Биченко Тетяна

Науковий керівник: канд. техн. наук, професор Царенко О.М.

Кіровоградський державний педагогічний університет

імені Володимира Винниченка

Анотація. В статті розглядаються елементи методики вивчення розділу «Квантова фізика» в загальноосвітній школі з метою впровадження ідеї розвиваючого навчання.

Ключові слова: фізична освіта, квантова фізика, розвиваюче навчання, методика навчання фізики.

Мета сучасної освіти − створення умов для розвитку і саморозвитку учнів, виховання у них здатності приймати самостійні рішення [1, 3]. Тому центром державної освітньої політики стає особистість людини. Основним завданням навчання в традиційній школі вважалася передача учням знань, проте установки освіти на засвоєння «готових» знань, відчужених від діяльності людини, вичерпали свій розвиваючий потенціал. При традиційній орієнтації процесу навчання не враховуються в повній мірі індивідуальні особливості учнів, їхні інтереси та потреби. Сучасна освітня парадигма вимагає перегляду, зокрема, характеру знань, характеру діяльності учнів і вчителя, процесу формування умінь, що, в кінцевому рахунку, впливає на якість знань і мислення взагалі [5].

Мета статті полягає в розробці основ методики формування квантових уявлень учнів загальноосвітньої школи на основі ідей розвивального навчання.

Проблемою нашого дослідження є пошук шляхів подолання суперечності між провідною роллю квантових ідей в сучасній науці та традиційним змістом курсу фізики загальноосвітньої школи.

Закони квантової фізики складають фундамент вивчення будови речовини, дозволяють з’ясувати будову атомів, встановити природу хімічного зв’язку, властивості напівпровідників тощо. Квантова фізика – це фізична теорія, що відкрила своєрідність властивостей і закономірностей мікросвіту. Методи квантової фізики знаходять широке застосування в квантовій електроніці, фізиці твердого тіла, сучасній хімії. Квантові властивості речовини широко використовують у фізиці високих енергій, яка вивчає будову ядра атома і властивості елементарних частинок, а результати дослідження знаходять широке застосування в техніці.

Останнім часом у вітчизняній освіті все більше уваги приділяється проблемам навчання, а принцип розвивальної освіти закладено в основу реформування сучасної школи. Обов'язковою умовою в системі розвивального навчання виділяють два основних підходи: найактивнішим суб'єктом в процесі пізнавальної діяльності повинен бути той, кого навчають, а головна функція вчителя пов'язана з організацією власної діяльності школярів.

Аналіз програмам з фізики загальноосвітньої школи показує, що в процесі вивчення питань оптики (хвильової та квантової), атомної та ядерної фізики запланований наступний розподіл матеріалу [4]:

На рівні стандарту:	На академічному рівні:	На профільному рівні:
Тема «Хвильова і квантова оптика» на яку виділяється 12 годин, входить одна лабораторна робота «Спостереження інтерференції та дифракції світла». Тема «Атомна і ядерна фізика» на яку виділяється 12 годин, входить одна лабораторна робота «Спостереження неперервного й лінійчатого спектрів речовини».	Тема «Хвильова і квантова оптика» на яку виділяється 19 годин, входить дві лабораторні роботи «Спостереження інтерференції світла» та «Спостереження дифракції світла». Тема «Атомна і ядерна фізика» на яку виділяється 15 годин, входить дві лабораторні роботи «Спостереження неперервного й лінійчатого спектрів речовини» та «Дослідження треків заряджених частинок за фотографіями».	Тема «Оптика» на яку виділяється 38 годин, входить три лабораторні роботи «Спостереження інтерференції світла», «Спостереження дифракції світла» та «Визначення довжини світлової хвилі». Тема «Атомна і ядерна фізика» на яку виділяється 32 години, входить дві лабораторні роботи «Спостереження неперервного й лінійчатого спектрів речовини» та «Дослідження треків заряджених частинок за фотографіями».

Особливість змісту квантової фізики накладає відбиток на методику її вивчення. У цьому розділі учнів знайомлять з такими поняттями [5]: джерела й приймачі світла; поширення світла в різних середовищах; поглинання й розсіювання світла; відбивання й заломлення світла; закони заломлення світла; світло як електромагнітна хвиля; інтерференція й дифракція світлових хвиль; поляризація й дисперсія світла; неперервний спектр світла; спектроскоп; квантові властивості світла; гіпотеза М. Планка; світлові кванти; енергія та імпульс фотона; фотоефект; атомне ядро; протонно-нейтронна модель атомного ядра; нуклони; ядерні сили та їхні особливості; елементарні частинки; класифікація елементарних частинок; кварки; космічне випромінювання.

Особливості методики вивчення даного розділу визначаються місцем цього розділу в шкільному курсі фізики і специфікою досліджуваного в ньому матеріалу. Квантову фізику вивчають на завершальному етапі навчання в школі у другому півріччі 11 класу, причому вивчають вперше. Ніде протягом усього шкільного курсу фізики учні практично не зустрічалися з дуалізмом властивостей частинок, речовини і поля, з дискретністю енергії, з властивостями ядра атома, з елементарними частинками. Лише про будову атома і його ядра школярі отримали початкові уявлення в базовому курсі фізики, а більш повні − в курсі хімії (9 клас). Ця обставина вимагає від учителя так побудувати навчальний процес, щоб при вивченні матеріалу домагатися глибокого і міцного засвоєння його учнями. Необхідна продумана робота із закріплення і застосування досліджуваного матеріалу при вирішенні завдань, виконанні лабораторних робіт і т.д.

Для підвищення якості засвоєння матеріалу дуже важливо спиратися на раніше отримані знання. Наприклад, при вивченні правил зміщення при радіоактивному розпаді і при вивченні ядерних реакцій необхідно широко спиратися на закони збереження маси і заряду. Перед вивченням будови атома доцільно повторити поняття доцентрове прискорення, закони Ньютона, закон Кулона, а також ті відомості про будову атома, які учні отримали в базовому курсі фізики і при вивченні хімії.

Особливість змісту квантової фізики також накладає відбиток на методику її вивчення. В цьому розділі учні знайомлять зі своєрідністю властивостей і закономірностей мікросвіту, які суперечать багатьом уявленням класичної фізики. Від школярів для його засвоєння потрібно не просто високий рівень абстрактного мислення, а й діалектичне мислення. Протиріччя «хвиля-частинка», «дискретність-безперервність» розглядають з позицій діалектичного матеріалізму. Тому при вивченні цього розділу вчителю важливо спиратися на ті філософські знання, які мають учні, частіше нагадувати їм, що у метафізичному тлумаченні діалектика протиставляє твердження: і так, і ні. Тому немає нічого дивного в тому, що світло в одних умовах поводиться як хвиля, в інших − як потік частинок.

Матеріал розділу надає значні можливості для організації самостійної діяльності учнів. Корисно широко використовувати Періодичну систему Менделєєва і запропонувати їм на її основі самостійно розкрити склад ядер деяких елементів, розрахувати для них дефект мас, енергію зв'язку, питому енергію зв'язку і т. п. Оціночні розрахунки різних параметрів мікросвіту, широко використовувані в цьому розділі, можуть бути змістом самостійної діяльності учнів в школі і вдома, а аналіз отриманих в них результатів − найкраща школа розвитку мислення учнів. Цій же меті служить вирішення завдань, які в даному розділі носять переважно тренувальний характер і вимагають акценту на аналіз отриманих даних: корисно зіставляти енергії зв'язку ядер з енергією зв'язку інших систем, наприклад молекул; кінетичну енергію α-частинок з енергією теплового руху молекул; щільність ядерної речовини з відомими густинами різних речовин. Результати цього аналізу дозволяють учням краще зрозуміти порядок величин в мікросвіті, осмислити своєрідність мікросвіту.

Для полегшення засвоєння квантової фізики необхідно в навчальному процесі широко використовувати різні засоби наочності. Але кількість демонстраційних дослідів, які можна поставити при вивченні цього розділу в середній школі досить незначна. Тому, крім експерименту, широко використовують рисунки, креслення, графіки, фотографії треків, плакати і діапозитиви. Перш за все, необхідно ілюструвати фундаментальні досліди, а також роз'яснювати принцип будови приладів, які реєструють частинки, прискорювачів, атомного реактора, атомної електростанції тощо. При вивченні цього розділу широко використовують навчальні відеофільми, діафільми, а також діапозитиви і настінні таблиці. Значні можливості в цьому відношенні відкриває комп'ютерне моделювання [2].

Висновки. Розвиток фізичної освіти в школі − об'єктивний закономірний процес. Він визначається завданнями, висунутими суспільством перед школою на даному історичному етапі, рівнем розвитку науки і техніки та досягненнями педагогіки, що розробляє і удосконалює зміст і методи навчання та виховання.

Міцні знання з квантової фізики вкрай важливі для формування в учнів сучасної фізичної картини світу і глибокого розуміння природи фізичних процесів на атомному і молекулярному рівнях. В даний час у зв'язку з швидким розвитком нанотехнологій і атомної енергетики даний розділ фізики має особливе значення.

Список літератури

1. Атаманчук П. Сучасні проблеми фізичної освіти / П. Атаманчук, А. Кух, В. Мендерецький, О. Ніколаєв // Фізика та астрономія в школі: Науково-методичний журнал. ‑ К.: «Педагогічна преса», 2007. – № 3. – С.50-54.
2. Жук О.Ю. Головні етапи процесу розв’язання навчальної фізичної задачі з використанням педагогічних програмних засобів математичної підтримки // Наукові записки Кіровоградського педагогічного університету. – Кіровоград, 2001. – Вип. №34. – C. 35-39.
3. Ляшенко О. Зміст фізичної освіти: яким йому бути? / О.Ляшенко // Фізика та астрономія в школі: Науково-методичний журнал. ‑ К.: «Педагогічна преса», 2009. – № 6. – С. 3-6.
4. Навчальна програма з фізики для учнів 10-11 класів загальноосвітніх навчальних закладів: академічний та рівень стандарту [Електронний ресурс]. – Київ, 2011. – Режим доступу:http://osvita.ua/doc/files/news/309/30993/52.doc
5. Савченко В.Ф. Уроки фізики/ В.Ф. Савченко, Є.В. Коршак, О.І. Ляшенко – К.: Перун, 2002. − 320 с.