Використання міжпредметних зв’язків під час формування поняття «Напруженість електричного поля»

Abstract

В роботі розглянуто питання організації підходу до методики навчання розв’язуванню задач з курсу загальної фізики з використанням апарату вищої математики. З метою подолання основних складнощів у навчанні студентів розв’язуванню задач (низький рівень фізико-математичної підготовки, відсутність достатніх знань, умінь та навичок практичного застосування фізики) запропоновано підхід до методики проведення практичних занять з фізики, який базується на використанні поетапного формування умінь та навичок. Вміння розв’язувати задачі з фізики вимагає від студентів застосування апарату вищої математики. Отже, нами запропонована схема поетапного підвищення складності при формуванні поняття «Напруженість електричного поля» з використанням методу диференціювання та інтегрування, яка використовує відомі значення величини у простішому випадку для знаходження цієї величини у більш складному випадку. Розширено процедуру даного методу на випадки коли елементом диференціювання досліджуваного фізичного об’єкту може бути не лише нескінченно малий точковий елемент, а й елемент більш складної форми, для якого шукана фізична величина була обчислена раніше. Таким чином, запропонована авторами схема поетапного формування умінь та навичок встановлює алгоритм дій для логічних послідовностей розв’язування задач від простої умови задачі до більш складної: джерелом електричного поля є заряджена матеріальна точка → тонка нитка → тонке півкільце → тонке кільце → тонкий диск → півсфера. Приділено увагу особливостям підходу з застосуванням методу диференціювання та інтегрування для розгляду векторних фізичних величин. Опанування студентами запропонованого алгоритму сприяє більш глибокому розвитку вмінь та навичок розв’язувати задачі. Універсальність запропонованого підходу поетапного формування фізичного поняття з поступовим підвищенням складності розширює уявлення студентів про використання вищої математики для розв’язання задач з фізики.

The article addresses the issue of organization of the approach to teaching methods for solving problems in the general physics course using the apparatus of higher mathematics. In order to overcome the main difficulties in teaching students to solve problems (the low level of physical and mathematical training, the lack of sufficient knowledge and skills in the practical application of physics), the methodological approach of conducting practical classes in physics is proposed, which is based on the use of step-by-step formation of skills. The ability to solve physics problems requires students to use the apparatus of higher mathematics. Thereby, we have developed a scheme of gradually increasing complexity in forming the “Electric field vector” concept using the method of differentiation and integration, which applies the known values of a quantity in a simpler case to find this quantity in a more complex case. The procedure of this method has been extended to cases when the element of differentiation of the investigated physical object can be not only an infinitesimal point element, but also an element of a more complicated shape, for which the desired physical quantity is already calculated. Thus, the authors’ scheme of the step-by-step formation of skills establishes an algorithm of actions for logical sequences of solving problems from a simple example to a more complex one: the source of the electric field is a charged material point → thin thread → thin half-ring → thin ring → thin disk → hemisphere. Attention is paid to the peculiarities of the approach with the use of the differentiation and integration method for consideration of vector physical quantities. Students' mastering of the proposed algorithm contributes to the more profound development of skills and abilities to solve problems. The versatility of the proposed approach of the step-by-step formation of a physical concept with the gradual increase in complexity expands students' ideas about the use of higher mathematics to solve problems in physics.