WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 15 |

Обычный подход состоит в том, что все темы сначала излагаются формально и абстрактно и лишь в дальнейшем полученный материал связывается с имеющимся и формируемым у студентов опытом. На практических или лабораторных занятиях, по-видимому, это замедляет процесс познания для студентов. Другой подход состоит в признании того, что физика представляет собой описание реально происходящих явлений, и поэтому изложение каждой темы начинается с конкретных опытов и наблюдений, которые в своем большинстве знакомы студенту из школьного курса. Такой способ изложения лучше отражает действительный ход развития физики, т.е. физические законы рассматриваются как обобщения конкретных наблюдений. Затем при изложении материала используются основы дифференциального и интегрального исчисления.

Этот подход представляет собой вводный курс общей или экспериментальной физики. Уровень изложения классической электродинамики занимает промежуточное положение между уровнями школьной и вузовской программ. Такое изложение материала не связано с какой-либо определенной программой изучения классической электродинамики. Еще одной характерной особенностью здесь является стремление к своевременному раскрытию физической сущности рассматриваемых явлений. Все это способствует формированию углубленного представления о природе изучаемого явления. Такое изложение материала органично соответствует новому подходу к подготовке молодых специалистов различного уровня, при котором значительно повышается роль самостоятельной работы студентов. Этот подход может сыграть важную роль и в своевременном развитии творческих способностей студентов.

Однако его реализация требует значительного не только технического, но и методического оснащения, разработки теории конструирования творческих заданий студентам.

Раздел классической электродинамики — достаточно сложный как по содержанию, объему, так и по решаемым образовательным, воспитательным и развивающим задачам обучения.

Мы поставили перед собой цель — проанализировать (начиная с 1900 года) опыт изучения классической электродинамики в высшей школе. При ее реализации было определено на разных исторических этапах понятийное содержание самого раздела, его структура, методические концепции изложения материала. Результатом анализа явилось выявление сходства и различия курсов. Концепции изучения классической электродинамики в университете у разных авторов различны.

Нами освещаются результаты анализа учебных пособий по изучению электродинамики, изданных, после 1900 года.

На пороге XX столетия изучение классической электродинамики начинается не с электростатики, как в современных курсах, а с магнетизма. Например, профессор П.А.Зилов в 1900 году в курсе «Электричество» [1] в первую очередь рассматривал магнитное поле, магнитное влияние, а затем — электрическое поле. Изложение материала в этом курсе содержит достаточно полное для того времени экспериментальное обоснование. Необходимые выводы делаются на основе опытов. Математические выводы применяются сравнительно редко. Для описания опытов используются простые приборы. Например, при опытном исследовании магнитного поля П.А.Зилов использует обыкновенную магнитную стрелку компаса. Результаты исследований позволяют определить направление поля. Ученый дает объяснение земного магнетизма:

земля есть магнит, доказывает, что намагниченный железный шар действует на магнитную стрелку совершенно так же, как Земля. Закон Кулона, тождественный ньютоновскому закону всемирного тяготения, дал повод применить принцип невесомых жидкостей к объяснению магнитных явлений. В году выходит переработанное издание курса «Электричество» П.А.Зилова, где автор дополняет содержание курса необходимыми, по его мнению, опытными данными.

Увидевший свет в 1931 году и переизданный позднее (1962 год) курс классической электродинамики профессора Геттингенского университета Р.В.Поля «Введение в современное учение об электричестве» [2] имеет свою специфику. Основную задачу автор видит в разработке экспериментальной базы учения об электричестве и магнетизме, на основе чего дается реальное представление о природе электрических и магнитных явлений. Р.В.Поль начинает с введения основных понятий, затем рассматривает приборы для измерения силы тока и напряжения. В центре внимания — закон Ома и его интерпретация. Р.В.Поль указывает размерность исследуемых величин, формирует количественные представления о них.

Структура материала данного курса позволяет выяснить взаимосвязь между отдельными экспериментальными фактами и понятиями.

В дальнейших своих курсах, например, «Учение об электричестве» (1962 год) [3] Р.В. Поль углубляет экспериментальный подход к изучению классической электродинамики. Автор проводит строгое разграничение между тем, что является опытным фактом, и тем, что является его теоретической интерпретацией. Он вводит в учение об электричестве знакомые каждому из повседневной жизни понятия об электрическом токе и электрическом напряжении, экспериментально поясняет принципы и устройство приборов для измерения этих величин, вводит теоретический материал об электрическом поле и электрическом заряде.

В 1932 году был издан переводной курс «Магнетизм и электричество» Э.Гримзеля [4]. Анализируя структуру содержания курса, автор предпочитает начать его с магнетизма. В первую очередь он излагает основные понятия о магнетизме, затем идут электростатика, электродинамика, электромагнетизм и электромагнитная индукция. Наибольшее внимание автор уделяет электромагнитной индукции.

Традиционный курс классической электродинамики в XX веке наиболее ярко представлен учебными пособиями, созданными К.А.Путиловым [5], С.Э.Фришем и А.В.Тиморевой [6], И.Е.Таммом [7], Р.В.Полем [3], фейнмановскими лекциями [8], берклеевским курсом физики [9]. Однако указанные выше учебники и другие издания наряду с блестящим, неординарным освещением изучаемого материала, в то же время содержит налет некоторой каноничности, завершенности, ограниченности уровня изучаемых вопросов, пренебрежения анализом современного состояния ставших уже классическими проблем физики.

В 1957 году был предложен курс лекций Д.В.Сивухина «Общий курс физики. Электричество» [10]. Его преимуществом является выяснение физического смысла и содержания основных положений и понятий науки об электричестве, установление границ применимости физических законов, применение идеализированных моделей и схем, что позволяет развивать у студентов навыки физического мышления и умение самостоятельно ставить и решать конкретные физические задачи. Основное внимание уделяется понятиям и общим принципам, которые позволяют объяснить сущность электрических и магнитных явлений. Автор широко пользовался методами термодинамики, поскольку, по его мнению, без применения термодинамики невозможно полное и ясное изложение не только частных, но и общих вопросов макроскопической электродинамики.

Последующие университетские курсы продолжают очень верную для традиционного обучения задачу экспериментального обоснования теории электричества и магнетизма. Например, А.Н.Матвеев в 1983 году при изложении университетского курса «Электричество и магнетизм» [11] для студентов физических специальностей вузов в первую очередь предлагает не электростатику, а основные понятия, связанные с зарядами, силами и электромагнитным полем. С учетом пределов их применимости знания студентов о законах электромагнитных явлений, полученных из курса физики средней школы, преобразуются в современное научное знание. Автор обосновывает теорию в свете современного состояния экспериментальных основ электромагнетизма. В качестве экспериментальных основ теории электричества и магнетизма он берет инвариантность элементарного заряда, закон Кулона, принцип суперпозиции для электрического поля, закон Био-Савара, принцип суперпозиции для магнитного поля, силу Лоренца, закон электромагнитной индукции Фарадея, токи смещения Максвелла, закон сохранения заряда и закон сохранения энергии. Например, вопрос об экспериментальном обосновании закона Кулона для больших расстояний А.Н. Матвеев излагает без упоминания о его связи с нулевой массой покоя фотонов. Последним разделом этого курса являются уравнения Максвелла как результат обобщения и математической формулировки установленных в эксперименте закономерностей. Достоинством курса является методика изложения, основанная на индуктивном в сочетании с дедуктивным методом изложения в соответствии с принципами научного познания физических закономерностей.

В 1990 году вышло в свет издание Е.М.Гершензона и Н.Н.Малова «Курс общей физики. Электричество и магнетизм» [12]. В нем изложены вопросы электростатики и постоянного электрического тока, природа электропроводности, явление электромагнетизма и электромагнитной индукции, теория Максвелла, переменный ток и электромагнитные волны, магнитные свойства вещества. Особое внимание уделено объяснению физического смысла изучаемых явлений.

Электромагнитные явления наряду с гравитационными определяют в макромире практически все процессы. При этом в естественных процессах, происходящих на Земле, первенствующая роль принадлежит именно электромагнитным взаимодействиям. Электрические и магнитные явления рассматриваются практически без учета статических закономерностей, присущих большому числу заряженных частиц, и их особенностей.

Проделав сравнительный анализ некоторых курсов классической электродинамики и выделив их общие признаки, такие, как последовательность, формирование основных понятий и вопросов, модельные представления и др., можно сделать заключение:

1) в содержании курсов классической электродинамики усиливалась теоретическая компонента учебного материала при одновременном внимании к экспериментальным основам курса; уравнения Максвелла рассматриваются как обобщения опытных фактов;

2) в анализируемых курсах основное внимание уделяется вопросам, связанным с новыми понятиями электродинамики и общими принципами, управляющими электрическими и магнитными явлениями; меньше внимания уделено электрическим и магнитным свойствам вещества;

3) в анализируемых курсах классической электродинамики превалирует индуктивный метод, и, тем не менее, процесс обобщения идет непрерывно и целенаправленно на протяжении всего изложения;

4) что касается технических и прочих применений учения об электричестве, то этим вопросам в университетских курсах уделяется значительно меньшее внимание, чем они того заслуживают;

5) требуется новый подход к созданию учебной литературы.

Среди проблем вузовских учебных пособий приоритетны: усиление их воспитательной роли; реализация задач дифференциации и индивидуализации обучения студентов; создание вариативных учебников по разным основаниям; отражение компьютеризации обучения, а также инновационных процессов в сфере дидактики; методическая поддержка при проектировании учебного процесса, приобщение студентов к семинарской работе; формирование интереса к физике и создание положительного эмоционального фона учебных занятий. Применение технологичных учебных пособий в значительно большей степени, чем традиционных, способствует решению указанных проблем. Это связано с тем, что действующие учебники содержат набор лишь учебной информации, а технологичный учебник включает также методическую часть, предлагающую технологии активного ее усвоения. В связи с этим, для него характерна многокомпонентная структура в отличие от трехкомпонентной учебников информационного типа (параграфы, вопросы, упражнения). В этом отношении учебник А.Н.Матвеева «Электричество и магнетизм» выгодно отличается от других.

В учебном пособии целесообразны, кроме теоретической части (учебные параграфы), и методические, составленные, например, из обучающих блоков: опыты, наблюдение, повторение, «решите задачу», самоподготовка, самопроверка, поиск алгоритма, «решите проблему» и др.

Таким образом, в развитии учебно-методического обеспечения процесса изучения электродинамики оптимален подход, при котором структура учебного пособия подвергается модификациям, а разнообразие форм предъявления учебной информации облегчает студенту и преподавателю проектирование учебного процесса с конкретными дидактическими целями.

Многокомпонентная структура учебника дает возможность методически трансформировать учебный материал в соответствии с актуальными образовательными задачами при высокой степени самостоятельности учебной работы студентов.

Благодаря четкому структурному построению учебника он легко может преобразовываться в компьютеризированную форму, поэтому его можно рассматривать как модель учебника нового поколения.

В современном виде классическая электродинамика явилась завершением длительного исторического периода накопления и осмысления экспериментальных фактов в области электрических и магнитных явлений — новой по сравнению с механической и тепловой сферами движения.

С точки зрения В. Гейзенберга к электродинамике относят систему теорий, включающих феноменологическую теорию Максвелла, электронную теорию и специальную теорию относительности (СТО).

Интерпретация электромагнитного поля как материальной сущности особого рода, обычная для современного понимания электродинамики, окончательно утвердилась лишь после создания СТО. Однако она вытекает из уравнений Максвелла, ибо последние (вместе с уравнениями Ньютона) приводят к законам сохранения энергии и импульса при включении поля в рассматриваемую систему. Кардинально важен и вывод теории о возможности существования свободного поля как самостоятельного объекта, потерявшего связь с зарядами. В электродинамике появляется важнейшая константа — скорость распространения электромагнитных взаимодействий в вакууме. Все это вместе взятое и приводит к полевой концепции, в которой поле — не математическое вспомогательное понятие (что имеет место в механике с ее дальнодействием), а физическая реальность.

Макроскопическая электродинамика Максвелла никак не учитывает атомизма вещества и электрического заряда.

В конце XIX в. Г.Лоренц предпринял попытку грандиозного объединения идей атомизма и теории Максвелла в единую электронную теорию строения вещества. На основе уравнений Максвелла им постулирована система уравнений для микроскопических зарядов в пустоте. Вещество же рассматривается как система электрических заряженных частиц; никаких феноменологических характеристик вещества дополнительно не вводится, но предполагается, что частицы не только возбуждают электромагнитное поле, но испытывают действие его, подчиняясь механике Ньютона.

Такая система уравнений поля называется системой Максвелла-Лоренца; в ней фигурируют истинные напряженности поля; учет же зарядов вещества и соответствующие усреднения микроскопических полей приводят к уравнениям Максвелла. Кроме того, выясняется сущность электромагнитных характеристик вещества, а вместе с тем и физический смысл связи напряженностей и индукций макроскопического поля.

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 15 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.