Teaching students to solve problems on determining the electric field

The article presents a methodological approach to teaching students how to solve problems in electrostatics, illustrated by the example of determining the electric field for bodies of linear geometric shape. The proposed approach is based on three key components: (1) the analogy method, which allows the transfer of problem-solving strategies from mechanics (determination of the moment of inertia) to electrostatics; (2) the differentiation and integration method (DI method), structured as a clear step-by-step algorithm; and (3) the method of gradually increasing problem complexity, which reduces cognitive overload and supports the consistent development of problem-solving skills. Unlike traditional approaches that emphasize rote memorization of formulas, this study focuses on structured thinking, the integration of mathematical operations with their physical meaning, and interdisciplinary connections between different branches of physics. The study involved 116 students of technical specialties. Testing was conducted to assess the effectiveness of the developed approach. The results showed that more than 80% of the students successfully completed the final tasks and demonstrated increased confidence in their knowledge and skills after the training. The findings verified the effectiveness of the proposed approach in developing problem-solving abilities, analytical thinking, and academic motivation. The significance of the proposed approach lies in its universality and reproducibility across different higher educational institutions. The offered methodological approach can be readily adapted to the curricula of other universities, while the demonstrated instructional materials have simple structure and can be extended to different areas of physics where integral methods are applied and analogies with models already known to students can be constructed.

У статті описано методичний підхід до методики навчання студентів розв’язанню задач з електростатики на прикладі визначення напруженості електричного поля для тіл лінійної геометричної форми. Запропонований підхід ґрунтується на трьох ключових елементах: (1) метод аналогії, який дає змогу переносити стратегії розв’язування задач із механіки (момент інерції) в електростатику; (2) метод диференціювання та інтегрування (метод ДІ), структурований як чіткий покроковий алгоритм; (3) поступове ускладнення завдань, що зменшує когнітивне перевантаження та підтримує послідовний розвиток умінь. На відміну від традиційних підходів, що надають перевагу механічному заучуванню формул, у роботі акцентується увага на структурованому мисленні, інтеграції математичних операцій із їх фізичним змістом та міждисциплінарних зв’язках між розділами фізики. Дослідження охопило 116 студентів технічних спеціальностей. Для оцінювання ефективності розробленого підходу використано метод тестування. Результати показали, що понад 80% студентів успішно виконали підсумкові завдання, продемонстрували зростання впевненості у власних знаннях та навичках. Отримані результати підтверджують ефективність запропонованого підходу у розвитку навичок розв’язування задач, аналітичного мислення та підвищенні навчальної мотивації. Значущість запропонованого підходу полягає в його універсальності та можливості відтворення в інших закладах вищої освіти. Представлений методичний підхід може бути легко адаптованим до навчальних програм університетів, а продемонстровані чіткі інструктивні матеріали мають просту структуру та можуть бути поширені на інші розділи фізики, де застосовуються інтегральні методи та можлива побудова аналогій з уже відомими студентам моделями.