Технология «Вводная лекция»

Автор: Алжанбеков Мурад Гаджимурадович

Организация: «Технический колледж им. Р.Н. Ашуралиева»

Населенный пункт: г.Махачкала

Описание технологии проведено на основе темы «История возникновения квантовой механики и её роль в формировании научного мировоззрения у учащихся».

Технология реализуется через следующие последовательные и взаимосвязанные процедуры

Актуальность. Как показывает педагогическая практика, изучение естественнонаучных предметов часто ограничивается усвоением и применением знаний в типичных случаях. В современных условиях, когда приоритеты переставлены со знаний на развитие человека в образовании особого внимания заслуживает проблема формирования мировоззрения студентов, в которое входят не только научные знания, но и некоторые установки, регулирующие взаимодействие преподавания и учения как связь взаимообусловленных видов деятельности. Очень важно, чтобы у бакалавров сложились личностные отношения к миру, чтобы мировоззренческие знания были приняты не только осознанно, но и были приняты как свои. Занятия по физике атома и ядра помогут сформировать у бакалавров четкие научные убеждения.

Цель: Формирование целостного представления студентов о предстоящем разделе физики «квантовой механике» и закладка мировоззренческих основ в отношениях студентов к данному разделу физики.

Новая идея: Комплексная характеристика раздела программы с выявлением отношений студентов к динамике становления основных знаний способствует формированию их мировоззрения.

Основные процедуры технологии.

В начале занятия объявляется тема и обозначается ее значимость в современной науке и социально-экономической жизни общества и отдельного человека.

В лекции показаны объективные возможности формирования мировоззрения при изучении физики атома и ядра - физики наномира с учетом ее взаимосвязи с такими мировоззренческими науками как математика и философия. Основной акцент делается на том, что у бакалавров должны сложиться личностные отношения к миру, чтобы мировоззренческие знания были приняты не только осознанно, но и были приняты как свои.

Следующий этап идет как исторический экскурс к истокам зарождения атомной физики.

Рассказывается об истории возникновения квантовой теории – наиболее общей и глубокой теории нашего времени, как менялись физические представления о материи, как возникала квантовая механика, призванная описать явления, происходящие в мире атома, т.е. в наномире. Указана главенствующая роль Нильса Бора, его современников, учителей Томсона, Резерфорда, Луи де Бройля и его последователей Шредингера, Гейзенберга и др., приводятся сведения из их биографий.

После введения в человеческое измерение научных знаний студенты знакомятся с теорией «Великого объединения», в которую входят ньютоновская и эйнштейновская и квантовая теория

Далее характеристика динамики становления и развития квантовой механики идет через раскрытие основных научных открытий кванта как порции энергии атома.

Первой предпосылкой для создания квантовой механики явилось открытое Планком существование наименьшей возможной величины действия, которое служит масштабом для всех квантов световой энергии.

На этой основе совершилось открытие планетарной теории строения атома Резерфордом.

Каково строение атома мог решить только эксперимент. Благодаря знаменитым опытам его учеников Мардсена и Гейгера по рассеянию альфа-частиц, показавшим «отрицательное» резерфордовское рассеяние, была подтверждена планетарная модель Резерфорда.

Постоянная Планка позволила подтвердить планетарную абстрактную теорию Резерфорда

Резерфордовский атом был такой же катастрофой для классической физики, как и планковский квант действия. С введением поcтоянной Планка h (кванта действия, выражающего взаимную связь между локализацией некоторого объекта во времени и в пространстве с его динамическим состоянием) Бором для определения углового момента атома, был спасён «обреченный» атом Резерфорда.

Убеждение студентов в аналогии электронного строения атома с поведением света в оптике и его оценки с позиции постоянной Планка.

Череда открытий в квантовой механике переходит к открытию модели Томсона и возникновение ее противоречия с опытами Резерфорда.

Образцом сложности научного поиска представлена научная дискуссия Н. Бора и Резерфорда по электронной теории атома.

Выяснение причин противоречия теории Томсона и опытов Резерфорда экспериментами по расчету связей частиц в атоме.

Для углубления хода мыслей по новым открытиям проводится восстановление знаний студентов о строении атома из других областей физики.

После этого возникает возможность перейти к сравнению моделей строения атома Томсона и Резерфорда

Для укрепления возникших мыслей студентов обращаются к поэтическому представлению В. Брюсова о строении атома. Попытка создания ассоциаций студентов по метафоре В. Брюссова.

Быть может эти электроны,-

Миры, где пять материков,

Искусства, знанья, воины, троны

И память сорока веков.

Быть может, также каждый атом –

Вселенная, где сто планет.

Там все, что здесь в объеме, сжатом,

Но также то, чего здесь нет.

Переход к новым понятиям электронной теории в постулатах Н.Бора подтвержденных значением формулы Бальмера в развитии электронной теории строения атома, описанием заочного диалога Н.Бора и Бальмера, открытием Н. Бором скачкообразного поведения атома.

Далее исторический экскурс переходит к полуклассической последовательной квантовой механике, в которой раскрываются аспекты: открытия Н.Бором принципа дополнительности, установление Луи де Бройлем волнового характера частиц, открытие волнового уравнения для электронов профессором Шредингером, установление связей новых теорий с классической основой квантовой механики.

На основе описания исторических фактов студенты вводятся в мир возможных и неизбежных ошибок в научных открытиях.

Осмысления, гипотезы, модели как способы научного метода познания могут быть неправильными, как это случилось с моделями Томсона и Резерфорда.

Как все гении Бор тоже не был застрахован природой от ошибок и заблуждений. Только он умел ошибки осознавать и от заблуждений отказываться. Однако эти ошибки не умоляют роли теории Бора, явившейся крупным шагом в понимании новых квантовых закономерностей, с которыми столкнулась физика при изучении явлений микромира. Она отчетливо показала неприменимость классической физики для описания внутриатомных явлений.

Описанный выше экскурс в мир научных открытий, противоречий и заблуждений выводит преподавателя на возможность сосредоточения внимания студентов на воспитательном потенциале науки и деятельности ученых.

На таком занятии непременно возникает возможность ориентации студентов на серьезную и трудную работу на лабораторных занятиях по верификации знаний.

На завершающем этапе занятия предлагаются Задания на размышления студентов над всем процессом развития квантовой теории атома.

1. В чем отличие классического понятия реальности от понимания реальности в квантовой физике?

2. Какую физическую величину в классической физике можно сопоставить понятию спина в квантовой механике?

3.В опытах Франка и Герца пучок электронов пропускается через газ He. При ускоряющем напряжении 19,8 В возникает первый пик, соответствующий первому возбужденному состоянию (основное состояние ). Как объяснить возникновение этого пика, если интеркомбинационный переход, т.е. переход с переворотом спина атомного электрона запрещен?

Рекомендации:

1. Вводная лекция проводится для создания у студентов целостного представления об изучаемой дисциплине и мобилизации интереса и мотивов к их активной деятельности на занятиях.
2. Технология «вводной лекции» требует четкого и логического выделения и характеристики наиболее важных этапов развития научного знания.
3. Вводная лекция должна быть построена не на научном, а на энциклопедическом материале, захватывающем внимание студентов.
4. Вводную лекцию целесообразно строить по методу проблемного изложения, известного в классификации методов по типу познавательной деятельности учащихся.
5. На вводной лекции целесообразно показать связь с мерой распределения познавательных усилий и возможных затруднений при изучении разных тем учебной дисциплины.
6. Итогом вводной лекции должно быть получение студентами структурно-логической схемы по всему содержанию учебной дисциплины.