Дипломная (вкр): Разработка методики формирования у студентов высших учебных заведений педагогических специальностей понятий электричества в условиях кредитной системы обучения

Решение. Запишем закон Ома для участка цепи , а также формулу для силы тока из определения I=q/Δt, тогда

 и (5)

Подставляя числовые данные? Получим

Зависимость  в начале обслуживают при решении качественных задач.

. Длину медной проволоки вытягиванием увеличили вдвое. Как изменилось сопротивление проволоки?

. Проволоку сопротивлением R разрезали на две разные части и скрутили их вместе по всей длине. Каково теперь сопротивление проволоки?

4. Определите сопротивление медного провода длиной 1 км при площади поперечного сечения 2 мм².

Решение. Из таблицы найдем удельное сопротивление меди ρ_м=0,017* 10^-6Ом*м. подставим числовые данные в формулу R=; S=2мм²=2*10^-6 м², l= 1км=1000м=10³м, тогда

R=0,017*10^-6 Ом * м * =8,5 Ом.(6)

. Определите удельное сопротивление провода, если известны его диаметр d=1,5 мм, длина l=14,2 м, а при напряжении U=18 В в нем устанавливается сила тока I=2,25 А.

Решение: Удельное сопротивление провода найдем из формулы

, но  тогда

.(7)

Подставляя числовые данные, получим = 1,0 * 10^-8 Ом * м.

. Определите площадь поперечного сечения и длину проводника из алюминия, если его сопротивление R=0,1 Ом, а масса m=54 г.

Решение: Запишем систему уравнений:

, ,(8)

Где ρ’ - плотность алюминия, отсюда

 или  и (9)

Из таблицы находим удельное сопротивление алюминия ρ = 0,029 * 10^-6 Ом * м и плотность алюминия ρ = 2,7 * 10³ кг/м³; l = 8,3 м; S = 2,4 * 10^-6 м².

Классификация понятия

Важным видом работы по усвоению понятий является выполнение заданий по классификации понятий. Пока заданиям такого вида не уделяется должного внимания в обучении физике. Задания по классификации отсутствуют в учебниках, их нет в сборниках задач. Производя классификацию понятий (явлений, свойств тел, структурных форм вещества, видов движения, физических величин и т.д.) учащиеся решают целый ряд познавательных, логических задач:

а) находят общий существенный признак класса объектов, подлежащих классификации, который мог бы служить основанием классификации;

б) выявляют видовые отличия объектов;

в) производят операцию деления объема понятия;

г) выявляют отношения подчинения и соподчинения.

Цель этого этапа - уточнить, обобщить знания о связях и отношениях группы уже сформированных понятий. Кроме того, его цель - ознакомить студентов с сущностью и правилами научной классификации, раскрыть значение классификации в упорядочении и систематизации накопленных знаний. При классификации очень важно правильно определить основание деления - существенный признак, по которому более общее (родовое) понятие делится на виды. Один из примеров классификации приведен в рисунке 3:

Рисунок 3

8. Обогащение понятия

Обогащение понятия в процессе его формирования - выявление новых существенных свойств (сторон) объектов, отражаемых в сознании с помощью данного понятия. Моменты (этапы обучения), соответствующие обогащению понятия, называют узловыми точками в развитии понятия. Так, обогащение понятия «ток», «заряд», «напряжение», «сопротивление» происходит в дальнейшем процессе изучения курса общей физики, например, в механике студенты первоначально изучают кинетическую и потенциальную энергии взаимодействия тел, а при изучении молекулярной физики данные понятия обогащаются на примере движения и взаимодействия молекул и атомов.

9. Вторичное более полное определение понятия

Определение понятий не остается чем-то раз навсегда данным, неизменным. По мере развития понятий в науке (что отражает более глубокое познание материальной действительности) пересматривается содержание определений в направлении более точного, полного отражения существенных свойств (сторон) предметов, охватываемых данным понятием. Изменение определений в науке находит отражение и в учебной литературе.

Например, в школьном курсе электрический ток определяют как упорядоченное движение электрических зарядов. Однако все основные понятия при изучении постоянного тока вводят на примере тока в металлах. В этом случае электрический ток определяют как упорядоченное движение свободных электронов под действием электрического поля.

В вузе понятие дается - «электрическим током называется упорядоченное движение электрических зарядов. Электрический ток, характеристики которого не изменяются со временем, называют постоянным током». Все это «узловые» моменты в развитии понятия.

10.  Опора на данное понятие при усвоении нового понятия

Опора на понятие «электрический ток, заряд, напряжение, сопротивление» при усвоении новых понятий происходит при последующем изучении курса физики, данное понятие обогащается при изучении главы электромагнитных колебания и волны.

11.  Установление новых связей и отношений данного понятия с другими

Суть данного этапа заключается в том, что формируемое и непрерывно развивающееся понятие включается в новые, более широкие связи - связи с понятиями, формируемыми в процессе изучения новых тем или разделов курса, а также с понятиями, формируемыми при изучении других учебных дисциплин. Например, при изучении теории относительности понятие «квант энергии», формирование которого было начато при изучении темы «квантовые свойства света», включается в систему понятий теории относительности; здесь устанавливается связь импульса фотона, скорости распространения света:

(10)

Вместе с тем, здесь устанавливаются существенные связи и более отдаленных (по времени начала формирования) понятий массы и энергии

;

импульса частицы, длины волны и скорости распространения света:

 или ,(11)

где р - импульс любой частицы; устанавливается общность (справедливость) законов сохранения энергии и импульса для макротел и частиц (вещества и поля).

Выделенные этапы развития сложных понятий можно проследить на примере формирования многих естественнонаучных и общенаучных понятий, например, понятий материя, движение, масса, импульс, сила, работа, ток, заряд, напряжение, сопротивление и другие.

Отдельные элементы процесса формирования понятия могут меняться местами во времени или осуществляться одновременно, в неразрывной связи, но все они должны реализовываться при формировании понятия. Способы их реализации могут быть различны. Они должны определяться с учетом содержания, природы понятия, общего развития студентов, имеющейся у них понятийной базы.

12.  Методика проведения дидактического эксперимента и анализ его результатов

Целью эксперимента явилась проверка возможности и эффективности разработки методики формирования понятия «ток», «заряд», «напряжение», «сопротивление» в процессе обучения физике на педагогических специальностях высших учебных заведений в условиях кредитной системы обучения.

Педагогический эксперимент рассматривается как комплекс методов исследования, позволяющих обеспечить доказательную и научно-объективную проверку правильности гипотезы, которая была выдвинута.

Общее число учащихся, принявших участие в педагогическом эксперименте, составило 21 человек, что обеспечивает статистическую достоверность полученных результатов.

В экспериментальной работе принимали участие студенты Костанайского социально-технического университета специальностей «Информатика», «Физика», «Экология», «География». Эксперимент осуществлялся в рамках естественного образовательного процесса университета на практических занятиях по физике.

Определяя показатели эффективности обучения в экспериментальных и контрольных группах, остановимся на следующих показателях:

•  объем, глубина понимания и оперативность знаний студентов;

•        степень овладения пониманием структуры изучаемого раздела;

•        умение ориентироваться в иерархических связях между понятиями раздела.

Исследовательская работа проходила в несколько этапов:

1. Экспериментально - аналитический.

•  разработка методики формирования понятия «ток», «заряд», «напряжение», «сопротивление» в условиях кредитной системы обучения;

•  фиксирование данных о ходе эксперимента на основе контрольных срезов, характеризующих изменения объектов под влиянием экспериментальной системы мер.

2. Обобщающий

•  статистическая обработка результатов эксперимента;

•        конечная диагностика уровня усвоения понятия «ток», «заряд», «напряжение», «сопротивление» студентами;

•  осмысление и аналитическое изложение выводов.

Для оценки достигнутого уровня овладения понятием «ток», «заряд», «напряжение», «сопротивление» у студентов вузов в процессе изучения курса общей физики при кредитной системе обучения было введено несколько показателей, измерение которых в ходе обучающего эксперимента дало возможность проследить изменения в контрольных и экспериментальных группах.

Измерение показателей проводилось в различных шкалах. Поэтому, с целью унификации измерений и перехода к обобщенному показателю (коэффициенту), все измерения сведены к порядковой (ранговой) шкале и выделены 4 (четыре) уровня:

- нулевой уровень: студент обладает представлениями о разделе, знаниями о понятиях курса, но отобразить их в виде единой системы он не в состоянии;

- первый уровень: студент обладает частичными знаниями о структуре курса, умеет отслеживать отдельные связи между понятиями;

- второй уровень: уровень знаний о структуре курса средний, студент может указать исходные понятия, генетически исходное понятие, однако отсутствуют полные представления о структуре курса;

- третий уровень: характеризуется полными представлениями о структуре курса, пониманием взаимосвязей между понятиями.

Проверка эффективности разработанной методики осуществлялась по средствам анкетирования в контрольных и экспериментальных группах. Ниже предоставлена предложенная анкета.

В качестве основного количественного критерия полноты усвоения студентами содержания научных понятий мы выбрали «коэффициент полноты усвоения студентами содержания понятий», который вычисляется нами по методике, разработанной А.В. Усовой:

, где(12)

l_i - число существенных признаков понятий, усвоенных i-тым студентом;

l - общее число признаков понятия;

n - число учащихся.

1) коэффициент полноты выполнения операций вычисляется по формуле:

, где (13)

m_i - число операций, выполненных i-тым учащимся;

m - общее число операций;

n - число учащихся.

Рассчитанное нами значение коэффициента успешности равно 1,26, что в соответствии с методикой А.В. Усовой говорит об эффективности предлагаемой новой методики.

2) коэффициент полноты усвоения объема понятия

 (14)

где m_i- полнота усвоения объема i- м студентом,

m- объем, подлежащий усвоению на данном этапе формирования понятия,

n- количество учащихся в классе;

3) коэффициент, характеризующий полноту усвоения связей и отношений данного понятия с другими:

 (15)

где f_i- количество связей и отношений, усвоенных i-м студентом,

f - количество связей, которые должны быть усвоены учащимся на данном этапе формирования понятия.

n - число учащихся.

Согласно формуле «коэффициента полноты усвоения студентами содержания понятий» мы произвели вычисления и определили коэффициент полноты усвоения студентами содержания понятий на первоначальном этапе, результаты которых приведены в таблице 2.

Таблица 2

Коэффициент полноты усвоения студентами содержания понятий на первоначальном этапе

Согласно данным, приведенным в таблице 2, получили диаграмму на рисунке 4, графически изображающую коэффициент усвоения на первоначальном этапе.

Рисунок 4. Диаграмма коэффициента усвоения понятий на первоначальном этапе

Для проведения сравнения, были также представлены данные коэффициента усвоения на завершающем этапе, представленные в таблице 3.

Согласно данным двух диаграмм на рисунке 6 представлена динамика изменения коэффициента усвоения понятий студентами. Здесь мы наглядно видим, как изменилось качество усвоения понятий студентами.

Таблица 3

Коэффициент полноты усвоения студентами содержания понятий на завершающем этапе

Рисунок 5. Диаграмма коэффициента усвоения понятий на завершающем этапе

Рисунок 6. Динамика изменения коэффициента усвоения понятий

Анализ усвоения студентами понятия «ток», «заряд», «напряжение», «сопротивление»

Знание общих требований к усвоению групп общих понятий и требований к усвоению отдельных понятий позволяет осуществить объективную оценку качества усвоения понятий на различных этапах их формирования. Для проверки качества усвоения понятий успешно могут применяться методы поэлементного и пооперационного анализа.