Кванттық физика тарихы және тарихи деректерді физика пәнін оқытуда қолдану әдістемесін оқыту

Оңтүстік Қазақстан мемлекеттік педагогикалық университеті

Орындаған: 110-14 тобы Физика мамандығының

4 курс студенті Тұтқыш Мадина Берікқызы

Ғылыми жетекшісі

ф. м. ғ. к., доцент Рамазанова Сара Акзамовна

Дипломдық жұмыс

Тақырыбы: Кванттық физика тарихы және тарихи деректерді физика пәнін оқытуда қолдану әдістемесін оқыту.

Дипломдық жұмыстың тақырыбының өзектілігі.

Кванттық физиканың даму тарихы және тарихи деректерді физика пәнін оқытуда пайдаланудың маңыздылығы орасан зор. Физика пәнін оқытуда тарихи деректерді қолдану мынандай мәселелерді шешуге: оқыту үдерісінде жастардың танымдылығын, тәрбиелігін, дамытушылығын, олардың ғылыми көзқарастарын, патриоттық, интернационалдық, адамгершілік, ғылымға деген сүйіспеншіліктерін қалыптастыруға мүмкіндік береді.

Дипломдық жұмыстың

Зерттеу нысаны: Орта мектепте 11 сынып физикасы.

Зерттеу пәні :Орта мектептегі «кванттық физика» курсы.

Зерттеудің мақсаты : Орта мектептегі кванттық физика тарихы және тарихи деректерді физика пәнін оқытуда қолдану әдістемесін жасау.

Зерттеу міндеттері:

Зерттеудің мақсатына, пәніне, нысанына, ғылыми болжамына сәйкес келесі міндеттерді шешу қажеттігі айқындалды:- педагогикалық жоғары оқу орындарында болашақ физика мұғалімдерін даярлаудың мәселелерін зерттеу; - орта мектепте «кванттық физиканы» оқытудың жағдайын анықтау; - «Кванттық физика» курсының құрылымы мен мазмұндық ерекшеліктерін айқындау; - болашақ мұғалімдерге арналған орта мектептегі «Кванттық физиканы» оқытуға даярлау әдістемесін жасау; - ұсынылған әдістеменің тиімділігін тәжірибелік-эксперименттік жұмыс барысында тексеру.

Дипломдық жұмыстың құрылымы

Қолданылу саласы:

кіріспеден, екі тараудан, қорытындыдан, пайдаланылған әдебиеттер тізімінен тұрады.

Жалпы білім беретін орта мектептер де, гимназиялар да, дарын мектептерінде т. б

Кіріспе бөлімінде келесідей мәселер қарастырылады.

Дипломның жұмыстың өзектілігі, зерттеудің мақсаты, міндеті, нысаны, пәні, зерттеу жұмысының ғылыми жаңалығы, қолданылу саласы, жұмыстың құрылымы қарастырылған.

Бірінші тарауда : «Кванттық физиканың даму тарихы» қарастырылған. Оның ішінде мынандай тақырыптар кеңінен қамтылған: «XIX ғасырдағы физикада ашылған жаңалықтар», «Абсолют қара дененің сәуле шығаруы», «Фотон теориясы», «Фотоэффект», «Комптон эффектісі», «Радиоактивтілік», «Ренген сәулелері», «Электронның шығуы», «Резерфорд тәжірибесі», «Корпускалық- толқындық дуализм».

Екінші тарауда : «Мектепте физика курсын оқыту барысында тарихи деректерді физика пәнін өткенде қолдану әдістемесі» келтірілген. Заманауи педагогикалық ғылымда және мектеп тәжірибесінде тарихилық принципін жүзеге асыру мәселесінің жағдайын талдау кезінде тарихилық таным тәсілі ретінде орта мектепте физикадан оқу бағдарламасының мазмұнын анықтауда қажетті шарт болып табылатыны анықталды.

«Кванттық физиканың даму тарихы»

Кванттық физика ерекшеленетін бұрынғы теориялар енгізе отырып, қарапайым кванта қолданылу теориясы ретінде тек 20-ғасырдың басынан бастап қолданыла бастады. Бірақ оның эксперименттік түп-тамыры алыс сонау 19 ғасырдан басталған. Кванттық физика классикалық физикаға қарағанда танып білудің жоғары деңгейі болып табылады. Ол көптеген классикалық көзқарастарға шектеу қойды, сондықтан да XXI ғасырда мектептегі физика бөлімінде кванттық физиканың элементтері оқытылуы керек. Әйтпесе мектеп оқушыларының физикадан алған білімдері XIX-XX ғасырдағы деңгейде қалып қояды. Жалпы орта білім беретін мектептің жаңа бағдарламасында кванттық физика материалдарына назар аударылды. Онда екі тақырыптың мазмұны жаңартылып «Кванттық физика» жеке бөлім болды. Кванттық физика физикалық теориялардың ішіндегі кең ауқымды теория болып табылады. Себебі, ол классикалық физикаға қарағанда үлкен ауқымды көлемдегі физикалық құбылыстарды толық түсініріп бере алады. Бірақта кванттық физика классикалық физиканы жоққа шығармайды, тек оның қолданылатын аймағын шектейді. «Кванттық физика» бөлімі политехникалық білім беруде де маңызды мәселелерді шешеді.

«XIX ғасырдағы физикада ашылған жаңалықтар»

XIX ғасырда оптика тарихындағы ең басты оқиға толқындық теориясының жеңісі болды. Ағылшын физигі Томас Юнг (1773-1829) интерференциялық теорияның басты теориялық баптарын тұжырымдады және Ньютонның түрлі-түсті сақиналарының қалай пайда болатындығын түсіндіріп берді. Ол жарықтың толқын ұзындығының жуық мәнін тұңғыш анықтады.

XIX ғ соңы XX ғ. басында жаратылыстануда төңкеріске әкеліп соққан бір топ физикалық құбылыстар ашылды. Кеңістік, уақыт, зат құрылысы жайында жаңа түсініктер пайда болды. 1895 ж. неміс физигі Ренген (1845-1925ж. ж) көрінбейтін, бірақ күшті өткіш сәулелерді ашты. Неміс ғалымы Лауэ рентген сәулелерінің кристалдардағы дифракциясын бақылап, рентген сәулелері де электромагниттік толқындар екендігін, тек спектрдің көрінетін аймағындағы толқындарға қарағанда өте қысқа электромагниттік толқындар екендігін өзінің эксперименттерінде дәлелдеп берді.

XIX ғасырдың екінші жартысында электродинамика жасалған соң ғана электромагниттік құбылыстар практикада кең қолданыла бастады. А. С. Поповтың радионы ойлап шығаруы жаңа теория принциптерінң аса маңызды қолдануларының біріне жатады.

XIX ғасырдың басында жарық сәуленің корпускалық және толқындық теорияларының арасындағы «күрес» толқындық теорияның жеңісімен аяқталды. Бұған ағылшын ғалымы Томас Юнгтің (1773-1829) және француз физигі Френельдің (1788-1827) ашқан жарық сәуленің интерференциясы мен дифракциясының толқындық теориясының түсініктемесі себепші болды.

Абсолют қара дененің сәуле шығаруы.

Фотон теориясы.

Фотоэффект.

Фотоэлектрлік эффект деп- жарықтың әсерінен заттан электрондардың бөлініп шығу құбылысын айтады. Фотоэффект құбылысын атақты орыс оқымыстысы А. Г. Столетов жан-жақты зерттеген. Столетов мыс тор мен мырыш пластинканы конденсатор ретінде алып, оларды батареямен жалғастырған. Әдетте, мұндай тізбектен ток жүрмейді. Столетов мыс тор мен мырыш пластинканы конденсатор ретінде алып, оларды батареямен жалғастырған. Әдетте, мұндай тізбектен ток жүрмейді. Столетов мырыш пластинкаға электр жарығын түсірген. Сонда ол тізбектен ток жүргені байқалған. Зерттей келгенде, жарық әсерінен мырыш пластинкадан теріс зарядтар бөлініп шығатындығы айқын болған. Столетов осы бөлініп шыққан зарядтардың мөлшері пластинкаға түскен жарық ағынына тура пропорционал екенін тағайындаған. Жарық әсерінен металдың бетінен бөлініп шығатын теріс зарядталған бөлшектердің электрондар екені анықталған. Жарық түскен дененің бетінен бөлініп шығатын осы электрондар фотоэлектрондар деп аталады, осы фотоэлектрондар ағынын фототок деп атайды. Фотоэффект құбылысын жарықтың кванттық теориясына сүйеніп түсіндіруге болады. Фотоэффектіні ең алғаш рет квант теориясы тұрғысынан қарастырған, атақты физик Альберт Эйнштейн еді.

Комптон эффектісі.

Радиоактивтілік . Ренген сәулелері.

Корпускалық- толқындық дуализм.

Дифракция және интерференция құбылыстары жарықтың толқындық қасиетін растаса, ал фотоэффект және Комптон эффектілері жарықтың корпускалық табиғатын дәлелдейді.

Олай болса, жарық корпускалық-толқындық дуализмге ие. 1923 ж Де-Бройль жарықтың дуалистік қасиеттерін негізге ала отырып, тек қана жарық емес, сонымен қатар еркін бөлшектер корпускалық-толқындық дуализмге ие деген болжам айтты. Бұл Де-Бройль гипотезасы деген атпен белгілі болды.

Де-Бройль гипотезасының дұрыс екендігін 1923 жылы Девиссон және Кунцман, кейінірек 1927 жылы Девиссон және Джеммер тәжірибелері растады.

Корпускалық-толқындық дуализмді қолға ұстатқанда көзге елестетуге болмайды. Жарықтың толқындық және корпускалық сипаттарын оның табиғатының жеке жақтары деп қарамауымыз керек, түрліше тәжірибелерде жарық өзінің осы жақтарының тек біреуімен ғана көрініп отырады.

Жарықтың корпускалық теориясын тұжырымды етіп баяндаған- ағылшынның атақты ғалымы Иссак Ньютон (1672 ж) . Бұл теория бойынша, жарық дегеніміз- жарқырауық денелерден ұшып шыққан жарық бөлшектерінің (корпускулалардың) ағыны.

Мектепте физика курсын оқыту барысында тарихи деректерді пайдалану.

Физиканы оқыту әдістемесінің негізін қалаушылардың бірі П. А. Знаменский оқушылардың физика курсы бойынша тарихилық принципін ұстанды. Оның ойынша, тарих сұрақтарының мәні жоғары болғаны сонша, уақыт жетіспеушілігінен туындаған барлық қиыншылықтарды жеңу және оқу үрдісіне тарих элементтерін қосу үшін барлық мүмкіндіктерді қолдану керек. Жаңа білімді беру кезінде әрқашан математикалық аппараттарды және эксперименттерді қолдануға болмайды, теориялық жаңа білім логикалық ойлау жолымен дамиды немесе тарихи материалдарды қолдану арқылы іске асырылады. Оқушыларды ғылым тарихымен таныстыра отырып, біз физикалық теориялар қалай пайда болатынын, физика дамуында гипотезалардың рөлі қандай екенін, ғылыми эксперименттердің ерекшелігі неде екенін көрсетеміз. Физика курсында тарихи деректерді қолдана отырып, біз оқушыларда оларды дүниетанымын қалыптастыруда аса маңызды болып табылатын физикалық зерттеу әдістері туралы көзқарас қалыптастырамыз.

Тарихи деректерді қолданып сабақ өткенде:

Физика тарихы бойынша мәліметтер қолданылатын сабақтардың түрлері

93, 6%

Оқу конференциялардан жүргізгенде 59, 6%

Дәріс кезінде 55, 3%

Жүйелеу және жалпылау сабақтарында 34%

Факультативтік сабақтарда 32%

Экскурсия жүргізгенде 42, 4%

Семинарлар жүргізгенде және жобалық қызметті дайындау кезінде

100%-ға жуық

Оқу үрдісінде тарихи деректерді қолдану шарты

19, 2%

-егер тарихи деректер оқушыларға жаңа мәселенің өмірлік маңызын уәждеуге және ашуға көмектессе; 70, 1%

-тарихи деректер оқулықта көрініс тапқанда

29, 7%

егер тарихи деректер оқу үрдісінде қалыпты жағдайды нығайтуға мүмкіндік туғызса;

46, 8%

-сыныптың көңіл күйі мен психологиялық жағдайына тәуелді болса

25, 5%

Тарихи деректер қолдану кезінде оқушыларда кездесетін қиындықтар

65, 1%

Тарихи мазмұндағы материалды іздеуге кеткен уақыттың тапшылығы

53, 1%

Тарихи мазмұндағы бар әдебиеттер туралы жеткіліксіз хабардар болу.

46, 8%

Физика кабинетінің әдістемелік жабдықталуының тапшылығы(әдебиеттер, үлестірмелі және демонстрациалық материалдар)

34, 2%

Қарастырылған мәселелер бойынша қосымша дайындыққа сұраныстың өсуі

35, 1%

4. Архимед (біздің жыл санауымыздан 287 жыл бұрын)

Архимед алғашқы кезде механика ғылымымен шұғылданған. Механикадан: «Рычагтар туралы», «Дененің суда қалқуы» кітапшаларын жазған. Ұлы ғалымның атына байланысты ұғымдар ғылымның сан алуан саласынан кездестіруге болады. Мысалы, Архимед заңы, Архимед аксиомасы, Архимед әдісі, Архимед ережесі, Архимед саны т. б

5. Исаак Ньютон (1643-1727)

1665 ж И. Ньютон бакалавр дәрежесін, ал 1668 ж магистр дәрежесін алды. Ньютонның ғылыми жолы шағылатын телескопты ойлап шығаруынан басталды. 1668 ж жасалған бұл телескоп Ньютонды физик ретінде елге танытты. Ньютон физика тарихына қосқан үлестерінің бірі- 3 заңының шығуы. Іргелі еңбектері:«Натурфилософияның математикалық бастамалары» (1687ж. ), «Оптика» (1704 ж. )

Мектеп оқулығы және бағдарламасы.

Мектепте физика пәні негізінен 7-11 сыныптар да оқытылады. Қазіргі уақытта мектепте 7 сыныптар физика сабағын жаңартылған бағдарлама бойынша оқып жатыр. Ал 8-11 сыныптар бұрынғы бағдарлама негізінде оқып жатыр. «Кванттық физика» орта мектептің 11-сыныбында өтіледі. 11- сыныпта барлығы - 102 сағат, аптасына - 3 сағат физика сабағы болады.

Дәстүрлі сабақ жоспары.

11-сыныптың физика кітабының VI тарауының Жарықтың кванттық теориясының негіздері бөлімінің ішіндегі §28 Кванттық теория туралы ұғым тақырыбына модульдік оқыту сабақ жоспарын жасадым. XX- шы ғасырдың 80 - жылдардың аяғында 90 - шы жылдардың басында педагогика ғылымына тағы да бір технологиялық ғылымның саласы дәлірек айтқанда, “модуль” термині енді. “Модуль” бұл (грек сөзі “modulus” - өлшем) деген мағынаны білдіреді.

Модульдік оқыту технологиясының ерекшеліктері:

•білім меңгерту емес, тұлғаның танымдық қабілеттерін және танымдық

үдерістерді арнайы жасалған оқу және танымдық жағдайлар арқылы дамыту;

•тұлғаның қауіпсіздігін, өзін-өзі өзектілендіру, өзін-өзі бекіту,

қарым-қатынас, ойын - танымдық және шығармашылық қажеттіліктерін қанағаттандыру;

•белсенді сөздік қорын дамыту (ауызша және жазбаша) ;

•дарынды балалармен тұрақты және жүйелі жұмыс істеу мүмкіндігін тудырады.

Ең алдымен сабақтың жоспарымен таныстыратын болсам, модульдік сабақ жоспарымды жалпы 2 сағатқа жоспарладым . 1 сағат ішінде өтілетін сабақта №1-4 модульден тұрса, 2 сағат ішінде №5-10 модульден тұрады.