მოსწავლეთათვის ელექტრობის გაცნობა განსაკუთრებული გამოწვევაა მასწავლებლისთვის. მან უნდა შეამზადოს ისინი მისტიკურ და ამოუცნობ სამყაროში მოგზაურობისთვის, მეგზურობა და ფასილიტაცია გაუწიოს ამ რთულ და საინტერესო გზაზე.
ეროვნული სასწავლო გეგმის მიხედვით მოსწავლეები ძალებს მე-7 კლასში ეცნობიან, ხოლო ელექტრულ და მაგნიტურ ურთიერთქმედებას – მე-8 კლასში. მე-9 კლასში ეცნობიან გრავიტაციული მიზიდულობის ძალას. ამ დროს მათ აზროვნებაში მზადდება ნიადაგი ველების გასაცნობად. მე-10 კლასში მოსწავლეთა ცნობიერება უკვე მზადაა, შეიმეცნოს ველის კონცეფცია. მაგრამ მათ გონებაში ჯერ კიდევ მყარია აზრი, რომ მატერია არის ყველაფერი ის, რასაც ხედავენ. სინამდვილეში მატერიალურია ყველაფერი, რაც არსებობს სივრცეში და აქვს თვისებები.
– რატომ ცვივა საგნები ქვევით?
– ამას აკეთებს ველი, დედამიწის გრავიტაციული ველი, რომლის მეშვეობითაც დედამიწა მოქმედებს სხეულებზე. ველი მატერიის ერთ-ერთი ფორმაა.
შეიძლება ზოგიერთმა მოსწავლემ გამოთქვას მოსაზრება, რომ ეს „არაფერია“.
– თუ არაფერია, რატომ არსებობს კანონზომიერება, რომელიც არასდროს ირღვევა? ეს კანონზომიერება რომ არ იყოს, ჩვენ დედამიწაზე სიარულს ვერ შევძლებდით.
ამ მსჯელობის შემდეგ მოსწავლე ალბათ უკვე მიხვდება, რომ ველი მატერიალურია.
უფრო რთულია მოსწავლეებისთვის ელექტრული ველის ახსნა. ეს მართლაც მისტიკური სამყაროა. ველაპარაკებით ელექტრონზე, რომელიც არავის თვალით არ უნახავს. ველზე, რომელსაც არც ფერი აქვს, არც გემო, არც ხილულია.
მოსწავლე ყველაზე კარგად აღიქვამს მხოლოდ იმას, რასაც ნივთიერი სახე აქვს. იგი ყოველდღიურად უყურებს დედამიწის გრავიტაციულ ველში სხეულების ქვევით ვარდნას. ხოლო ელექტრულ ველს გრავიტაციულისგან განსხვავებით უცნაური თვისება აქვს: ზოგიერთი სხეული მიიზიდოს, ზოგიერთი კი განიზიდოს. რა გავაკეთოთ იმისთვის, რომ მოსწავლემ ამ სამყაროს გასაღები მოუძებნოს?
პირველ რიგში, აუცილებელია მოტივაციის აღძვრა, რაც ცხოვრებისეული მაგალითების მოყვანით შეიძლება. მაგალითად, დავსვათ კითხვა, რომელიც მოსწავლეს ინტერესს აღუძრავს. ელექტრული მუხტის შესწავლისას დევიდ ჰოლიდეის, რობერტ რეზნიკისა და ჯერლი უოლკერის ფიზიკის საფუძვლებში, რომელიც ამერიკის ფიზიკოსთა საზოგადოებამ 2002 წელს მე-20 საუკუნის გამორჩეულ სახელმძღვანელოდ დაასახელა, ბევრი სახალისო პრაქტიკის მაგალითია მოყვანილი. ნახატზე გამოსახული ქალი სეკვოიას ნაციონალური პარკის გადასახედ მოედანზე იდგა, როდესაც მის თავზე საავდრო ღრუბელი ჩამოწვა.
- რა დაემართა მას?
შევპირდეთ, რომ თეორიის შესწავლის შემდეგ ამ კითხვას გაეცემა პასუხი.
მოსწავლის გონებაში დამკვიდრებული აზრობრივი სქემები რომ ავამუშაოთ, საჭიროა უცნობი დავუკავშიროთ ნაცნობს. ვახსენოთ, რომ ბუნება ერთიანია. არსებობს ანალოგიები, რომელთა საშუალებითაც მოსწავლე ადვილად დააკავშირებს მათ. მაგალითად, ერთმანეთს შევადაროთ გრავიტაციული და ელექტრული ველი. კარგი იქნება ვენის დიაგრამების გამოყენებით მსგავსებებისა და განსხვავებების ჩვენება. პროპორციულობის კოეფიციენტების შედარებით მოსწავლე პირველ აღმოჩენას გააკეთებს: გრავიტაციული მიზიდულობის ძალა ძალიან სუსტია ელექტრულთან შედარებით.
- ნუთუ ძალა, რომელიც დედამიწას მზის გარშემო ამოძრავებს, ასეთი სუსტია?
ამ კითხვაზე საპასუხოდ შესთავაზეთ მოსწავლეს, ხელით ასწიოს კალამი და უთხარით, რომ ამ კალამს ერთი მხრიდან მთელი დედამიწა ეწევა, მეორე მხრიდან კი – მოსწავლე.
– ვინ აჯობა? – იგი გახარებული გიპასუხებთ, რომ თვითონ.
– აბა ვინ გამოიცნობს მეორე განსხვავებას? – ვიღაცას მაინც გაახსენდება გარემოს დიელექტრიკული შეღწევადობა. აღმოჩნდება, რომ ელექტრული ველი ვაკუუმში მაქსიმალურია, გრავიტაციულისთვის კი გარემოს მნიშვნელობა არ აქვს.
მესამე განსხვავების დასაფიქსირებლად შევთავაზოთ თამაში: წარმოიდგინონ ვირტუალური სამყარო, სადაც მხოლოდ „დედამიწა“, წრეები, სამკუთხედები და ოთხკუთხედებია. ამ „დედამიწას“ საოცარი უნარი აქვს: მიიზიდოს სამკუთხედები და განიზიდოს ოთხკუთხედები. ხოლო წრეებზე არ იმოქმედოს. მოსწავლე მაშინვე მიხვდება, რომ სამკუთხედები დადებითად დამუხტული ნაწილაკებია, ოთხკუთხედები – უარყოფითად, ხოლო წრეები – ნეიტრალურია. ასეთი „დედამიწა“ უარყოფითად არის დამუხტული. განსაკუთრებით ნიჭიერ მოსწავლეებს გაუჩნდებათ კითხვა:
– მაინც რატომ ჰგავს ეს ორი ძალა ერთმანეთს? – თქვენ შეგიძლიათ უპასუხოთ,
– თუ ორ ძალიან მსგავს ადამიანს ხედავთ, იფიქრებთ თუ არა, რომ მათ საერთო წინაპარი ჰყავდა?
ამ საკითხზე უმჯობესია თვითონ მოსწავლემ მოიძიოს ინფორმაცია. თუმცა, ისიც გასათვალისწინებელია, რომ მეცნიერებას ჯერ ყველა კითხვაზე პასუხი არ გაუცია. ფიზიკა ელოდება მომავალ ნიუტონებს და აინშტაინებს, იქნებ ისინი ჩვენი მოსწავლეები არიან, ინტერესით რომ უბრწყინავთ თვალები.
მოსწავლეებს კარგად უნდა გავათავისებინოთ ბუნების ფუნდამენტური კანონები. ვკითხოთ, სად უფრო დაცულად გრძნობენ თავს, ქვემოთ თუ რაიმე სიმაღლეზე, მაგალითად, ხეზე? ასევე სხეულები „თავს კარგად გრძნობენ“ რაც შეიძლება დაბლა, ენერგიის მინიმუმის პირობებში. ამას ძალდაუტანებლად აკეთებს ველი. ანუ ველი თუ ასრულებს დადებით მუშაობას, სხეულთა სისტემის პოტენციური ენერგია კლებულობს. პოტენციური ენერგიის დანაკლისი კინეტიკურში და სითბოში გადადის. ამ სამყაროში არაფერი არ იკარგება, უბრალოდ, ფორმას იცვლის. რაც შეეხება ენერგიის გარდაქმნას ელექტრულ ველში, მოვიშველიოთ ჩვენი თამაში – „ვირტუალური სამყარო“.
– სამკუთხედი მოდის „დედამიწისკენ“. როგორ მუშაობას ასრულებს „ვირტუალური“ ველი? – დადებითს, რადგან მას ეს უნდა.
– ზევით რომ მიდიოდეს? – ვიღაც იტყვის, რომ ეს შეუძლებელია, „დედამიწა“ ხომ სამკუთხედებს იზიდავს? – მასწავლებელი მოსწავლეს სთხოვს, ასწიოს კალამი. კალამს ხომ შეუძლია ზევით წასვლა? ეს გრავიტაციულ ველს არ უნდოდა, მაგრამ ხომ მოვახერხეთ?
– რა მუშაობას ასრულებს ამ პროცესში დედამიწის გრავიტაციული ველი? – უარყოფითს.
– მაშინ რა მოუვა სამკუთხედის პოტენციურ ენერგიას, როცა „დედამიწიდან“ ზევით ავწევთ? – გაიზრდება.
– ოთხკუთხედის პოტენციურ ენერგიას, როცა იგი ზევით მიდის? – შემცირდება, რადგან ის ხდება, რაც ველს უნდა.
მაშასადამე, დადებითი მუხტი თუ მიდის დაძაბულობის მიმართულებით, ან უარყოფითი მუხტი თუ მიდის დაძაბულობის საპირისპიროდ, ორივე შემთხვევაში მათი ველთან ურთიერთქმედების პოტენციური ენერგია მცირდება. ასეთი აქტივობით მოსწავლეები უფრო კარგად იგებენ ელექტრული ველის არსს.
ელექტრული ველის მახასიათებელია დაძაბულობა, რომლის ანალოგი მექანიკაში არის თავისუფალი ვარდნის აჩქარება.
ელექტროდინამიკაშიც შეიძლება მოვძებნოთ მექანიკურის ანალოგიური სიდიდეები. მაგალითად, ომის კანონის ახსნისას შეიძლება გამოვიყენოთ ასეთი ანალოგია:
– როდის დაგორდება ბურთულა?
– როდესაც მას მოვათავსებთ დახრილ სიბრტყეზე. რაც უფრო დიდია სიმაღლეთა სხვაობა, მით დიდ სიჩქარეს შეიძენს ბურთულა დახრილი სიბრტყის ფუძესთან.
ანალოგიურად, თუ ორ წერტილს ტოლი პოტენციალები აქვთ, დენი არ გაივლის. რაც დიდია პოტენციალთა სხვაობა, მით დიდია დენის ძალა. ახლა ვილაპარაკოთ წინააღმდეგობაზე. შევადაროთ გლუვი და არაგლუვი დახრილი სიბრტყეების ფუძესთან ბურთულის სიჩქარეები. რაც მეტია ხახუნი, მით ნაკლებია სიჩქარე. ასევე, რაც მეტია წინაღობა, მით ნაკლებია დენის ძალა.
ელექტრული დენის დინება შეიძლება შევადაროთ წყლის დინებას მდინარეში.
– სად უფრო ადვილად გადის წყალი, გრძელ, ვიწრო მილში თუ განიერსა და ფართოში?
ამ მოსწავლე ხვდება, რაზე შეიძლება იყოს დამოკიდებული გამტარის წინაღობა.
საინტერესოა, რა ანალოგია შეიძლება მოვიყვანოთ დენის წყაროს მოქმედების პრინციპის ასახსნელად. მე ჩემს გამოცდილებას გაგანდობთ. მოსწავლეებს ვეკითხები, უნახავთ თუ არა დეკორატიული ჩანჩქერი, საიდანაც წყალი სულ მოედინება. ვეკითხები,“საიდან მოდის წყალი?“ ისინი მპასუხობენ, რომ წყალი ცირკულირებს. ერთიანი მსჯელობით მივდივართ დასკვნამდე, რომ წყალი ზევით ადის გარე ძალის დახმარებით, ხოლო ქვემოთ ჩამოდის დედამიწის გრავიტაციული ველის საშუალებით. ანუ, წყალი რაღაც გარე ძალით აგვყავს ზემოთ, ვანიჭებთ მას პოტენციურ ენერგიას, ხოლო ამის მერე ველი თვითონ ასრულებს მუშაობას. იგივე ხდება წრედში. დენის წყაროში გარე ძალები ასრულებენ მუშაობას, ხოლო ამ ენერგიას ველი ხარჯავს გამტარებში გავლისას, როგორც პატარა ჩანჩქერებზე წყლის ჩამოვარდნისას. აქ ენერგიის მუდმივობაც ჩანს: თუ გვინდა წყალი სულ ცირკულირებდეს, მას სულ უნდა ვაწვდიდეთ ენერგიას, მისი ზევით აზიდვის სახით. თუ გვინდა, რომ დენი სულ ცირკულირებდეს, მუდმივად უნდა შევინარჩუნოთ პოტენციალთა სხვაობა. ზუსტად ამას აკეთებს დენის წყარო.
დაბოლოს, უნდა მივუბრუნდეთ ადრე დასმულ შეკითხვას, და ვთხოვოთ მოსწავლეებს, არსებული ცოდნის საფუძველზე გასცენ პასუხი კითხვაზე:
– რა დაემართა სურათზე გამოსახულ ქალს?
– მისი სხეულის გამტარობის ელექტრონების ნაწილი ღრუბლის უარყოფითი მუხტის გავლენით მიწაზე გადავიდა და ქალი დადებითად დაიმუხტა. დადებითად დამუხტულმა თმის ღერებმა ერთმანეთი განიზიდეს.
ამგვარად, ასეთი აქტივობები ააქტიურებს მოსწავლის შემეცნებას. ანალოგიები მუშაობენ როგორც აზრობრივი სქემები, რის საშუალებითაც ხორციელდება გაგების აქტები. მასწავლებელი სწავლის პროცესში ფასილიტატორია. იგი ამზადებს მოსწავლეს, შეიმეცნოს ახალი, მისტიური სამყარო, რომელიც უამრავ საინტერესო მოვლენას ახდის ფარდას. ამ გზით ცოდნა უფრო ორგანულად შემოდის მოსწავლის გონებაში და საჭირო დროს მისი გააქტიურება ადვილია.
ლიტერატურა:
1.Fundamentals of Physics, David Halliday, Robert Resnick, Jearl Walker
- Силы в природе, В.Григорьев, Г.Мякишев
