CC BY
29
У книзi I. О. Вакарчука «Квантова мехатка» на високому теоретичному рiвнi ви-кладено найважливiшi прикладт аспекти квантово! фiзики, наведено багато прикладав i задач, як1 iлюструють основний матерiал, дають можливiсть краще зрозумiти його змiст.
Пiдручник I. О. Вакарчука «Квантова мехатка» може бути корисним не тшьки студентам, але i викладачам, як1 одержали доброго помiчника, що вказуе на розумш пропорцп мiж рiзними роздшами квантово! механiки. Особливо це стосуеться педагоп-чних ВНЗiв, де програма вивчення теоретично! фiзики дещо вiдрiзняеться вiд класич-них унiверситетiв.
УДК 53
Тарас Д1ДОРА, Вiктор МАЦЮК ГЕНЕРАЛ1ЗАЦ1Я ЗМ1СТУ НАВЧАЛЬНОГО МАТЕР1АЛУ ПРИ ВИВЧЕНН1 РОЗД1ЛУ «КВАНТОВА Ф1ЗИКА»
У програмi випускного класу останнiй роздш курсу фiзики називаеться «Квантова фiзика». Вiн включае квантовi властивостi випромiнювання, квантовi властивостi ато-мiв i елементи ядерно! фiзики, де також використовуються квантовi уявлення.
В силу традицш вивчення роздалу «Квантова фiзика» грунтуеться на основi уяв-лень, як виникли ще при зародженш квантово! фiзики близько 80 рошв тому. За роки, як1 минули ввдтод^ ця галузь науки стала одною iз ведучих, змiнилось i розумiння сутi !! основних положень, що спонукае до необхiдностi перегляду змюту школьного курсу фiзики, який !й вiдповiдае. Квантова фiзика е бшьш високим ступенем пiзнання, тж класична фiзика. Вона встановила обмежешсть багатьох класичних уявлень.
Введення основ квантово! фiзики в середнiй школi — складна методична задача. Недостатня к1льк1сть наочност1 квантовомеханiчних об'екпв (частинка-хвиля), склад-нiсть математичного апарату, незвичтсть !! вихiдних iдей i понять створюють методи-чнi труднощг Практикою доведено, що ефективтсть, оптимальнiсть i як1сть навчання фiзики в основному пов'язаш з посиленням ролi узагальнень у змiстi предмету, як1 структурують весь фактичний матерiал в едину цiлiсну систему.
Вивчення роздiлу слад розпочати з викладу простих i зрозумiлих в експеримента-льному плат наукових факпв. До них належать: фотоефект, ефект Комптона, дифрак-щя електронiв на моно- або пол^исталах. З аналiзу змiсту дослiдiв, яш дають можли-вiсть спостерiгати щ явища, випливае: усi мiкрооб'екти, незалежно ввд !хньо! природи, надiленi дво!стими (корпускулярно-хвильовими) властивостями; мiж к1льк1сними характеристиками корпускулярних i хвильових властивостей iснуе ун1версальний зв'язок, який виражаеться спiввiдношеннями:
Е и к
Е = и V , р = —,
Я
де Е i р — енергiя i iмпульс мiкрооб'екта; V i Я — частота i довжина хвил^ як1 вiд-повiдають особливiй формi його руху.
86
Науков1 записки. Сер1я: Педагог1ка. — №6. — 2002.
Щоб глибше осмислити фiзичну ситуащю, яка вiдображаeться приведеними вище сгаввадношеннями, недостатньо тальки одного !х емшричного пiдтвердження, необхiдне теоретичне обговорення яюсно! своeрiдностi так званого корпускулярно-хвильового дуаль зму. З цieю метою дощльно додатково розглянути змiст експериментв, яю демонструють квантову iнтерференцiю мiкрооб'eктiв на системi iз двох отворiв (суперпозицш двох кван-тових альтернатив). Спираючись на аналiз результатiв розглядуваних експериметтв, учнiв можна пiдвести до такого висновку: в явишах, якi вщбуваються на мiкрорiвнi, iснуe нова, квантова форма руху матери, яка не зводиться до того, що вивчалося ранiше.
Для квантово! форми руху матери характерт так! властивосп:
• стохастичшсть (випадковiсть) руху мшрооб'екпв, яка виражаеться у випад-ковому «перескакуванш» мiкрооб'екта з одте! областi простору в шшу, i обумовлена цим необхiднiсть застосування ймов!ршсного, статистичного способу опису поведшки мiкрооб'екта;
• квантова «штерференщя» незалежних альтернатив i зв'язана з цим необхвд-
тсть введения хвильово! функцп ц/(х, /), яка визначае розподш густини
- 2
ймовiрностi локалiзаци мшрооб' екта за правилом: rn( х, t) =
l//(x, t
• пiдпорядкованiсть хвильовим принципам ампттуди ймовiрностi ц/(x, t) , яка визначае статистику проявiв до^джуваних властивостей MiKpoo6' екта;
• дискретна реестращя мiкрооб'ектiв, яка полягае в тому, що вони завжди де-тектуються як iндивiдуальнi об'екти, що «несуть» порци вимiрюваних фь зичних величин.
Таким чином, принцип, який iсторично отримав назву корпускулярно-хвильового дуалiзму, можна ввести в ранг постулату про властивосп квантово! форми руху матери; вш стае першим теоретичним узагальненням.
Дальше можна перейти до отримання конструктивних насладив iз принципу кор-пускулярно-хвильово! дво!стосп, розглянувши стандартну задачу про рух мiкрооб'екта в несшнченно глибок1й потенцiальнiй ямi. Розв'язок ще! задачi здшснюеться доступ-ними для учнiв математичними засобами. Спираючись на фiзичний змiст хвильово! фу-
нкцi! ц/(х) , використовуючи граничш умови поставлено! задачi i спiввiдношення
p = h, легко показати, що для мшрооб'екта, який знаходиться в потенщальнш ямi,
X
можуть реалiзовуватися не довiльнi його динамiчнi стани, а лише ri, як1 задовольняють умови, визначенi формою потенщально! криво! U(x).
Узагальнюючи розв'язок дано! задач^ можна сформулювати ще один важливий квантовий принцип — принцип стащонарних станiв: будь-який мшрооб'ект, який знаходиться в обмеженш частинi простору, в результат ди принципу корпускулярно-хвильового дуалiзму може бути тшьки в особливих — стащонарних квантових станах, для яких характернi певнi визначенi значения енергп (Е0, Е\, Е2,..., Еп,...) i розподiл густини ймовiрностi а>(х). Цей принцип пронизуе весь навчальний матерiал роздшу, вiн
Науков1 записки. Сер1я: Педагогiка. — №6. — 2002.
87
стае лею стержневою iдеею, яка дозволяе упорядковувати i пояснити емтричш факти, як1 вивчаються в атомнш i ядернiй фiзицi, фiзицi елементарних частинок.
Запропонований пiдхiд до вивчення роздалу «Квантова фiзика» дозволяе оргашзу-вати його навчальний матерiал в цшсну i логiчну структуру, що сприяе ефективному i комплексному виршенню ряду таких важливих загальноосвiтнiх задач, як тдвищення якостi засвоення знань, розвитку теоретичного типу мислення, формуванню в учнiв дь алектичного свиогляду.
УДК 53
Свiтлана КАПЛУН ВПЛИВ АКТИВНИХ ФОРМ НАВЧАННЯ НА СПРИЙНЯТТЯ
СТУДЕНТАМИ ТА ВЧИТЕЛЯМИ НОВИХ МЕТОДИЧНИХ П1ДХОД1В ДО ВИКЛАДАННЯ Ф1ЗИКИ
Вплив активних методiв навчання на його результативнiсть та яшсть обговорю-еться вже доволi давно. Проте необхiдно, на наш погляд, придшити бiльше уваги засто-суванню таких методiв у процес навчання майбутнiх учителiв та тдвищення квалiфi-каци вже дшчих викладач1в.
Перш за все, акцентуемо увагу на важливих професiйних особливостях, яш вима-гають нiби занурення у сам процес навчання. Йдеться про необхiднiсть студентовi або вчителю стати на певний час тим учнем, якого вони навчатимуть. Це дозволить поба-чити нiби зсередини те, що ввдбуватиметься в навчальному процес^ органiзатором якого вони виступатимуть [1].
З iншого боку, ведомо, що е певна категорiя вчителiв, як1 самi без упевненостi ста-вляться до деяких сво!х професшних можливостей, перш за все, творчих. Вони навiть бояться, що не в змозi скласти цiкаву задачу, експеримент тощо. Ознайомлюючись на лекщях з новiтнiми технологiями, методиками, вони думають, що самi не спроможн на необхiдному рiвнi вллювати запропоноване, не знають, як до цього тдступитися.
Гадаемо, що певною допомогою можуть виступити спецiальним чином оргатзо-ванi заняття, на яких в учителя (майбутнього, даючого) з'явиться реальна можливють самовипробування. Розглянемо це на прикладi вирiшення одше! з актуальних проблем сучасно! методики викладання фiзики в школi — проблеми оргашзацп самостiйного домашнього експериментування учнiв.
При традицшному пiдходi демонструються вiдомi, кимсь розробленi дослiди, а полм детально обговорюються !х можливi переваги та недолiки. Як свiдчать проведенi спостереження, активну участь у такому обговорент беруть саме тi, хто певною мiрою вже готовий до сприйняття та втшення запропонованого п1дходу. Щоб залучити усiх до вщповщно! дiяльностi, пропонуемо таку форму занять, коли у невеличких групах сту-денти (вчител^ мають можливiсть самi розроблювати експерименти.
Пiд час занять зi слухачами курсiв пiдвищення квалiфiкацi! вчителiв фiзики при ХОНМ1БО нами проводилася така робота. Подiленi на групи вчителi отримували (за
88
Науков1 записки. Сер1я: Педагог1ка. — №6. — 2002.
