Особливості методики формування поняття «узагальнені сили» в процесі підготовки майбутнього вчителя фізики

Abstract

Основою теоретичної підготовки майбутніх вчителів фізики є фундаментальні теорії, на яких базується навчально- методичне забезпечення навчального процесу. Такими теоріями є загальні варіаційні принципи, які сприяли становленню класичної механіки, що містить в собі, як наслідок, і механіку Ньютона, і має значні перспективи застосування. Варіаційні принципи майбутні вчителі фізики починають вивчати у розділі теоретичної фізики «Класична механіка» на третьому курсі, де вони стикаються з багатьма абстрактними поняттями, формування яких ставить перед ними задачу відмовитись мислити і оперувати звичними наочними поняттями, що притаманні загальній фізиці, а перед викладачами – безліч методичних проблем, які потрібно вирішити. Тому метою статті є розкриття особливостей методики навчання теми «Узагальнені сили». Як методи дослідження використовувались такі: системний науково-методичний аналіз підручників і навчальних посібників, наукових статей; спостереження навчального процесу; синтез, порівняння та узагальнення теоретичних положень; узагальнення власного педагогічного досвіду. У роботі запропоновано один із можливих способів обґрунтування цього питання, який автори використовують на перших лекціях із класичної механіки. Згідно із цим способом, для успішного опанування студентами даної теми на лекції необхідно розкрити такі питання: варіація функції; узагальнені координати, узагальнені сили, їх розмірності; визначення узагальнених сил для консервативних та неконсервативних систем; роль поняття «узагальнені сили» у побудові аналітичної механіки. Розглянута методика сприяє формуванню у студентів причинно-наслідкових зв’язків між поняттями «узагальнені координати», «віртуальні переміщення», «принцип можливих переміщень», «узагальнені сили», отже, є основою для вивчення варіаційних принципів і суттєво поліпшить фахову підготовку майбутніх учителів фізики.

The basis of theoretical training of future teachers of physics are the fundamental theories on which educational and methodological support of the educational process is based. Such theories are general variation principles. Preparing physics teachers’, the principles are studied in the theoretical physics course in its first section – «Classical mechanics». Unlike the general course «Mechanics», where students only deepen their school knowledge, while studying classical mechanics, they encounter many generalized and abstract concepts, which formation puts a lot of methodological problems before the teachers that should be solved. The purpose of the article is coverage of methodical aspects of teaching «Generalized forces». The following methods were used for research: systematic scientific and methodological analysis of textbooks and manuals, articles; observation of the educational process; synthesis, comparison and generalization of theoretical positions; generalization of own pedagogical experience. One of the possible ways of substantiating this question, which the authors use in the first lectures on classical mechanics, is suggested in the paper. According to this method, the following issues need to be addressed at the lecture: variation of function; generalized coordinates, generalized forces, their dimensions; definition of generalized forces for conservative and non-conservative systems; the role of the concept of «generalized forces» in the construction of analytical mechanics. The proposed method contributes to the formation of causal relationships between the concepts of «generalized coordinates», «virtual displacements», «the principle of possible displacements», «generalized forces», hence, the basis for studying variational principles and significantly improves the professional training of future teachers of physics.