия деп бөледі.

Ішкі энергия жылулық қозғалысқа байланысты энергия. Ішкі энергия XIX ғасырда молекула-кинетикалық теорияға байланысты энергияның сақталу заңының ашылу заңына тәуелді дамыпқалыптасты.

XIX ғасырдың 2-ші жартысында ішкі энергияны анықтауда «дененің берілген күйінің механикалық энергиясы», «әсерлесу функциясы», «дененің энергиясы» т.с.с. терминдерді пайдаланды.

Ал, жылу ұғымына қатысты көп уақыт бойы 3 ұғым қабаттаса жүрді:

1) дененің алған немесе берілген жылу мөлшері; 2) ішкі энергия; 3) жылулық қозғалыс.

Бұл үш ұғымның қабаттаса жүруі әдістемелік жағынан дұрыс емес, себебі бұл жағдайда термодинамиканың бірінші заңының мағынасы болмайды. «Ішкі энергия» ұғымы енгізілгеннен кейін энергияның сақталу заңын жылу процестеріне қолдануға жол ашылды. Ішкі энергия ұғымы тек дененің ішкі күйіне байланысты (Р, V, Т), ал дененің өзінің қозғалысына тәуелді емес шама. Дененің немесе жүйенің әрбір күйіне ішкі энергиясының белгілі бір мәні сәйкес келеді. Оған мынадай талдау арқылы көз жеткізуге болады.

Дененің бір күйіне ішкі энергияның және екі мәні сәйкес келеді десек, онда жүйеден оның айырмасын алып, дененің күйі өзгеріссіз қалар еді. Мұндай жүйе ешқандай өзгеріссіз-ақ энергия көзі болар еді, бұл термодинамиканың 1-ші заңына сәйкес келмейді (энергияның сақталу заңы бойынша). Олай болса, жүйенің ішкі энергиясының өзгерісі бір күйден екінші күйге қалай ауысқанға байланыссыз, яғни жүйенің ішкі энергиясы процестің функциясы емес, күйдің функциясы болып табылады.

Термодинамикадағы ішкі эиергия ұғымының анықтамасы, оның мағынасын толық ашпайды. Ұғымның толық анықтамасын беру үшін, оның молекула-кинетикалық теориядағы анықтамасын қарастыру қажет. Себебі, қазіргі физика ішкі энергия ұғымына молекуланың немесе атомның бей-берекет қозғалысының энергиясы мен олардың өзара әсерлесу энергиясы және молекуланы құрайтын бөлшектердің қозғалыс энергиясы мен өзара әсерлесу энергиясының (бөлшектердің тербелмелі қозғалысының энергиясы, ядроның ішкі энергиясы және т.б.) қосындысы деген анықтама береді. Әйтседе термодинамикада өте жоғары емес температурада өтетін жылулық процестерді қарастыратындықтан, ішкі энергияның өзгерісі молекулалардың бейберекет қозғалысымен өзара әсерлесу энергиясының өзгерісіне байланысты ғана өзгереді. Сондықтан да термодинамикада ішкі энергия бөлшектердің бей-берекет жылулық қозғалыс (кинетикалық) энергиясы мен өзара әсерлесу (потенциалдық) энергиясының қосындысына тең.

Бізді ішкі энергияның өзгерісі ғана қызықтыратынын ескерсек, ішкі энергияның бастапқы мәнін өзімізше тандап алуға болады. Ішкі энергияны өзгерту сыртқы құбылыстарға байланысты: 1) жұмыс істеу; 2) жылу беру арқылы өзгеруіне болады.

Сонымен, ішкі энергия U-дененің күйін сипаттайтын функция f=U(Р,V,Т) болса, А жұмыс және Q жылу мөлшері процестің өтуін сипаттайтын функция болып табылады.

Оқушыларға жұмыс істеу мен жылу мөлшерін беру немесе алу арқылы ішкі энергияны өзгерту бірдей еместігін түсіндіру қажет. Жұмыс сырттан механикалық әсер ету арқылы немесе ішкі энергияның өзінің есебінен істеледі, онда денені құрайтын бөлшектер белгілі бағытта қозғалады. Жылу алмасу кезінде дененің ішкі энергиясы бей-берекет жылулық қозғалыс арқылы өзгереді. Алғаш рет ішкі энергия ұғымымен оқушылар негізгі мектептің 8-сыныбында танысады, бағдарлы мектепте 10-11 сыныпта және молекула-кинетикалық теорияда, термодинамикада оны толықтырады.

Жылу мөлшері ұғымы және оны есептеу негізгі мектепте толык қарастырылады, сондықтан да жоғары сыныптарда бұл материалдар қайталанады.

1.2.3. Идеал газдың ішкі энергиясы ұғымын қалыптастыру әдістемесі

Идеал газдың ішкі энергиясы ұғымын қалыптастыру үшін есептер шығару әдісін қолдануға болады. Ол үшін оқушылармен идеал газдың анықтамасын, газ молекулаларының бейберекет қозғалысының орташа кинетикалық энергиясын, берілген газдағы молекулалар немесе атомдар санын, универсал газ тұрақтысын қайталаймыз.

ЕСЕП: Бізге цилиндрдегі поршеннің астында тұрған массасы m бір атомды идеал газ берілген, оның температурасы, қандай газ екені белгілі. Осы бір атомды идеал газдың ішкі энергиясын табыңыздар.

ЕСЕП: ШЕШУІ:

Берілгені: Ішкі энергияның анықтамасы бойынша

Бір атомды Идеал газ үшін .

идеал газ Олай болса мұндағы N-барлық

m молекулалар саны. тең.Ал бір

атомның орташа кинетикалық энергиясы

T ға тең. Олай болса бір атомды идеал

T/k U-? газдың ішкі энергиясы:

Ал екі тұрақтының (Больцман және Авагадро) көбейтіндісі универсал газ тұрақтысына тең. Осы мәнді орнына қойсақ:

1.2.4. Термодинамиканың бірінші заңын оқып-үйренудің әдістемесі

Жоғарғы сынып оқушыларында табиғаттың іргелі зандарының бірі энергияның сақталу заңын қалыптастыруды термодинамиканың бірінші заңын оқып үйренуде одан ары жалғастырады.

Термодинамиканың бірінші заңын оқып үйренбестен бұрын, оқушыларды қызықтыру үшін тұйық жүйедегі механикалық процестердегі энергияның сақталу заңын қайталаған жөн.Одан ары жүйенің ішкі энергиясын өзгерту жолдары негізгі мектептің 8-сыныбында өтілгендіктен, бұл жерде оны қайталайды және жалпылайды.

Оқушыларды ішкі энергия, не жылу алмасу процесінде, не жұмыс істеу арқылы немесе жылу алмасу және жұмыс істелу процестері бір мезгілде жүргенде өзгереді деген қорытындыға алып келу керек.

Әр процестегі ішкі энергияның өзгеру өлшемі не болатынын талдау қажет. Оқушылар ішкі энергия жұмыс істеу арқылы өзгергенде өлшемі — істелген жұмыс, ал жылу алмасу арқылы өзгергенде өлшемі - жылу мөлшері деген қорытынды жасайды.

Осы шамалардың таңбасы туралы қайталанады, жүйеге жылу мөлшері берілсе (Q>0) оң таңбалы, ал жүйеден жылу алынса (Q<0) теріс таңбалы болады.

Жүйедегі жұмыс сыртқы күштердің әсерінен істелсе, (А>0) оң таңбалы, яғни газ сығылса, егерде газ ұлғайса, онда сыртқы күштің жұмысы (А<0) теріс болады.

Әртүрлі мысалдарды қарастыра отырып, термодинамиканың бірінші заңын қорытындылайды. Жүйенің ішкі энергиясының өзгерісі, жүйеге берілген жылу мөлшерінің және сыртқы күштердің жүйемен істеген жұмысының қосындысына тең болады.

,

мұндағы ішкі энергияның өзгерісі. Бұл формуланы басқаша да жазуға болады:

(А'= - А)

Жүйеге берілген жылу мөлшері оның ішкі энергиясын өзгертуге және жүйенің сыртқы денелермен жұмыс істеуіне жұмсалады.

Термодинамиканың бірінші заңы және оны изопроцестерге қолдану. Термодинамиканың бірінші заңын изопроцестерге қолданбай тұрып, нақты мысалдарды қарастырамыз. Мысалы, калориметрдегі сулардың араласуы, суды спиртовка арқылы қыздыру немесе қатты денені соғу арқылы қыздыру жағдайларын тәжірибелер жасап, ішкі энергияның өзгерісі неге тең екенін талдау қажет.Одан ары идеал газдарға изопроцестерді қолдану мысалдарын қарастырамыз.

1. Изотермдік процесс.

Изотермдік процесте температура тұрақты (Т=соnst), сондықтан = 0, яғни ішкі энергия өзгермейді. Егерде жүйеге жылу мөлшері берілсе, онда газ ұлғайып жұмыс істейді. Істелген жұмыстың шамасы 24-суреттегі изотермнің астындағы штрихталған ауданға тең .

Егер газ жылу алса (Q>0), онда ол оң жұмыс атқарады, яғни А >0, ал керісінше газ қоршаған ортаға жылу берсе, онда (Q<0) жәнеА' <0.

2) Изобарлық процесс. Идеал газды изобарлық қыздырған кезде, жүйеге берілген жылу мөлшері оның энергиясын өзгеріуне және тұрақты қысымда газды ұлғайтып жұмыс істеуге жұмсалады. Ұлғайған кездегі жұмыс оң(А>0) және формуласымен есептеледі. 25-суреттен жұмыстың мәні штрихталған төртбұрыштың ауданына тең екенікөрініп тұр.

Бұл процесте ішкі энергияның өзгерісі:

Изобарлық суыту кезінде жүйенің ішкі энергиясы кемиді. Жүйенің берген жылу мөлшері жүйенің ішкі энергиясын өзгертуге

және сыртқы күштердің газды сығуына жұмсалады. Бұл жағдайда жылу мөлшері және жұмыс теріс, ал жүйенің ішкі энергиясы кемиді.

3. Изохорлық процесс. Изохорлық процесте (26-сурет) көлем өзгермейді, сондықтан да газдың жұмысы нолге тең, ал ішкі энергияның өзгерісі жылу мөлшеріне тең болады. .

Егер газ қызса, жылу мөлшері Q және ішкі энергияның өзгерісі оң таңбалы, яғни ішкі энергия артады, ал газды суытқанда жылу мөлшері Q<0 және < 0 теріс таңбалы ішкі энергия кемиді.

4) Адиабаттық процесс. Адиабаттық процесте (27-сурет) ортамен жылу алмасу болмайды, сондықтан да Q = 0. Ал ішкі энергия тек жұмыс істеу арқылы өзгереді.Мұңда газ ұлғайғанда оң жұмыс (А>0) істелді, ал оның ішкі энергиясы азаяды, демек газ суынады.

Газ сығылған кезде күштер оң, ал газ теріс жұмыс істейді. Жүйенің ішкі энергиясы артады, газ қызады.27-суретте адиабаттың және изотермнің графиктерінен, адиабаттық ұлғаю кезінде изотермдік ұлғаюмен салыстырғанда аз, ал адиабаттық сығылу кезінде көп екені көрініп тұр.

Бекітуге графиктік есептерді шығару арқылы оқушыларды формуладағы шамалардың таңбасын анықтауға, газ қыза ма, жүйе жылу мөлшерін ала ма, ішкі энергия арта ма, кеми ме, жұмыс істеле ме?- деген сұрақтарды талдау қажет.

Термодинамиканың бірінші заңын меңгеруге, есептеу есептерін шығару көмектеседі.

Қорытындысында термодинамиканың бірінші заңын изрпроцестерге қолдану оқушылардың жылу қозғалтқыштарының жұмыс істеу принципін түсінулеріне негіз болады.Әрі мектеп оқушыларын жылу энергетикасының физикалық негізімен таныстырады.

ІІ. ОРТА МЕКТЕПТЕ ФИЗИКАЛЫҚ ЕСЕПТЕРДІҢ ЖӘНЕ ЛАБОРАТРОРИЯЛЫҚ ЖҰМЫСТАРДЫҢ СИПАТТАМАСЫ

2.1. Физикадан есептер шығарудың маңызы

VII-VIII сыныптарда физикадан есептер шығару – оқу жұмысының қажетті элементі. Есептер қандай да бір нақты жағдайларда болып өтетін құбылыстарға физикалық заңдарды қолдануды талап ететін жаттығулар үшін материал береді. Сондықтан олардың оқушылардың білімін нақтылауда, жалпы заңдардың түрлі көрінісін көре білуді дарытуда үлкен маңызы бар. Мұндай нақтылаусыз білімдердің практикалық бағасы болмайды, кітап жүзінде қалады.

Есепте шығару физикалық заңдарды тереңірек және берік меңгеруге, логикалық ойлаудың дамуына, ұғымдылық, иницнативалы болуға, ерік және қойылған мақсатқа жетудегі табандылыққа себі тиеді, физикаға қызығушылығын оятады, өзіндік жұмыс дағдыларын бойына сіңіруге көмектеседі және өзіндік ой қорытуда бірден-бр құрал болып табылады.

Есептер шығару үдерісінде кейде сабақта жаңа ұғымдар және формулалар енгізуге, оқып үйренілетін заңдылықтарды түсіндіру, жаңа материалдың мазмұнына жақындата түсуге болады.

Оқушылар есептерді шығарғанда тікелей физикадан алған білімдерін қолдану қажеттілігімен көзделеді, теория мен практиканың байланысын тереңірек сезінеді.

Есептер шығару – қайталауды, пысықтауды және оқушылардың білімін тексерудің маңызды құралы.

1. Есептер түрлері және оларды шығару әдістері

Физика есептері мазмұны және дидактикалық мақсаттарына сай алуан түрлі. Оларды түрлі мазмұндағы көптеген есептер үшін неғұрлым типтік қасиеттерін бейнелейтін әр түрлі белгілеріне қарай классификациялауға болады. Әдістемелік әдебиетте осы мәселеге байланысты түрлі көзқарастар кездеседі, бұл оның жеткіліксіз зерттелгенін көрсетеді.

Бұл мәселені қарастырғанда есептерді классификациялау, басқа да ғылыми ұғымдар сияқты, түрлі белгілеріне қарай – классификацияның мақсатына байланысты жүзеге асырылатынын ескеру керек. Атап айтқанда, есептер былай классификациялануы мүмкін.

• Ондағы қамтылған информацияның берілу тәсілі бойынша;

• Шығарудың негізгі тәсілі – есепте қойылған сұрақтың жауабын алу бойынша;

• Мазмұны және басқа белгілері бойынша.

Классификациялау мақсаты түрліше болуы мүмкін. Егер, мысалы, есептер политехникалық білімді жүзеге асыруға, кәсіптік бағдарлауға қандай мөлшерде себі тиетінін білгіміз келеді, онда барлық есептерді мазмұны бойынша классификациялаймыз да, оқулықтар мен есептер жинағындағы барлық есептердің қандай пайызы өндірістік-техникалық мазмұнды, ал қандай мөлшерде абстрактілі есептер екендігін санаймыз. Кейбір жағдайларда бірқатар есептерді шығаруды жалпы жалпы тұрғыдан айқындау мақсатында немесе шешудің алгоритмін құруда есептерді шығару тәсілдері бойынша классификаициялау ыңғайлы.

Есептерді онда қамтылған ақпарат бойынша классификациялай отырып, біз есептер шартының айтылу тәсілдеріне басты назар аударамыз. Келтірілген классификациялардың кез келгені толық және соңына дейін жүйелі болмайды, өйткені кейде бірдей есептер классификациялау тәсіліне қарай түрліше топтарға жатқызылуы мүмкін. Сөйте тұра, әдістемелік мақсаттарда есептерді классификациялауды қолдану пайдалы. Есептерді классификациялаудың біріншісіне толығырақ тоқталайық.

Физикалық есептерді айтылу тәсіліне қарай негізгі төрт түрге бөлуге болады: текстілі, эксперименттік, графиктік және сурет-есеп. Олардың әрқайсысы өз кезегінде сандық (немесе есептеу) және сапалық (немесе сұрақ есептер) болып бөлінеді. Сонымен бірге есептің негізгі түрлерін қиындық дәрежесіне қарай оңай және қиын, жаттықтыру есептері мен творчестволық есептер және басқа типтерге бөлуге болады.

Физиканы оқыту үдерісінде текстілі есептер жиірек пайдаланылады. Бұл есептер – шартты сөзбен берілген, дәлме-дәл , әрі олардың шартында физикалық константалардан басқа барлық қажетті мәліметтері бар есептер. Шығару тәсілдеріне қарай оларды сұрақ-есептер және есептеу есептері деп бөледі.

Сұрақ-есептер – бұл шығару кезінде қандай да бір физикалық құбылысты түсіндірді (есептеуді орындамай) немесе белгілі бір жағдайларда құбылыстың қалай болып өтетініне болжам жасауды қажет ететін есептер. Әдетінше, мұндай есептердің мазмұнда сан мәліметтер болмайды. Мысалы:

1. Су толтырылған бөтелке суға батады. Сынап толтырылған бөтелкені ішінде сынабы бар ыдысқа батырғанда бөтелке қайтеді? (VII сынып)

2. Электр лампасының қылы аппақ болып қызғанда, бойымен дәл сондай ток жүріп тұрған провдтар неліктен салқын қалпында қалады? (VIII сынып)

Сұрақ-есептерді шығару кезінде есептеулердің болмауы оқушылардың назарын физикалық мәніне аударуға мұмкіндік береді. Қойылған сұрақтарға жауаптарды негіздеу қажетті оқушыларды пайымдауға, физикалық заңдардың мәнін тереңірек ұғынуға үйретеді.

Сұрақ-есептерді шығару, есептің графиктік материалы болатын жағдайларынан басқасында, әдеттегідей, ауызша орындалады. Жауаптар суреттермен де берілуі мүмкін. Мысалы, мына есепке жауап тек суретпен берілуі мүмкін: «Тығыздығы шар затының тығыздығынан екі есе артық сұйықтың бетінде жүзіп жүретін шардың суретін салыңдар».

Сұрақ-есептер мен сурет-есептер тығыз жалғасады. Бұларда сұраққа ауызша жауап беру немесе есепке қойылған сұраққа жауап болатын (9.1. сурет) суретті салу талап етіледі. Мұндай есептерді шығару оқушылардың зейінен, бақылағыштығын және графикалық сауаттылығын дамытуға көмектеседі.

(9.1. сурет)

Сандық есептер – бұл есептерде қойылған сұрақтардың жауабын есептеулерсіз алуға болмайды. Мұндай есептерді шығарғанда сапалық талдау да қажет, бірақ оны үдерістегі қандай да бір сандық сипаттамаларды санау арқылы сапалық талдаумен де толықтырады. Сандық есептер қиындығына қарай жай және күрделі болып бөлінеді. Жай есептер деп күрделі емес талдау мен жай есептеулерді қажет ететін, әдетте бір-екі амален шығарылатын есептер түсініледі. Мұндай есептерді шығару (азғантай мөлшерде) енді ғана оқып үйретілген заңдылықты нақтылау үшін қажет. Олардың неғұрлым оңайларын ауызша шығаруға болады.

Сандық есептерді шығару үшін түрлі: арифметикалық, алгебралық, геометриялық, графиктік тәсілдер қолданылуы мүмкін.

Есеп шығарудың арифметикалық тәсілінде арифметикалық амалдар қолданғанда және есептеуде де шамамен арифметикадан есеп шығарғандағыдай. Мектептер қазіргі қолданып жүрген бағдарламаға көшкенше есептерді арифметикалық тәсілмен шығару негізінен VII сыныпта, кейде VIIІ сыныпта да болды. Бұл алгебраны оқып үйренуді бұрын тек VII сыныптың екінші жарты жылдығында бастауға байланысты еді. Мектептердің қазіргі қолданып жүрген бағдарламаға көшумен байланысты бұл мәселені шешу өзгереді. Қазіргі математика бағдарламасы ІІІ сыныптың өзінде-ақ әріпті белгілеулерді, ал VI сыныпта бірінші дәрежелі теңдеу ұғымын енгізуді көздейді. Бұл есептер шығаруда алгебралық тәсілді қолдануды физиканы оқып үйренудің ең бас кезінде – VII сыныпта қолдануға қолайлы жағдайлар туғызады.

Есептерді шығарудың алгебралық тәсілі формулалар мен теңдеулерді қолданумен шектеледі. Геометриялық тәсілде – геометирялық теоремалар, ал графиктік тәсілде графиктер пайдаланылады.

Текстілі есептердің қатарына абстрактілі есептерді жатқызуға болады, бұл күнделікті өмірде бақыланған құбылыстар мен үдерістер сөз болатын есептер, өндірістік-техникалық мазмұнды есептер және ақырында, тарихи мазмұнды есептер. Кейде текстілі есептердің ерекше тобына «қызықты есептер» делінетіндер жатқызылады.

Техникалық мазмұнды есептерді мұғалім, газеттер мен журналдар, радио мен телевизия хабарларын пайдалана отырып, өзі құрастыра алады. есептерді құрастыруда өндірістік экскурсиялар материалын пайдалануға болады.заңдардың немесе қандай да бір өнертабыстың ашылу тарихынан алынған фактілерді пайдаланады. Олардың үлкен танымдық және тәрбиелік мағынасы бар.

Қызықты есептердің мәсілесінің әдеттен тыс қойылуы өзгеше және нәтижелердің кейінгі талқылауы әдетте оқушыларды қатты қызықтырады. Көптеген қызықты есептерді Я.И. Перельманның «Қызықты физика» кітабынан және «Знание- сила», «Юный техник», «Квант», «Техника молодежн» т.б. журналдан табуға болады.

Есептердегі эксперимент түрліше пайдаланылады. Кейбір жағдайларда демонстрациялық үстелде жүргізілген тәжірибеден немесе оқушылардың өздері орындаған тәжірибелерінен есептер шығаруға қажетті мәліметтерді тауып алады. Бұл жағдайда есепті тәжірибесізшығаруға болмайды. Екінші бір жағдайларда есептің шартында көрсетілген мәліметтерге сүйеніп, есепті тәжірибесіз шығаруға болады. Мұндай жағдайларда тәжірибені есепте айтылған құбылыстар мен үдерістер иллюстрациялау үшін немесе шешудің дұрыстығын тексеру үшін пайдаланылады. Бірақ егер эксперимент тек қана есепті тексеру үшін қолданылса, ондай есепті эксперименттік деп атау дұрыс болмайды.

В.И. Лукашиктің және В.А. Золотовтың есептер жинағындағы көптеген есептерді эксперименттік есептер ретінде қоюға болады.

Эксперименттік есептерді шығару үдерісінде оқушылардың бақылағыштығын дамытады, прибормен жұмыс істеудегі дағдылары жетілдіріледі. Мұнда оқушылар физикалық құбылыстар мен заңдардың мәнін тереңірек танып біледі.

Графиктік есептерді шығару үдерісінде графиктерді пайдаланады. Мысалы:

«График (9.2. сурет) қандай үдерісті кескіндейді? Графиктің AB, BC, CD және DE бөліктері қандай қандай құбылысты сипаттайды? Бақылау қандай температурада басталған және қандай температурада аяқталған?»

9.2. сурет

Есептерді шығаруда графиктердің роліне қарай, қолда бар графикке жасалған талдау негізінде, жауабы алынатын есептер (мысалы, жоғарыда келтірілген жағдайда) және шамалар арасындағы функциялық тәуелділікті график түрінде көрсетуді қажет ететін есептер болып ажыратылады.

Графиктік есептерді шығару шамалар арасындағы функциялық тәуелділікті түсінуге, графиктермен жұмыс істеу дағдыларын дамытуға көмектеседі. Олардың танымдық және политехникалық маңызы осында.

Шартында оларды шығаратын мәліметтер жетпейтін физикалық есептер толымсыз мәліметтермен берілген есептер деп аталады. Мұндай есептерге жетіспейтін мәліметтер анықтағыштықтардан, таблицалардан және басқа әдебиеттерден алынады. Мұндай есептермен оқушылар өмірде жиі кездеседі, сондықтан мектепте бұл сияқты есептер шығару аса бағалы.

Оқушылардың есеп шығаруға қызығушылығын арттыру үшін есептерді шебер таңдай білу қажет. Олардың мазмұны түсінікті де қызықты, қысқа да дәл тұжырымдалған болуы тиіс. Жасандылықтан және есептер шығаратындығы ескерген сан мәліметтерден аулақ болуы керек.

Тақырып бойынша есеп шығаруды оңайынан бастау керек, олардың ішінде оқушылардың зейіні берілген тақырыпта оқып үйренілетін заңдылықтардың немесе жаңа ұғымның белгілерін анықтап оның басқа ұғымдармен байланысын тағайындау төңірегіне тоқталады. Одан кейін біртіндеп қиынырақ есептерге көшкен жөн.

Физикалық есептер VII және VIIІ сыныптарға арналған физика оқулықтарында көп берілген. Мұғалім оларды оқушылардың сынып жұмысына арналған жән үй жұмысына арналған есептерді таңдап алуына болады. Сонымен қатар VII – VIIІ сыныптарға арналған есептер жинағын да пайдаланған жөн.

2.1.1. Физикалық есептер шығарудағы аналитикалық-синтетикалық әдіс

Аналиткалық-синтетикалық әдс – орта мектептің барлық сыныптарындағы физика есептерін шығарудағы негізгі әдіс. Оқу үдерісінде оны ойдағыдай қолдану оқушыларға есеп шешуін табудың дұрыс жолын табуына және олардың логикалық ойлауының дамуына себін тигізеді.

Физикадан әдістемелік құралдарда анализ бен синтез екі тәуелсіз әдіс ретінде мейлінше жиі қарастырылады. Алайда бұлай бөлінуді дәл сол мағынасында түсінуге болмайды. Синтез бен анализ есептерді шығаруда, ойлау үдерісіндегі индукция және дедукция сияқты бөлінбейді. Физикалық есептерді шығарғанда анализ бен синтезді қолданады (бірге алынғандығы), яғни приктикада аналитикалық-синтетикалық әдісі қолданылады.

Бұл әдіспен есептің сұрағынан бастай отырып, анализ жолымен шығарғанда, оны шығару үшін не істеу керектігін айқындайды және біртіндеп белгілі шамаларға дейін жетеді.

Одан кейін синтез көмегімен пайдалануды кері тәртіпті жүргізеді: белгілі шамаларды пайдалана отырып және қажетті қатыстарды таңдап ала отырып, бірқатар амалдарды жүргізіп барып, нәтижесінде белгісізді табады.

Осы айтылғанды VII сыныпқа арналған мына есепті алып түсіндірейік:

Шынжыртабан трактордың тіреу бөлігі 2м, ал ені 150см болғанда массасы 10т осы трактордың топыраққа түсіретін қысымын табыңдар.

Анализ. Трактордың топыраққа түсіретін қысымын анықтау үшін оның ауырлық күшін және тіреу ауданын білу керек. Ауырлық күші есепте берілмеген, тіреу ауданы көрсетілмеген. Жалпы тіреу ауданын, яғни екі шынжыртабанның тіреу бөлігінің ауданын біліп алу керек және оны 2-ге көбейту керек. Шынжыртабанның тіреу бөлігінің ауданын анықтауға болады, үйткені ені мен ұзындығы белгілі. Трактордың ауырлық күшін оның белгілі массасы бойынша табуға болады.

Синтез. Пайымдау кері ретпен жүргізіледі, шығару жоспары құрылады және қажетті есептеулер жүргізіледі. Пайымдау жүйесі шамамен мынадай.

Шынжыртабанның тіреу бөлігінің ені мен ұзындығын біле отырып, трактордың жалпы тіреу ауданын анықтау керек. Ол үшін табылған ауданды, яғни бір шынжыртабанның тіреу бөлігінің ауданын 2-ге көбейту керек. Трактордың массасын біле отырып, оған әсер ететін ауырлық күшін табады. Трактордың ауырлық күші мен оның тіреу аудандары бойынша трактордың топыраққа түсіретін қысымын анықауға болады. Ол үшін трактордың ауырлық күшін оның тіреу ауданын бөлу керек.

2.1.2. Сапалық есептерді шығару әдістемесі

Жоғарыда айтылғандай сұрақ-есептер ауызша шығарылады. Оқушыларды сапалық есептерді саналы тұрғыда шығару дағдысын тәрбиелеу үшін, мұғалімнің олармен белгілі бір жұмыс жүйесі және ойластырылған оқыту әдістемесі болуы керек. Есепті дұрыс таңдап алудың маңызы да аз емес. Есептің алғашқы кездерінде оқушылардың өз тәжірибесінен белгілі құбылысқа немесе фактілерге түсінік беру ұсынылатын есептер дұрыс болады. Бұлардан оқушылар өмірмен байланысты көреді.

Оқушылардың политехникалық ой-өрісін кеңейту мақсатында VII сыныптан бастап-ақ есептердің шартына оқушылар үшін жаңа деректерді, техникалық мәліметтерді енгізген жөн. Есептерді таңдап алуда мектептің айналасындағы өндірістің сипатын және жергілікті жағдайларды ескерудің маңызы зор.

Сапалық есептерді шығару үш кезеңнен тұрады: шартын оқу, есептің анализі мен шешуі.

Есеп мазмұнын анализдеу кезінде ең алдымен оқушыларға берілген тақырыптан белгілі ортақ заңдылықтарды пайдаланады: осыдан кейін есептегі айтылған құбылыс нақты қалай түсіндірілуі тиіс екенін айқындайды. Сапалық есептерде шарттың анализі негізделген керекті жауаппен тығыз байланысты.

2.1.3. Сандық есептерді шығару әдістемесі

Күрделі сандық есептерді шығару сабақта әдетте мына элементтерден құралады: есептің шартын оқу, шартты қысқаша жазу және оны қайталау, суретін, схемасын немесе сызбасының салу, есептің физикалық мазмұнын анализдеу және оны шығару жолдарын (тәсілдерін) айқындау, шешу жоспарын құру және жалпы түрдегі шешуін орындау, шамалау және есептеулер, нәтижесі анализі және шешуін тексеру.

Күрделі есептерді шығарудың келтірілген схемасы оқушылардың оның мазмұны мен шығару барысын біртіндеп жан-жақты ойластыруын қамтамасыз етеді.

Келтірілген схема үлгі ретінде алынған. Әрбір есепті шығарған сайын барлық кезеңін қолдану міндетті емес. Мысалы, есептеу есептерін шығару кезінде шешуді жалпы түрде үнемі орындай бермейді, сұрақ-есептерді шығарған кезде есептеулердің қажеттігі болмай қалады.

Күрделі есепті шығару әдістемесін кейбр кезеңдерінің сипатына қысқаша тоқталайық.

Есептің шартын оқу. Текст анық, мәнерлі, асықпай оқылуы тиіс. Көптеген жағдайларда есептің шартын мұғалімнің өзі оқығаны жөн. Алайда тақтаға шақырылған оқушыларға да біртіндеп есептің шартын дауыстап оқуды үйреткен жөн. Мынадай әдіс те нәтижелі: мұғалім сыныпта шығаруға белгіленген есепті оқушылардың өздеріне зейін қойып оқып шығып, соңынан өз сөзімен мазмұнын айтып беруді ұсынады.

Есептің шартын оқыған соң, мұғалім жаңа терминдеедің, қиын ұғымдардың мағынасын түсіндіреді (егер оның қажеттігі болса). Кейде мұғалім оқушылардан жаңа терминдерді олардың қалай түсінетінін өздері түсіндіруін ұсынады. Талқылау нәтижесінде дұрыс түсінікке келеді. Осыдан кейін есептің шартының қысқаша жазылуын орындайды.

Есеп шартының қысқаша жазылуы. Есептің толық тексін тақтаға да, оқушылардың дәптерлеріне де, әдетінше толық жазған жөн (есеп шартының жазылуы жөнінде кейінерек екжей-текжейлі айтылады).

Есептің шартын қайталау. Есептің қысқаша жазылуы бойынша оқушылар оны қайталайды. Есеп шартын қайталау оқушылар есепті біле ме, оның шартын дұрыс түсіне ме, оны айқындауды мақсат етіп қояды. Ол үшін мұғалім кейбір оқушыларға оның мағынасын дәл жеткізе отырып, есеп шартының мазмұнын қайталауын ұсынады.

Осыдан кейін мұғалім есептің шартын толық мағынасында түсіндіргендеріне көз жеткізу үшін, оқушыларға бірнеше сұрақтар қояды. Осыған байланысты оқушылар есепті шығару үшін суреттерді (схемаларды, сызбаларды) және таблицалық мәліметтерді пайдалану қажет пе соны анықтайды.

Сызбаны, схеманы, суретті орындау. Көп жағдайларда есептерді шығарғанда сызбалар, схемалар немесе суреттеп пайдаланылады.бұл есептің шартын түсінуді және оны шешудің тәсілін табуды жеңілдетеді.

Графиктік есептерді шығарғанда статика бойынша сызба есепті оқу барысында орындалуы мүмкін. Бірқатар басқа жағдайларда алдымен есептің шартына сәйкес жұмыс сызбасын салып алады да, шығару барысында оны ұқыпты қарап, масштабты және қажетті қатыстарды сақтай отырып орындайды. Оқушылар сызбаларды дәптерлеріне салады.

Шарттың анализі. Есепті талдау кезінде ең алдымен оның физикалық мәніне, берілген есептерде қарастырылатын фиикалық үдерістер мен заңдарды түсіндіруіне, физикалық шамалардың арасындағы тәуелділікке көңіл аударылады.

VII сыныптан бастап, қадам басқан сайын, шыдамдылықпен есептің дұрыс шешімін табу үшін есептің анализін жүргізу керек, өйткені бұл оқушылардың логикалық ойлауын дамытып, есептерді шығаруға саналы тұрғыдан қарауға тәрбиелейді. Сабақта есепті талдауды көбінесе ұжымдасқан түрде мұғалімнің оқушылармен әңгімесі түрінде өткізеді, оның барысында мұғалім өзара логикалық байланыста болатын мәселелерді талқылау нәтижесінде біртіндеп оқушыларды есептерді шығарудың неғұрлым тиімді әдісіне алып келеді. Кейде бір ғана есептің бірнеше нұсқаларын қарастыру пайдалы, оларды салыстырып және неғұрлым ұтымдысын алу керек. Оқушыларға есепті өз бетінше әбден саналы және негізделген пайымдауларды талап ете отырып, анализдеуге өнебойы үйретіп алу қажет.

Есеп шығару. Есептің шартын талдаған соң оны шығаруға көшеді. Есеп шығаруды қысқаша түсіндірулермен қоса жүргізу қажет. Есептеуде ұтымды әдістермен, ал жазудың атауларын халықаралық бірліктер жүйесіне сәйкес қабылданған белгілеулерін қолданып жүргізген жөн.

Есептің жауабы айқын ерекшеленіп көрсетілуі керек, мысалы оның асты сызылады. Осының бәрі оқушыларды айқындыққа және ұқыптылыққа үйретеді.

Жауабын тексеру және бағалау. Есептің шыққан жауабын тексеру қажет. Ең алдымен оқушылардың жауабының шындыққа сәйкес болуына назар аудару керек. Кейбір жағдайларда оқушылар есеп шығарғанда есептің шартына көріну сәйкес келмейтін, ал кейде қыйсыны келмейтін нәтижелер алады. бұл мынадан шығады: есептеу үдерісінде олар есептің нақты шартымен байланысты үзіп алады. осыдан қате шыққан жауаптың шалғайлығы оқушының назарынан тыс қалады.

Бұл кемшілікті болдырмау үшін оларды алдағы күткен нәтижені «нобайлауға» немесе алдын ала есептеуді пайдалануға, сондай-ақ шыққан жауаптың реалдығы тұрғысынан сын-анализ және шығарылып отырған есептің шартына нәтиже сай ма, осыларға сын-анализ жасауға үйрету пайдалы. Оқушыларды жауаптың тәртібінсақтай бағалауды, тек математикалық тұрғыдан ғана емес, физикалық тұрғыдан да бағалай білуге үйрету қажет, мысалы, мына сияқты жауаптардың мағынасыздығын оқушылар бірден көруге тиіс: қандайда бір механизмнің ПӘК 100% артық, судың қалыпты жағдайдағы температурасы -тан аз немесе -тан көп темірдің тығыздығы .

Оқушылар есептің шешуінің дұрыстығын тексеру үшін оны басқа тәсілмен шығарып, нәтижелерді салыстырып, сондай-ақ физикалық шамалардың атау бірліктерімен операцияларды орындай отырып және жауабын есептеп шығуға тиіс атаулармен салыстыра отырып тексереді.

Оқушылардың есепті шешудін атау бірліктеріне операциялар жасау жолымен тексеру әдісін қолдану дағдыларына машықтануына тиісті көңіл бөлу керек. Сабақта оны бірнеше қайтара пайдаланған соң тексерудің осы әдісінің алгоритмін беруге болады.

Табылған шешудің жалпы түрде дұрыстығын тексеру үшін, шешуін өрнектейтін формулаларға әріпті белгілеулердің орнына физикалық шамалардың атау бірліктерін қойып, оларға шамалармен орындалатын операцияларды жасаймыз. Мысалы, «қалбыркеменің» суға шөгу тереңдігін анықтауға арналған формуланы таптық делік:

.

шешуд тексеру үшін әріптердің орнына физикалық шамалардың бірліктерін қоямыз:

Нәтижесінде м (метр) шығады, яғни ұзындықтың атау бірлігі, есептің шартына сай келетіннің өзі осы еді. Егер ізделінді шамаға сай емес атау шықса, онда бұл – есеп шешудің дұрыс еместігінің айғағы.

Берілген әдіс есеп шешудің дұрыстығын сенімді айқындаудың қажетті шарты, бірақ көп жағдайларда жеткіліксіз болып табылады. Мысалы, есептеулер барысында оқушылар сандық коэффицинетті жазбай кетсе немесе дұрыс жазбаса, нәтиженің атауына бұл нұқсан келтірмейді де, қате байқалмай қалуы мүмкін. Сондықтан берілген әдісті басқалармен үйлестіре қолдану керек.

2.1. Эксперименттік есептерді шығару әдістемесі

Эксперименттік есептерді шығару әдістері оларды шығарудағы эксперименттің роліне едәуір байланысты. Егер, мысалы, есепте шығаруға барлық мәліметтер болса және тәжірибенің көмегімен жауабын тексеру қажет болса, онда есептің қықаша жазылуын жоғарыда көрсетілген мәліметтерге сай жүргізіледі.

Эксперименттік есептердің басқа түрлерінде олардың өзгешелігі айқын көрініп тұрады, сондықтан да шығару әдістемесі және оны қысқаша жазудың өз ерекшеліктері бар. Егер есепте шығару үшін деректер тәжірибе нәтижесінде алынса, онда эксперимент қоюдың және өлшеулердің маңызы зор.

Есептеу сипатындағы эксперименттік есепті шығару және қысқаша жазу мына элементтерден құралады: есептің қойылуы, шартының анализі, өлшеулер, есептеулер жауабын тәжірибемен тексеру.

Мұны нақты мысалмен түсіндірейік.

Есептің қойылуы. Үстел үстінде тік бұрышты қаңылтыр қалбыр, таразы, ұсақ гирлер, масштабтық сызғыш, суы бар ыдыс, құм бар. Қалбырдың вертикаль қалыпта тұруын қамтамасыз ету үшін, оны суға салып жүргізген кезде, ішіне шамалы құм салып қояды. Қалбыр суға батырылған кездегі шөгу тереңдігін анықтау керек.

Берілген жағдайда есептің шартын сурет арқылы (астына сұрақ қойып) көрсетуге болады. Одан кейін анализге көшеді, есепті шығару үшін қандай өлшеулер орындау қажеттігін айқындайды.

Анализ. Қалбыр, оған әсер ететін ауырлық күші және құм судың кері итеруші күшіне теңгерілгенше, суға бата береді. Бұл жағдайда . Алайда, Архимед күші дене ығыстырып шығарған сұйықтың салмағына тең болғандықтан болады, мұндағы – қалбырдың батып тұрған бөлігінің көлемі, – судың тығыздығы. Батқан бөлігінің көлемі табанының ауданын (S) суға бату тереңдігіне (һ) көбейткенге тең. Демек, .

Бұдан

. (1)

Табылған шешімнің дұрыстығын формулаға кіретін шамалардың атауларымен жасалған операциялар жолымен тексереді.

1. формуладан есепті шығару үшін құмы бар қалбырдың салмағын, судың тығыздығын және қалбыр табанының ауданын білу керектігі көрініп тұр.

Өлшеулер. Құмы бар қалбырдың Р салмағын динамометрдің көмегімен анықтайды.

l ұзындығы мен a табанын өлшеп алады. табанының ауданын анықтайды: .

Судың тығыздығы .

Есептеулер. Табылған және S мәндерін (1) формулаға қоя отырып, қалбырдың бату тереңдігі һ-ты анықтаймыз, бұл жерде жуықтап есептеулер ережелерін қолданамыз.

Тәжірибемен тексеру. Қалбырдың вертикаль қабырғасына тәжірибеде анықталып, есебі жүргізілген бату тереңдігін түсті сызықпен белгілейміз және қалбырды суы бар ыдысқа саламыз. Тәжірибе бату тереңдігі табылған мәнге сәйкес келетінін көрсетеді.

Есепті шығарумен байланысты кеменің шөгуін анықтаудың ұстанымын түсіндіреді.

Сапалық эксперименттік есептерде тәжірибе қажетті болған кезде қойлылады. Мәселен, бароскоп жөніндегі есепті шығарғанда демонстрациялық үстелге алдын ала шыны қалпақты, ішіне бароскоп қойлыған қондырғыны әзірлеп қояды.

Ауа тарелкалкасын Комовский насосымен жалғасытырады. Мұғалім бароскоптың құрылымын түсіндіреді де , рычагтың тепе-теңдігіне назар аударып, сыныпқа мынадай сұрақ қояды: «Егер ауа сорылып алынса, бароскопта қандай өзгерістер болады?». Оқушылар өздерінше түсіндіреді. Бұл жағдайда түсіндірудің дұрыс та, дұрыс емес те нұсқалары ұсынылуы мүмкін. Олардың дұрыстығына күмән келтірсе, демонстрациялық тәжірибе арқылы шешуге болады.

Дегенімен, бұл есептің жауабын іздеудің басқа да жолы болуы мүмкін. Есептің қойлыуынан кейін бірден тәжірибені орындауға көшеді. Өтіп жатқан құбылысты бақылайды. Содан кейін оны теория жүзінде түсіндіреді.

Кейбір физика бойынша эксперименттік есептер сабақта фронтальды түрде қойылуы мүмкін. Мұндай есептердің мысалдары: «Сызғышты пайдаланып, судың стаканның түбіне түсіретін қысымын өлшеу» (VII сынып). «Электр лампасы тұтынатын токтың қуатын анықтау» (VIIІ сынып). Бұл жағдайда олар фронталь тәжірибелердің ролін атқарады.

2.2. Оқушылардың лабораториялық жұмыстары

2.2.1. Лабораториялық жұмыстардың маңызы

Физика курсында лабораториялық жұмыстардың білімдік және тәрбиелік маңызы зор. Тәжірибелерді жүргізу процесінде оқушылар физикалық заңдардың объективтілігіне көз жеткізеді және физикадағы ғылыми зерттеулерде қолданылатын әдістер жөнінде мағлұмат алады. Лабораториялық жұмыстарды орындау оқушылардың физикалық заңдарды неғұрлым тереңірек меңгеруіне ықпалын тигізеді, өлшеу приборларымен жұмыс істегенде шеберліктер мен дағдыларды сіңіруіне, білімдерін өмірде саналы қолдануға үйретеді. Лабораториялық жұмыстар еңбекке баулу тәрбиесінде және оқушылардың политехникалық білім алуында маңызды рөл атқарады. Дұрыс ұйымдастырылған лабораториялық сабақтар оқушылардың ой белсенділігін арттырып, оларды қойылған сұраққа эксперименттік жолмен өз бетінше жауап іздеуге үйретеді.

Лабораториялық сабақтарда мынадай оқу есептерін шығаруды жүзеге асыруға болады:

- оқып үйренілетін заңдардың иллюстрациясы (дұрыстығын негіздеу), мәселен рычагтың тепе-теңдігін тексеру шарты. Омның тізбек бөлігіне арналған заңының иллюстрациясы;

- физикалық шамаларды өлшеу әдістерін меңгеру, мысалы өткізгіштердің кедергісін анықтау электр лампысы тұтынған токтың қуатын анықтау;

- физикалық шамалардың арасындағы байланыстарды оқып үйрену және құбылыстар заңдылықтарын тағайындау, мысалы ток күшінің тізбектегі кедергіге және параллель жалғастырылған тұтынушылардың санына байланыстылығы;

- өлшеу приборларымен динамометрмен, таразымен, манометрдің алуан түрлерімен, амперметрмен, вольтметрмен пайдалану шеберліктерін дарыту;

- схемаларды оқи білумен машықтандыру;

- оқушылардың конструкторлық қабілеттерін және техникалық тапқырлықтарын дамыту;

- физикалық приборлардың құрылысын және жұмыс принципін оқып үйрену.

2.2.2. Лабораториялық жұмыс формаларын ұйымдастыру

Практикада лабораториялық сабақтардың негізгі екі формасы орын алған: фронталь лабораториялық жұмыстар және физикалық практикум.

Фронталь лабораториялық жұмыстарда сыныптың барлық оқушылары жұмысты бір тақырыпқа орындайды және бірдей жабдықтармен пайдаланады. VII және VIII сынып оқушыларына физика бағдарламасы бойынша көзделген барлық лабораториялық жұмыстар осындай тәсілмен өткізуге есептелген.

Фронталь лабораториялық жұмыстар бүкіл сабақ бойына есептелген ұзартылған және 5-10 минутқа есептелген қысқа уақыттық болуы мүмкін. Соңғысын кейде фронтальдық тәжірибелер деп атайды. Қысқа уақыттық болып мынадай жұмыстар өткізілуі мүмкін: ареометрмен сұйық тығыздығын анықтау, динамометрмен күшті өлшеу (VII сынып), электр тізбегінің әр түрлі тізбектеріндегі кернеулерді өлшеу (VIII сынып) және басқалары.

Сабақта шамалы ғана уақыт ала отырып, мұндай жұмыстар физиканы оқытудың тиімділігін едәуір арттырады. Сонымен бірге олар оқушыларды неғұрлым күрделі жұмыстарды өткізуге дайындайды және приборлармен өткізілетін жаттығулардың санын арттырады, ал бұл практикалық заңдылардың қалыптасуына өте қажет.

Фронталь лабораториялық жұмыстар педагогикалық жағынан құнды, оларды оқып үйренілетін программа материалымен бүкіл оқу жылы бойында тығыз байланыста өткізеді. Ортақ тақырыптың болуы сабақтағы оқушылар жұмысына басшылықты жеңілдетеді.

Алайда көрсетілген жетістіктермен қатар фронталь жұмыстар әдісінің кемшіліктері де бар. Солардың бірі практикалық дағдыларды қалыптастыру мақсатында техникалық приборлармен оқушыларды таныстыру әбден қажет бола тұрса да лабораториялық жұмыстарда негізінен оқу приборларын пайдаланады.

Физикалық практикум – лаборториялық сабақтардың жоғарғырақ басқышы, оның мынадай ерекшеліктері бар: оқушылардың әр түрлі тобы түрлі жұмыстар орындайды; физикалық практикум жұмысы мазмұны жағынан фронталь жұмыстарға қарағанда күрделірек және оны орындау үшін, әдетте, көбірек уақыт керек болады.

Физикалық практикум жұмыстары бірінші жарты жылдықтың немесе оқу жылының аяғында, кейде үлкен бір бөлімді оқып үйренгеннен кейін барып қойылады.

Үйде орындалатын эксперименттік жұмыстар үй тапсырмаларының ерекше бір түрі болып табылады, оларды орындау кезінде оқушылар үй тұрмысындағы нәрселерді, қарапайым қолдан жасалған приборларды пайдаланады, бақылаулар және тәжірибелер жасайды.

Үйде орындалатын эксперименттік сабақтар оқушыларға оқып үйренілген физикалық заңдардың қоршаған өмірдегі көрінісін көре білуде себі тиеді, сөйте отырып теория мен практиканың байланысын ұштастырады. Сонымен қатар олар бақылампаздықтың дамуына практикалық біліктер мен дағдыларды дарытуда себі тиеді.

2.2.3. Фронталь лабораториялық сабақтарды ұйымдастыру және өткізу әдістемесі

Лабораториялық жұмыстарды жоспарлай отырып, мынаны еске алған жөн: программада лаборториялық жұмыстар тақырыптың соңында көрсетілген, бірақ бұл міндетті түрде тақырыпты түгел оқып үйренгеннен соң қою керек деген сөз емес. Қандай да бір жұмыстың қойылу уақыты, оның оқу үдерісіндегі орны бәрінен бұрын осы лаборатоиялық жұмыстың алдына қойған мақсатымен анықталады.

Кейбір жағдайларда сабақтың тақырыбын оқып үйренуді лабораториялық жұмысты орындаудан бастаған жөн, сонан кейін қорытындыға немесе заңның тұжырымдамасына көшеді. Бұл жағдайда жаңа материалды түсіндіруді лабораториялық жұмыстың нәтижесі негізінде құрады. Мәселен, VIII сыныпта «Кристалл денелердің балқуы» тақыры бойынша түсіндіру жүргізуге болады.

Екінші бір жағдайларда лаборатоиялық жұмыстарды оқушылардың оқып үйренгендерін тереңдете түсу және пысықтау мақсатымен өткізіледі. Мысалы, «Электр қоздырғышы бар қондырғының тиімділігін анықтау» деген лабораториялық жұмысты электр тогының жылулық әсерін оқып үйренген соң өткізеді.

Кейде лабораториялық жұмыстарды есептер формасында өткізу пайдалы. Мысалы, «Электр лампысы тұтынатын қуатты анықтау» деген лабораториялық жұмысты сәйкес тақырыпты оқып үйренуді аяқтаған соң бақылау есебі түрінде қойған жөн.

Ақырында, жұмыстардың біразын бірқатар өтілген тақырыптардың материалын қайталау мақсатымен өткізеді.

Лабораториялық жұмыстарды ойдағыдай өткізу үшін физика кабинетіне типтік лабораториялық құрал-жабдықтар саны жұмыстарды орындау кезінде 1-2 оқушыға бір комплектіден келетіндей болуы қажет. Тек осы жағдайда ғана лабораториялық сабақтарды өткізуді жоғары дәрежеде қамтамасыз етуге болады және оқушылар олардың орындалу барысына көңілдері толғанын сезінеді. Фабрикадан шыққан жабдықтармен қатар, көптеген жұмыстарда қолдан жасалған жабдықтарды пайдалануға болады. Мысалы, «Көлбеу жазықтықтың бойымен денені көтеру кезіндегі ПӘК-ін анықтау» (VII сынып) деген лабораториялық жұмысты орындау үшін трибометр қолданылады. Оны мектеп шеберханаларында жасауға әбден болады.

Әдетте, физика бойынша қолдан жасалған приборлар барлық негізгі әдістемелік талаптарды (сырт пішіні жақсы жасалған, сенімділігі және жұмысқа ыңғайлылығы, конструкциясының қарапайымдылығы) қанағаттандыратындай дәрежеде болуы тиіс. Тек қана өлшегіш-приборларды (таразы, сызғыш, мензурка) қолдан жасауға рұқсат етілмейтінін еске саламыз. Бұл приборлар міндетті түрде өнеркәсіпте жасалған болуы тиіс, өйткені жұмыстарда қажетті дәлдікпен өлшеу приборларымен жұмыс істеу дұрыс өлшеу дағдыларының қалыптасуына кедергі келтіреді.

Лабораториялық жұмыстардың мазмұнын оқушылар шапшаң түсініп және оларды сапалы орындай алуы үшін, олар осы жұмыстарға қатысты теориялық материалды жақсы білуі қажет. Сондықтан мұғалім сәйкес материалды қайталауды алдын ала жоспарлауы тиіс. Өтілген материалды пысықтау үшін қажетті жұмыстарды дайындауда оқушыларға өз бетінше қайталауға қажетті мәселелерді дер кезінде көрсетіп беру керек, сондай-ақ олармен физика курсының сәйкес бөлімдерінен бірқатар есептер шығару керек.

Әрбір лабораториялық жұмыс қажетті приборлар мен материалдарды мұқият дайындауды талап етеді. Приборлар комплектісімен таңдап алынуы (8.1 - сурет) мұқият тексерілуі тиіс. Приборларды салу үшін арнайы қобди-жәшіктерді қолданған жөн. Қобдиларды олардың ішіне приборлардың комплектісі түгел сиятындай етіп жасайды.

Тәжірибенің көрсетуінше фронталь лабораториялық жұмыстарды орындау кезінде арнайы жазу инструкцияларын құру және таратып беру артық, өйткені лабораториялық жұмыстардың мазмұны физика оқулықтарында айтылған. Жұмыстың сипаттамасымен оқушыларды оны орындау алдында таныстырған жөн. Алайда бірқатар жұмыстардың оқулықтардағы сипаттамасы тым тәптіштеп айтылғанын ескеру керек. Бұл оқушылардың өз бетінше жұмыс істеуіне нұқсан келтіреді. Сондықтан жұмыстарды оқулықта берілген сипаттама бойынша орындаумен қатар оқушылар жұмыстың тек мақсатын тұжырымдап, оны орындау тәсілдерін өз беттерінше анықтау ұсынылатындай етіп өткізуді ұйымдастыру қажет.

Лабораториялық жұмыстарды орындауға арналған сабақты оның мақсаты мен мазмұнына байланысты әр түрлі етіп құруға болады. Мұғалімдердің тәжірибесіне сүйеніп, осындай сабақты өткізудің мынадай ең кең тараған схемасын ұсынуға болады: кіріспе әңгіме; экспериментті оқушылардың орындауы және өлшеу нәтижелерін дұрыстау, жұмыстың қорытындысын шығару.

Кіріспе әңгіменің мақсаты оқушылардың лабораториялық жұмыстарды саналы орындауға дайындығын айқындау, ал оған материал бойынша жаппай сұрауды өткізу арқылы қол жеткізіледі, бұл білім жұмысты сапалы орындау үшін қажет. Одан кейін жұмыстың мақсаты тұжырымдалады және оның орындалу барысы (жоспар) талқыланады. Осыған байланысты приборлармен, материалдармен жұмыс істеу ережелері туралы, сондай-ақ есепті әзірлеу туралы қысқаша нұсқаулар беріледі. Лабораториялық жұмыстарды орындауға мұндай дайындық әсіресе, VII сыныпта қажет, өйткені бұл кезде оқушылардың лабораториялық жұмыстарды орындауға арналған біліктері мен дағдылары әлі жеткілікті болмайды. Әрі қарай кіріспе әңгімеде тек қана жұмыстардың мақсаты түсіндірілетін лабораториялық жұмыстардың түрін де өткізуді практикаға енгізу керек. Жұмыстың орындалу тәртібін оқушылар өз бетінше анықтайды.

Кіріспе әңгімені өткізе отырып, физикалық шамаларды өлшеудің дәлдігімен, ережесіне мүмкін қателер мен оларды болдырмау шараларына жұмысты орындау үдерісінде сақталуға тиіс сақтық шараларын көрсетуге оқушылардың назарын аудару қажет. Әдеттегіше, оқушылар оқытушының тексеруінсіз электр тізбегін токқа қоспауы тиіс. Приборлармен байқап жұмыс істеу және өлшеу ережелерін сақтау әрбір жұмыста қажет болады.

Оқушылармен экспериментті орындау. Лабораториялық жұмысты орындауға кірісе отырып, оқушылар приборлармен танысады, қажетті нәрселердің бәрі үстелде бар ма, соны тексереді. Оның соңынан тағайындалған жоспарға сәйкес олар өз бетінше тәжірибелер мен өлшеулер жүргізіледі, өлшеулердің нәтижесін кестеге жазады. Жұмыс нәтижелерінің дәлдігін арттыру үшін бір шаманы өлшеуді бірнеше (3-5) қайтара жасап, оның орташа мәнін табуды ұсынған жөн.

Мұғалім қатарлар бойымен өтіп жүріп, оқушылардың жұмыс барысына бақылайды, практикалық нұсқаулар береді, ал қажетті жағдайларда жеке оқушыларға көмек көрсетеді. Өлшеу ережелерін сақтауға және приборлармен пайдалана білуге ерекше көңіл аударған жөн. Егер оқушылардың көбі типтік қате жіберсе, мысалы амперметр мен вольтметрді ток көзіне дұрыс қоспаса, мұғалім жіберілген қатеге сыныптағы бүкіл оқушылардың көңілін тағы да аударып және оны қалай дұрыс жасау керектігін көрсетеді.

Оқушылардың есептерін тексеру және лабораториялық жұмыстарын бағалау. Орындалған лабораториялық жұмыстар бойынша оқушылар өз дәптерлеріне қысқаша есеп жасайды. Бұл есептерді мұғалім мазмұны жағынан, жазылу сапасы тұрғысынан мұқият тексеруі тиіс. Барлық лабораториялық жұмыстарды, әдетте, бағалау қажет. Бұл оқушылардың оны орындаудағы жауапкершілігін арттырады.

Жұмысты орындау және есепті әзірлеу бірыңғай процесс болғандықтан, лабораториялық жұмысқа жалпы бір баға қойылуы тиіс. Мұғалім бұл тұста оқушылардың жұмысты өздігінен орындау дәрежесін, оқушылардың біліктерін, өлшеу нәтижелерінің және есептеулердің дұрыстығы мен дәлдігін, есепті әзірлеу сауаттылығын ескеруі керек. Сондай-ақ оқушылардың қауіпсіздік техникасы ережелерін сақтауын да баға қойғанда ескеру қажет.

Лабораториялық жұмыс кезінде мұғалім өте мұқият және әділ болуы тиіс. Тек осы жағдайда ғана баға оқушыларды жұмысқа ынталандыра алады. Лабораториялық жұмысты жүргізу кезіндегі оқушылардың жұмысы жөнінде толық түсінік алуы үшін, мұғалім оқушылардың іс-әрекетін бақылап отырады. Бұл тұста ол оқушылардың әрқайсысы өзінің жұмыс орнын қаншалықты дұрыс және шебер ұйымдастырғанын, приборлар мен жабдықтарды қалай таңдап алғанын, қондырғыларды қалай жинастырғанын және өлшеулерді қалай жүргізгенін өзіне белгілеп қояды.

Жұмыс қорытындысын шығару. Сабақтың соңында немесе келесі сабақта, оқушылардың дәптерлерін тексергеннен кейін, жұмыс нәтижелерін қысқаша талқылау керек. Бұл жұмысты қорытындылау, негізгі жетістіктерді және ондағы кемшіліктерді айқындау, жіберілген қателердің себептерін түсіндіру мақсатын қояды.

Өлшеу сипатты жұмыстарда шыққан нәтижесі кестемен дәл келетін жұмысты ең жақсысы деп есептеуге болмайды. Шындығында мұндай жағдайлар мына себептерден болмайды:

- мектеп приборларының жетілдірілмегендігі;

- тәжірибесіз экспериментатор-оқушылардың өлшеулердегі жіберген дөрекі қателері;

- мектепте қолданылатын физикалық заңдар мен құбылыстарды оқып үйрену әдістері, ықшамдалған және ғылымда қол жеткен дәлдікті сол қалпында бере алмайды.

Өлшеулерді орындау ережелерін сақтау бұл текті қателерді едәуір азайтуға мүмкіндік береді. Мұғалім берілген жұмыста шамамен қандай нәтижелер шығатынын және ең үлкен жіберілетін қателік қандай болатынын алдын-ала білуі тиіс. Бұл жөнінде жұмыс нәтижелеріне талдау жасағанда оқушыларға айту керек. Кейбір жұмыстарда бүкіл сыныптың өлшеулерінің орташа нәтижесін табу өте пайдалы.