მოსწავლეთა მოტივაციის ზრდა „კაუჭების“ სტრატეგიით

წინამდებარე ნაშრომში განხილულია, თუ როგორ შეიძლება რთული და აბსტრაქტული ფიზიკური მოვლენების სწავლება საინტერესო და მარტივი გახდეს მოსწავლეებისთვის. ელექტრომაგნიტური ინდუქციის მაგალითზე ნაჩვენებია „კაუჭების“   სტრატეგიის  ეფექტიანობა, რომელიც გაკვეთილის პირველივე წუთებიდანვე იპყრობს მოსწავლეთა ყურადღებას. ნაშრომის მიზანია დაანახოს პედაგოგებს, თუ როგორ ეხმარება გაკვეთილზე სწორად შერჩეული „კაუჭები“ –  თვალსაჩინო ანალოგიები, მოკლე ვიდეოები და ციფრული სიმულაციები – წინარე ცოდნის გააქტიურებას და მოსწავლეთა აქტიურ ჩართულობას.

I. გაკვეთილის დასაწყისი: გონებრივი იერიში N 1,   მარტივი კითხვებით:

1. რა მოსდის სხეულის მდებარეობის ან მის მდგომარეობის მახასიათებელ ფიზიკის პარამეტრებს, თუ სხეული არ განიცდის რაიმე სახის გარეგან ზემოქმედებას?

2. რა არის ფიზიკის მოვლენა ?

3. რა არის პროცესი?

4. რაა აუცილებელი პირობა მოვლენის მოხდენისათვის

  II. წინარე ცოდნა: საკითხის შესწავლას წინ უნდა უძღოდეს გავლილი მასალებიდან შეძენილი ცოდნა, რომ მოსწავლეს შეუძლია:

1. გააცნობიეროს რომ დენიანი გამტარი თავის გარშემო ქმნის მაგნიტურ ველს. ერსტედის ცდა (1820) და ამ  მოვლენით გააანალიზოს რომ  დენიანი გამტარი არის მაგნიტური ველის წარმოშობის მიზეზი,

2. გაერკვეს დენიანი გამტარისა და მაგნიტური ველის ორიენტაციაში, რომ დენიანი განტარის მიერ წარმოქმნილი მაგნიტური ველი მის მართობულ სიბრტყეშია.

3.  მაგნიტური ველის გამოსახვა ძალხაზების საშუალებით, რომ ძალხაზი ჩრდილოეთ პოლუსიდან გამოდის და სამხრეთ ნპოლუსში შედის. (საკითხს თან ახლავს თვალსაჩინო სურათი შესრულებული AI-ხელოვნური ინტელექტის მიერ. ნახ.1). მაგნიტური ველის ძალხაზები ჩაკეტილი წირებია.

4.  დენიანი გამტარის მაგნიტური ველის ორიენტაციის  დადგენა: ა) მაგნიტური ისრის,  ბ)მარჯვენა ხელისა და გ) ბურღის წესების გამოყენებით.

ჭეშმარიტებაა რომ საგაკვეთილო საკითხების აღქმა მოსწავლეებისათვის უფრო ადვილია მაშინ, როცა კეთდება ანალოგიები სხვა უფრო თვალსაჩინო და მარტივად აღქმად მოვლენებთან.

  III. გაკვეთილის მსვლელობა:  პირველი კაუჭი 

 რა საერთო აქვს ხელის მექანიკურ დგუშს ელექტრომაგნიტურ ინდუქციასთან და როგორ გვეხმარება წყლის ჭავლი უხილავი ფიზიკური მოვლენების აღქმაში?

მარტივი ცდა ხელის მექანიკური სარწყავი დგუშიდან წყლის ჭავლის ცილინდრულ რგოლში გავლის და იქ მიმდინარე ფიზიკის მოვლენათა ცვლილების შესახებ. (სრულად ვიდეო -1-ზე) ვიდეოს ნახვის შემდეგ მოსწავლეები აანალიზებენ დაკვირვებულ მოვლენას. აკეთებენ დასკვნებს.

ვიდეო 1 .  

https://drive.google.com/file/d/1HV9KFwu6rPZ_HPyxZhsnujVM2_MUqQCo/view?usp=sharing

1. აფასებენ რგოლში გავლილი ჭავლის რაოდენობას საწყის პირობებში, როცა რგოლი დგუშის მიმართ უძრავია.

2. განსაზღვრავენ რგოლის გამჭილი წყლის ჭავლის ნაკადს, როგორც ჭავლების რაოდენობისა (N) და რგოლის ფართობის (S) ნამრავლს.

                                                     Φ = N *S  (1)

3. აფასებენ ნაკადის ცვლილების შედეგს, – ( მაგ. წყლის დაგროვება ჯამში -განსაზღვრულს წყლის საბოლოო და საწყის მარაგებს შორის).

4. აკეთებენ ანალოგიას მაგნიტური ველის ნაკადს -ფ Φ = B *S (2) ( შენიშვნა  ფორმულა (2)- ში B – მაგნიტური ინდუქციის ვექტორის მოდულია. შეთანხმების თანახმად ის რიცხობრივად ტოლია კოჭის ფართობის ერთეულზე გამსჭოლი მაგნიტური ძალხაზების რაოდენობისა) და წყლის ჭავლის ნაკადის ფორმულა (1) შორის..

გაკვეთილის ძირითადი ნაწილი: პრობლემა 1 და მეორე კაუჭი

  თუ ელექტრული დენი ქმნის მაგნიტურ ველს, ხომ არა აქვს ადგილი პირუკუ პროცესს?

  კითხვა რომელიც XIX – საუკუნის 20 -30 იან წლებში აწუხებდათ მეცნიერებს. ყველა დარწმუნებულია და გრძნობს რომ უნდა არსებობდეს უკუკავშირი – მაგნიტური ველისაგან შესაძლებელი უნდა იყოს ელექტრული დენის მიღება! მაგრამ როგორ? რანაირად?

  გონებრივი იერიში 2: თქვენი აზრით, რა მოვლენა უნდა მოხდეს, რომ მაგნიტური ველის მეშვეობით მივიღოთ ელექტრული დენი?

   სავარაუდო პასუხი:  ვიდეო -1 -ის ნახვის შემდეგ ვარაუდი არცთუ ისე ძნელია: ჰიპოთეზა – უნდა მოხდეს:

1. შეკრული გამტარი კონტურის (ანალოგიურად წყლის ჭავლში შეტანილი რგოლისა) გამსჭოლვა მაგნიტური ველით. ეს აუცილებელი პირობაა მაგრამ არასაკმარისი.

2. გონივრული იერიშის 1 -ის მე – 4- კითხვის დასკვნით უნდან მოხდეს შეკრული გამტარი კონტურის განსჭოლი მაგნიტური ნაკადის ცვლილება და შესაძლოა ეს იყოს კოჭში ელექტრული დენის აღძვრის მიზეზი .

მესამე კაუჭი: შესაძლებელია თუ არა „არაფრისგან“ დენის გაჩენა?

აქ საიდუმლო იმალება მაგნიტისა და კოჭის ფარდობით მოძრაობაში. კაუჭის არსი იმაში მდგომარეობს, რომ მოსწავლე საკუთარი თვალით ხედავს პარადოქსს: არანაირი ბატარეა ან კვების წყარო არ არსებობს, მაგრამ მავთულის კოჭაში მაგნიტის უბრალო მოძრაობა წამიერად ანთებს ნათურას! ეს ვიზუალური ეფექტი ბადებს მთავარ კითხვას — რა ძალა აიძულებს ელექტრონებს ამოძრავდნენ?

ვიდეო 2.  სადაც ვაკვირდებით ელექტრომაგნიტური ინდუქციის მოვლენას,

https://drive.google.com/file/d/17hfInZFi19iGDR_EdZ3aZZHyFIGLyylJ/view?usp=sharing

ვიდეოს სრულად ნახვის შემდეგ და კოლორადოს ვირტუალური ლაბორატორიის ლინკის ( https://phet.colorado.edu/sims/html/faradays-law/latest/faradays-law_all.html)  გახსნისა და დაკვირვების შემდეგ ვაკეთებთ დასკვნებს:

1. რა არის საჭირო ინდუქციურუ დენის მისაღებად ?

2. რა პირობებში წარმოიქმნება ინდუქციური დენი?

3. რაზეა დამოკიდებული ინდუქციური დენის სიდიდე?

4. რა ცვლილებებს ამჩნევთ მაგნიტის კოჭის მიმართ ან პირიქით კოჭის მაგნიტისადმი ფარდობითი მოძრაობის შემთხვევაში?

5. იცვლება თუ არა ინდუქციური დენის მიმართულება მაგნიტის პოლუსების ცვლილებით?

V. საკითხის დასასრულს მასწავლებელი მომდევნო გაკვეთილის ახსნისათვის სახავს პრობლემებს:

1. შესაძლებელია თუ არა წარმოშობილი ინდუქციური დენის მიმართულების განსაზღვრა?

 2.შეძლებთ მოახერხოთ ინდუქციური დენის – მაშასადამე ინდუქციის ელექტრომამოძრავებელი ძალის (ე მ ძ )-ს რაოდენობრივ შეფასება?.             

                          ნახ.1 . მუდმივი მაგნიტის მაგნიტური ველი

წარმოდგენილი გაკვეთილის გეგმა ადასტურებს, რომ „კაუჭების“ სტრატეგია საუკეთესო გზაა მოსწავლის შინაგანი მოტივაციის გასავითარებლად. რეალური ექსპერიმენტებისა და ვირტუალური ლაბორატორიის ეტაპობრივი გამოყენება აბსტრაქტულ თეორიას ხელშესახებ, მარტივ მენტალურ მოდელებად აქცევს, რაც მოსწავლეებს უადვილებს მიზეზ-შედეგობრივი კავშირების დამოუკიდებლად აღმოჩენას. საბოლოოდ, გაკვეთილის დასასრულს დასმული ახალი, საფიქრალი კითხვა კი უზრუნველყოფს იმას, რომ მოსწავლეს ინტერესი და შემეცნების სურვილი მომდევნო გაკვეთილამდე გაჰყვეს.