Содержание к диссертации
Введение
Глава I. НАУЧНО-ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИЗУЧЕНИЯ ВИХРЕВОГО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ В ШКОЛЬНОМ КУРСЕ ФИЗИКИ НА СОВРЕМЕННОМ ЭТАПЕ
1 Роль и место понятия поля в электродинамике 18
2. Классификация проявлений электромагнитного поля. Вихревые и потенциальные поля ... 30
3. Особенности переменного электромагнитного поля 42
4. Современное состояние изучения вихревого электромагнитного поля в общеобразовательном курсе физики 56
5. Современные психолого-педагогические требования к содержанию учебных предметов и управлению процессом обучения 68
Глава II. МЕТОДИКА ИЗУЧЕНИЯ ВИХРЕВОГО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ В КУРСЕ ФИЗИКИ СРЕДНЕЙ ШКОЛЫ
І. Выявление основных положений методики изучения вихревого электромагнитного поля.. 81
2. Пропедевтическое рассмотрение некоторых
сведений о вихревом электромагнитном поле
на первой ступени обучения физике 93
З. Изучение вихревых полей в 9 классе средней школы 109
4. Изучение свойств вихревого электромагнитного поля в 9 классе средней школы......... 137
.5. Результаты контрольного экспериментального исследования 153
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 162
ЛИТЕРАТУРА 166
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 180
ПРИЛОЖЕНИЕ П 184
ПРИЛОЖЕНИЕ Ш 190
ПРИЛОЖЕНИЕ ІУ 196
- Роль и место понятия поля в электродинамике
- Классификация проявлений электромагнитного поля. Вихревые и потенциальные поля
- Выявление основных положений методики изучения вихревого электромагнитного поля..
Роль и место понятия поля в электродинамике
Термин "поле " в физике применяется неоднозначно. Смысл его меняется в ходе развития науки в связи с непрерывно происходящим процессом познания окружающей нас действительности и отражает эволюцию взглядов человечества.
"История развития понятия поля в физике является наглядным примером того, как от противопоставления корпускулярных и волновых представлений (прерывности и непрерывности) наука пришла к установлению единства корпускулярно-волновых свойств материи" /39, с. 6/.
Первоначально поле выступало в сознании древних мыслителей в виде одного из элементов картины мира - чистого пространства, лишенного материальной среды (Демокрит, Евклид) или заполненного какой-то средой (Аристотель). "Пустое бесконечное пространство Демокрита - это совершенно новый элемент картины мира, и его появление вызвано успехами геометрии" /59, с. 12/.
Первые представления о поле как особой среде, передающей взаимодействие от тела к телу, возникли во второй половине ХП века в связи с проблемой объяснения явления тяготения. Рене Декарт и его последователи (картезианцы) пытались объяснить тяготение как результат движения особого вещества, заполняющего все пространство - невесомого флюида-эфира. При этом понятие "поле"имело лишь вспомогательное значение, помогало объяснить некоторые физические процессы. Все известные в то время гравитационные электрические, магнитные явления рассматривались лишь как свойства вещественных тел, которые могут проявляться на расстоянии.
Как материальный объект поле впервые было рассмотрено М.Фарадеєм (хотя существование поля предугадывал еще Ньютон).
Взгляды Фарадея основывались на представлении о близко-действии. "Для Фарадея поле - это то, что излучает, распространяется с конечной скоростью в пространстве, взаимодействует с веществом" /59, с. 138/, По вопросу: Использовал ли Фарадей термин "поле"? - мнения авторов курсов истории физики различны /59, с. 179; 109, с. 103 со ссылкой на 119, с. 277/.
"... пусть Фарадей не сформулировал четко понятие поля, но суть всех его воззрений сводится к тому, что все взаимодействия осуществляются посредством особой материальной среды, передающей за конечное время процесс взаимодействия зарядов и токов. А это и значит, что Фарадей, по сути дела, ввел в физику идею поля..." /78, с. 146/ и предсказал возможность его распространения в виде волн. В отличие от картезианских идей у Фарадея существенна уже не просто среда, являющаяся посредником при взаимодействии, но и роль ее в процессах, распространяющихся в этой среде с конечной скоростью.
Классификация проявлений электромагнитного поля. Вихревые и потенциальные поля
Система уравнений Максвелла описывает закономерности существования электромагнитного поля во всевозможных случаях. Выделяются некоторые проявления электромагнитного поля, встречающиеся в повседневной жизни, имеющие практическое применение, например, электрическое поле, магнитное, переменное электромагнитное, . .
Классификация частных видов электромагнитного поля может быть различная. Рассмотрим наиболее часто встречающиеся классификации проявлений электромагнитного поля.
Во всех курсах физики выделяются два частных проявления электромагнитного поля: электрическое поле и магнитное поле.
Какого-либо одного признака, положенного в основу такого разделения электромагнитного поля, нет, и вообще это разделение условно, лишь при определенных условиях можно рассматривать одну сторону электромагнитного поля (например, электрическую) и не учитывать другую (магнитную). Определяются электрическое и магнитное поля перечислением их основных свойств, например, как в книге Д.Н.Пеннера и В.А.Угарова /84/. "Электрическое поле определяется как одна из двух сторон электромагнитного поля, обусловленная электрическими зарядами и изменением магнитного поля, оказывающая силовое воздействие на заряженные частицы и тела и выявляемая по силовому воздействию на неподвижные заряженные тела и частицы" /84, с. 5-6/. Аналогично определяется и магнитное поле.
В вузовских курсах физики эти проявления электромагнитного поля вводятся
- либо с указанием условий существования относительно зарядов и токов /26, 37, 43, 47, 99, 100, 112/;
- либо как векторные функции координат и времени, отождествляясь с их силовыми характеристиками /II, 83, 121, 122/.
В зависимости от изменения поля во времени выделяют статические, стационарные, квазистационарные, переменные поля. Вводятся такие виды электромагнитного поля
- либо с указанием условий существования относительно зарядов и токов /26, 37, 47, 99, 100, 112/;
- либо с указанием основных свойств /84/;
- либо исходя из математического описания электромагнитного поля /II/.
Выявление основных положений методики изучения вихревого электромагнитного поля..
С целью определения ОСНОЕНЫХ положений методики изучения вихревого электромагнитного поля и для проверки правильности выбираемых путей решения поставленной методической задачи нами проводилось поисковое экспериментальное исследование.
Поисковый педагогический эксперимент проходил в 1978--1979 учебном году в 7 классах школы Л 8 г. Череповца, а в 1980-1981 учебном году в 7 и 9 классах школ Ш 2, 3, 20, 25 г. Череповца. В экспериментальном исследовании приняли участие 472 ученика 7 классов и 247 учеников 9 классов. Проводилось исследование учителями: Кузнецовой Н.Н., Богдановой И.Г., РакеЕой Г.А., Голубевой К.Е., Буневой Н.Н. и лично автором.
В ходе педагогического эксперимента в 7 классах исследовалось:
- возможность выделения некоторых особенностей вихревого поля, изучаемых в 7 классе по действующему учебнику, путем сопоставления свойств электрического поля (как потенциального) и магнитного поля (как вихревого) и систематизации сведений, получаемых учащимися о полях;
- возможность представления электромагнитной индукции как явления возникновения электрического поля при изменении поля магнитного на качественном уровне,
В результате проведенного исследования выяснилось, что все учащиеся усвоили отличия электрического и магнитного полей по двум признакам: условиям существования и распределению в пространстве. Из отзывов учителей, наблюдений за учебным процессом следует, что предлагаемая трактовка электромагнитной индукции доступна учащиеся. Вместе с тем оказалось, что слабо усвоена учащимися зависимость действия электрического и магнитного полей на заряженные частицы и намагниченные тела от расстояния, величины заряда, силы тока» Не смогли указать, от чего зависит действие электрического поля на заряженные частицы 47$ учащихся, а от чего зависит действие магнитного поля - 80$ учащихся. Однако знание этих особенностей действия электрического и магнитного полей необходимо для понимания свойств переменных полей, усвоения физического смысла явления электромагнитной индукции.
В процессе поискового экспериментального исследования в 9 классах апробировалась возможность изучения свойств вихревых полей путем сравнения их со свойствами потенциальных полей. С этой целью была подобрана система обобщающих таблиц. По окончании изучения курса физики 9 класса учащимся предлагалось ответить на вопросы анкеты, аналогичной анкете констатирующего экспериментального исследования и самостоятельно заполнить таблицу сравнения свойств различных частных проявлений электромагнитного поля.
