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

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

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

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

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

Введение понятия «электрический ток»

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

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

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

Эксперимент 1

Заряженный электрометр соединим с таким же, но незаряженным.

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

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

Чтобы существовал электрический ток необходимо:

1. Наличие свободных заряженных частиц

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

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

Тепловое действие тока

Эксперимент 2

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

Химическое действие тока

Эксперимент 3

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

Магнитное действие тока

Эксперимент 4

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

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

Механическое действие тока

Эксперимент 5

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

Физиологическое действие тока

При прохождении через живой организм ток вызывает сокращение мышц.

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

I = ∆q/∆t.

Сила тока - это количественная характеристика электрического тока.

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

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

F = qE.

Ток, заряд, напряжение, сопротивление

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

Формируют это понятие на основе ряда опытов и аналогий.

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

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

Рисунок 1. Перетекание электрических зарядов по проводнику

Сначала рассмотрим обоснование такого порядка введения перечисленных выше понятий.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Формирование понятия напряжения можно разбить на следующие этапы:

1. Дать понятие о напряжении источников тока.

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

.        Ввести понятие напряжении на участке цепи.

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

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

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

После этого вводится формула напряжения

,

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

Далее дают определение единице напряжения - вольту.

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

педагогический кредитный обучение электричество

2.4  Роль самостоятельной работы в процессе усвоения понятий

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

. Классификация понятий (составление классификационных схем и таблиц).

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

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

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

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