Реализация динамического принципа при изучении элементов квантовой механики в курсе физики средней школы

Голубева, Ольга Валентиновна

Темы диссертаций по педагогике » Теория и методика обучения и воспитания (по областям и уровням образования)

автореферат и диссертация по педагогике 13.00.02 для написания научной статьи или работы на тему: Реализация динамического принципа при изучении элементов квантовой механики в курсе физики средней школы

Автореферат

Автор научной работы: Голубева, Ольга Валентиновна
Ученая степень: кандидата педагогических наук
Место защиты: Москва
Год защиты: 2008
Специальность ВАК РФ: 13.00.02

Диссертация

Автореферат диссертации по теме "Реализация динамического принципа при изучении элементов квантовой механики в курсе физики средней школы"

□□3451069

На правах рукописи

су

Голубева Ольга Валентиновна

РЕАЛИЗАЦИЯ ДИНАМИЧЕСКОГО ПРИНЦИПА ПРИ ИЗУЧЕНИИ ЭЛЕМЕНТОВ КВАНТОВОЙ МЕХАНИКИ В КУРСЕ ФИЗИКИ СРЕДНЕЙ

ШКОЛЫ

Специальность 13.00.02 - теория и методика обучения и воспитания

(физика)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата педагогических наук

О 6 НОЯ20С0

Москва - 2008

003451869

Работа выполнена на кафедре физики государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Липецкий государственный педагогический университет» ГОУВПО«ЛГПУ»

Научный руководитель:

кандидат физико-математических наук, профессор БАРЫШНИКОВ Валерий Григорьевич (ГОУ ВПО «ЛГПУ»)

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор БАРИНОВА Маргарита Фёдоровна (ГОУ ВПО «МГОУ»)

кандидат педагогических наук, и.о. доцента ПАНОВА Елена Евгеньевна (ГООУ ДПО «ЛИРО»)

Ведущая организация: Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Рязанский государственный университет им. С. Есенина» ГОУ ВПО «РГУ им. С. Есенина»

Защита состоится 25 ноября 2008 г. в 15.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.155.09 при Московском государственном областном университете по адресу: 107005, Москва, ул. Радио, д. 10-а, ауд. №8.

С диссертацией можно ознакомиться в читальном зале библиотеки в ГОУ ВПО «Московский государственный областной университет» по адресу: 107005, Москва, ул. Радио, д. 10-а.

Автореферат разослан_

Учёный секретарь диссертационного совета кандидат педагогических наук, доцент

2008 г.

Сй4

С.А. Кордышева

Общая характеристика работы

Изменения в системе общественных отношений активно воздействуют на школу и требуют от образования мобильности, адекватного соответствия задачам нового исторического этапа. На расширенном заседании Госсовета 8 февраля 2008 года (ууулу.кгетПп пЛ В.В. Путин определил стратегию инновационного развития России, опирающуюся «на реализацию человеческого потенциала, на наиболее эффективное применение знаний и умений людей...». Он акцентировал, что «будущее России, наши успехи зависят от образования и здоровья людей, от их стремления к самосовершенствованию и использованию своих навыков и талантов». Поэтому образовательная система должна вобрать в себя самые современные знания и технологии. Для этого «уже в ближайшие годы необходимо обеспечить переход к образованию по стандартам нового поколения, отвечающим требованиям современной инновационной экономики. Сфера образования, - подчеркнул В.В. Путин, - должна стать базой для расширения научной деятельности».

Физика как фундамент современного естествознания обеспечивает прогресс в создании инновационных технологий. Но все достижения физики так или иначе начинаются со школьного образования, которое с юного, самого восприимчивого возраста, входит в сознание будущих инженеров и учёных-физиков и служит основой успешности обучения в университетах. Квантовая физика перешла из области своей фундаментальной концептуальной значимости в область технических приложений. Идеи квантовой физики материализуются в новейших технических устройствах и технологиях: средствах связи, лазерах, компьютерах. Поэтому модернизация школьного образования по физике должна быть направлена на значительное увеличение в школьном курсе доли квантовой физики, прежде всего в профильных физико-математических, политехнических, технологических и других классах.

Актуальность исследования. Преподавание квантовой физики в общеобразовательных учреждениях является одной из наиболее сложных методических проблем. Это трудности объективного характера, связанные как с ограниченными познавательными возможностями учащихся школьного возраста, так и со спецификой квантовой формы движения материи. Сказываются и субъективные, исторически сложившиеся предубеждения о невозможности понимания школьниками современной физики. В действующей программе школьного курса этот раздел традиционно основывается на представлениях, возникших в самом начале становления квантовой физики. Вопрос введения квантовомеханических представлений в школьный курс физики не остался без внимания учёных-методистов, которыми проделана большая исследовательская работа по разработке методики обучения элементам квантовой механики в средней

школе (см. М.Е. Бершадского, Б.Е. Будного, В.В. Мултановского, Ю.В. Саурова и др.). Частично её результаты воплощены в учебниках и учебных пособиях по физике А.Т. Глазунова, Ю.И. Дика, О.Ф. Кабардина, В.А. Коровина, А.Н. Малинина, В.В. Мултановского, В.А. Орлова, A.A. Пинского, Л.И. Резникова, Ю.А. Саурова, A.A. Синявиной, JI В. Тарасова, Л.С. Хижняковой, Б.М. Яворского и др. Высоко оценивая научную и прикладную значимость выполненных методических работ, необходимо, однако, отметить, что существенные вопросы преподавания квантовой физики, такие как: построение раздела «Квантовая физика» школьного курса, представляющего собой целостную, логически последовательную структуру; использование современных идей квантовой физики для формирования научного мировоззрения школьников; расширение круга изучаемых квантовомеханических понятий без перегрузки учащихся - не нашли должного разрешения.

О существенных недостатках в знаниях, учащихся по квантовой физике говорят результаты проведенного нами констатирующего эксперимента. Школьники не знают о свойствах микрообъектов и их движении, о динамических уравнениях, о соотношении между законами квантовой и классической физики. Причина такого положения кроется как в несовершенстве и трудностях методики формирования квантовых представлений, так и в неадекватном современному состоянию науки содержании раздела квантовой физики, определяемом действующими общеобразовательными стандартами, программами и учебниками.

Отсутствие удовлетворительного решения проблемы методики преподавания основ квантовой физики, прежде всего элементов квантовой механики, является тормозом совершенствования курсов физики общеобразовательных учреждений, особенно профильного уровня, в связи с новыми целями среднего образования, ставящими во главу угла человеческий фактор и инновационную деятельность. Поэтому возникла общественная потребность в решении обсуждаемой методической проблемы.

Актуальность исследования обусловливается также наличием ряда противоречий, проявляющихся на практике, между следующими компонентами:

- недостаточной математической подготовленностью учащихся и необходимыми для адекватного выражения элементов квантовой механики математическими средствами;

- сложившимися местом и ролью квантовой физики в курсах физики общеобразовательных учреждений и её концептуальной и прикладной значимостью;

- сформированными ранее у учащихся классическими понятиями о кинематике и динамике движения макрообъектов и квантовомеханическими понятиями о кинематике и динамике микрообъектов.

Кроме указанных, нужно отметить также противоречие между необходимостью для преподавания основ квантовой физики соответствующей и достаточной экспериментальной базы и отсутствием таковой. Этим преподавание квантовой значительно отличается от преподавания других разделов школьной физики, где широко применяются демонстрации и лабораторные работы.

Названные противоречия определили проблему исследования: каковы обусловленные содержанием физической науки и дидактическими принципами методические пути эффективного изучения элементов квантовой механики школьниками, включающие следующее:

- общий теоретико-методологический подход, базирующийся на научном анализе содержания квантовой физики и на дидактической концепции теоретических обобщений, связанной с изучением физических теорий в курсе физики общеобразовательных учреждений, особенно профильного уровня;

- положения, конкретизирующие применительно к изучению основ квантовой физики и, прежде всего, элементов квантовой механики общие дидактические и методологические требования;

- частные методики, соответствующие профилю общеобразовательного курса физики.

Цель исследования: разработать и обосновать методику эффективного изучения элементов квантовой механики на основе динамического принципа в курсе физики средней школы.

Объект исследования: процесс обучения школьников элементам квантовой механики в общеобразовательных учреждениях.

Предмет исследования: методика обучения школьников квантовой физике на основе последовательного описания динамики квантовомеханических частиц и принципа детерминированности состояний.

основывается на динамическом принципе в описании квантовомеханического движения;

- сопровождается использованием аналогий между различными областями физики, особенно классической механикой;

- учитывает пропедевтический подход, который предполагает введение понятия состояния и последовательного динамического описания системы

уже в классической механике, что позволяет реализовать преемственность обучения физике.

Предполагается, что основанный на данной гипотезе методический подход должен способствовать:

- формированию квантовомеханических понятий, их теоретическому и практическому применению;

- обобщению и систематизации знаний по классической и квантовой механике;

- образованию целостного научного мировоззрения, основанного на квантовомеханических идеях.

Соответственно проблеме, целям, объекту, предмету и гипотезе исследования были определены и решались следующие задачи:

- проанализировать научно-методическую, педагогическую, философскую литературу по теме исследования;

- изучить педагогический опыт и практику преподавания элементов квантовой механики в курсе физики общеобразовательных учреждений;

- выявить теоретическое основание методики преподавания элементов квантовой механики;

экспериментально проверить разработанную методику и проанализировать полученные результаты.

Теоретико-методологическую основу диссертационного исследования составили положения педагогики, философии, психологии относительно требований к процессу обучения, концепция генерализации и фундаментализации физического образования, методология использования новых технологий в образовательном процессе.

В диссертационном исследовании в части общих дидактических и методических установок мы опирались на труды известных отечественных дидактов и методистов Ю.К. Бабанского, Б.Е. Будного, В.В. Давыдова, В.Ф. Ефименко, Л.Я. Зориной, ОФ. Кабардина, И.Я. Ланиной, В.Н. Мощанского, В.В. Мултановского, И.И. Нурминского, В.А. Орлова, Н.С. Пурышевой, В.Г. Разумовского, М.Н. Скаткина, В.А. Сластёнина, A.B. Усовой, Л.С. Хижняковой и др.

Для решения поставленных задач и проверки гипотезы использовался комплекс различных методов исследования: теоретические: анализ философской, педагогической, методической литературы по проблеме исследования, синтез, сравнение, систематизация, обобщение; эмпирические: анализ современного содержания школьного курса квантовой физики, моделирование, педагогический эксперимент, тестирование; математико-статистические обработки экспериментальных данных.

Научная новизна и теоретическая значимость исследования состоит в том, что:

• определено и обосновано содержание последовательного динамического описания микрочастиц при изучении элементов квантовой механики школьниками, базирующееся на квантовомеханических принципах неопределённости, суперпозиции состояний, причинности (детерминированности состояний), принципиально комплексном виде функции состояния, наличии кванта действия (постоянной Планка) и формирующее представление учащихся об элементах квантовой механики;

• разработана методика реализации динамического принципа при изучении элементов квантовой механики в курсе физики средней школы;

• разработана и обоснована система сопровождений по элементам динамики квантовых частиц в процессе «конструирования» динамического уравнения квантовой механики, с помощью метода анализа размерностей.

Практическая значимость исследования:

• обоснованы теоретические положения и выводы, а также конкретные методические рекомендации по реализации предложенного последовательного описания элементов квантовой динамики;

• разработана примерная программа среднего (полного) образования по физике (профильный уровень, Х-Х1 классы), включающая описание элементов динамики, относящихся к различным разделам физики;

• созданы конспекты уроков (содержащиеся в диссертации и в публикациях, положенных в её основу), позволяющие существенно повысить эффективность изучения основ квантовой физики в общеобразовательных учреждениях;

• разработана программа курсов по выбору (КПВ) «Изучение элементов динамики материальных систем», рассчитанная на 30 часов.

Опытно экспериментальная база исследования.

Исследование проводилось на базе школ г. Липецка (МОУ СОШ №3, № 12, № 20, № 33, № 69) в 11-х классах.

Достоверность и обоснованность научных положений и выводов обеспечивается опорой на методологические обобщения физической науки и выводы педагогики, использованием разнообразных методов исследования, соответствующим поставленным задачам, а также соблюдением основных психолого-педагогических требований к организации педагогического эксперимента.

На защиту выносятся:

1) подход к определению содержания раздела квантовой физики на основе последовательного описания элементов квантовой динамики в курсе физики общеобразовательных учреждений;

квантовомеханической причинности, принципиально комплексном виде функции состояния, необходимом учёте кванта действия и тесной связи физики с математикой;

3) теоретические и эмпирические модели в системе сопровождений элементов квантовой механики в процессе «конструирования» динамического уравнения квантовой механики на основе метода анализа размерностей.

Апробация результатов. Основные идеи и результаты исследования докладывались и обсуждались на заседаниях кафедры физики ЛГТГУ, а также были представлены на следующих конференциях: на II международной научно-методической конференции «Новые технологии в преподавании физики: школа и ВУЗ», Москва, Mili У, 2000 г.; международной научно-практической конференции «Непрерывное педагогическое образование: состояние, тенденции, перспективы развития», Липецк-Москва, 2000 г.; V-ой региональной научно-практической конференции «Инновационная деятельность учебных заведений в системе непрерывного образования», Усмань, 2000 г.; VI региональной научно-практической конференции «Духовно-нравственное развитие личности в процессе непрерывного образования», Липецк, 2001 г.; VII-ой региональной конференции «Непрерывное педагогическое образование, социально-экономическая и социокультурная среда, проблемы и взаимосвязи», Липецк-Лебедянь, 2002 г.; VIII-ой региональной научно-практической конференции «Теория и практика непрерывного образования: история и современность», Липецк-Усмань, 2003 г.; VII-ой международной конференции «Физика в системе современного образования (ФССО-ОЗ)», СПб, РГПУ им. А.И. Герцена, 2003 г.; VI-ой региональной научно-практической конференции «Проблемы естественно-математического образования», Липецк, ЛГИУ, 2003 г.; всероссийской научно-методической конференции «Теоретические основы и технологии открытого образования», Липецк, ЛГТУ, 2004 г.; международной научно-практической конференции «Проблемы развивающего обучения физике в условиях предметной информационно-образовательной среды. Общеобразовательные учреждения, педагогические вузы», Москва, МГОУ, 2007г.; VII-ой Всероссийской научной конференции «Физическое образование: проблемы и перспективы развития», Москва, Mill У, 2008 г.; IV-ой Всероссийской научно-практической конференции «Новации и традиции в преподавании физики: от школы до вуза», Тула, ТГПУ им. Л.Н. Толстого, 2008 г.

Структура диссертации. Диссертационное исследование состоит из введения, трёх глав, заключения, списка литературы (190 наименований), четырёх приложений. Диссертация содержит 174 страницы основного текста, 8 таблиц, 3 схемы, 8 рисунков, 6 гистограмм.

Основное содержание диссертации

Во введении обосновывается актуальность, формируется объект исследования, его предмет, цель, гипотеза и задачи. Раскрывается новизна, теоретическая и практическая значимость исследования, излагаются основные положения, выносимые на защиту, приводятся сведения об апробации и внедрении результатов работы, об имеющихся публикациях.

Первая глава — «Теоретические основы отбора содержания школьного курса квантовой физики» - посвящена анализу основных концепций и тенденций в методике преподавания физики и выявлению общедидактических и частнометодических принципов, определяющих содержание и структуру раздела «Квантовая физика» Рассмотрены состав и эволюция целей обучения физике в учебных программах и методической литературе.

Проблемам определения сущности понятия "дидактический принцип", номенклатуры дидактических принципов, их иерархии посвящено большое число работ, в том числе Б.Е. Будного, А И. Бугаева, Н.К. Гладышевой, В.Ф. Ефименко, М. Журавска, ПА. Знаменского, Б.Н. Иванова, С.Е. Каменецкого, Н.С. Пурышевой, И.Я Лернера и др.

Одним из ведущих при определении содержания и структуры школьного курса физики является принцип генерализации (теоретических обобщений). Под процессом генерализации понимают проникновение в сущность с целью выделения главного, а затем подчинение всего содержания этому главному и, наконец, разработку соответствующих методов обучения, а под результатом генерализации - такую структуру системы знаний, которая обеспечивает соподчинение частного общему, главному Предложения, касающиеся построения отдельных разделов курса физики средней школы на основе принципа генерализации рассматривали учёные методисты: на основе локальной генерализации С Е. Каменецкий, Н А. Родина, Э.Е. Эвенчик, В.А. Извозчиков, Ч.Я. Чачин и др., и глобальной A.A. Пинский (идея релятивизма), В.В. Мултановский (идея взаимодействия).

Мы предлагаем для осуществления идеи генерализации учебного материала по физике в качестве теоретического обобщения использовать последовательное динамическое описание систем на основе динамического принципа как проявления в физике принципа причинности.

На основе последовательного динамического описания возможна генерализация изучения разделов «Механика» и «Квантовая физика». Это позволит формируемым у учащихся знаниям укладываться в стройную логическую последовательность, а не представлять собой набор разрозненных, не связанных между собой фактов.

Анализ диссертационных исследований H.A. Алиева, А.Ф. Баранова, Б Г. Будного, Ю.Е. Дурасевича, В.Ф. Ефименко, Л.В. Карасовой, В.Е. Кулакова, Л В. Косолаповой, А.М Левашова, И А. Мазурова, В.Н

Маркова, В.В. Мултановского, И.Г. Пустильника, Н. Садритдинова, Ю.А. Саурова, Т.П. Славгородской по проблемам преподавания квантовой физики в средней школе показывает, что ни в одном исследовании еще не рассматривался вопрос изучения раздела «Квантовая физика» на основе последовательного динамического описания поведения микрочастиц.

Анализируя отечественные учебники и зарубежные учебные пособия на предмет наличия в них таких квантовых компонент, как: 1) волновая функция; 2) возможные интерпретации волновой функции; 3) вероятностная интерпретация волновой функции; 4) описание состояния микрообъекта в квантовой теории; 5) уравнения Шрёдингера; 6) принцип суперпозиции; 7) соотношение неопределенности; 8) принцип соответствия; 9) принцип тождественности частиц; 10) принципа Паули, -мы представили полученные данные в диаграмме. По вертикальной оси отложена частота использования определённой содержательной компоненты обучения в процентах, а на горизонтальной - сами содержательные компоненты (обозначены цифрами).

Содержательные компоненты ядра квантовой физики в отечественных и зарубежных учебниках

23456789 10 оодаржатвльныв компоненты

[^отечественные исследования ■ зарубежные исследования I

Из диаграммы видно, что у отечественных исследователей нет единства в вопросе отбора содержания выводов квантовой теории.

Во второй главе - «Методические основы реализации динамического принципа при изучении элементов квантовой механики в курсе физики средней школы» - представлена модель изучения динамики квантовых состояний на основе последовательного динамического описания квантовых частиц.

Последовательное динамическое описание поведения физических систем в отдельных разделах физики может быть реализовано по единой схеме:

- определение переменных состояния;

- введение понятия «состояние системы» (в том числе способы задания состояния);

- указание алгоритмов вычисления других физических величин, характеризующих систему, через переменные состояния и параметры системы;

- введение динамического уравнения движения с последующей иллюстрацией реализации конкретными примерами).

1.Содержательная модель реализации динамического принципа при описании движения физических систем

Параметры системы

переменные

Принцип причинности

Начальное Внешние

состояние воздействия на

- - 1- систему

Динамические 1

Закон динамики (динамическ ое

Конечное состояние системы

Параметры системы

Начальное состояние

Значение !

координаты и , скорости в момент |

Классическая механика

Принцип детерминированности

Внешние силы

Второй закон Ньютона

Значения скорости и координат в момент 1 х(1), у(0

Квантовая механика

Принцип детерминированности

Волновая функция в начальный момент ?Чх; 0)

Физические поля и(х,1)

Уравнение Шрёдингера

1г '

р Операторы динамических переменных '•!

Волновая функция в

момент времени

Кроме систематизации новых знаний, по мере их формирования и закрепления на уровне обобщения последовательное динамическое описание физических систем, на наш взгляд, имеет ряд дополнительных достоинств:

• многократное «прохождение» всех звеньев построения физической теории (на материале механики, электродинамики, квантовой механики) способствует пониманию учеником характерных особенностей процесса научного познания;

• постепенное формирование в сознании ученика теории как усложняющейся модели, призванной объяснить всё более широкий круг явлений, поможет ученикам понять необходимость, обоснованность введения каждого из основных положений этой теории.

• восприятие теории как модели той или иной группы природных объектов и процессов должно приводить учеников к пониманию необходимости существования границ применимости самой теории и её элементов.

В работе разрабатывается одна из возможных технологий введения в школьный курс физики элементов квантовой механики на основе последовательного динамического описания поведения микрочастиц.

Одним из первых шагов последовательного динамического описания является введение понятия состояния физической системы.

Анализ школьных учебников по физике (авторы И.К. Кикоин и А.К. Кикоин; Г.Я. Мякишев и Б.Б. Буховцев; Н.М. Шахмаев, С.Н. Шахмаев и Д.Ш. Шодиев и др.) показывает, что такие понятия как «состояние» системы, «динамическое уравнение», необходимые для последовательного использования теоретического динамического описания развития физических систем, либо совсем не вводятся, либо трактуются противоречиво, неоднозначно, т.е. можно сказать, что в теории обучения возникло противоречие между общей тенденцией усиления внимания к понятию состояния как резерву повышения эффективности изучения физических теорий и недооценкой этого понятия авторами школьных учебников по физике. О необходимости использования понятия состояния для повышения качества учебно-воспитательного процесса говорили такие ученые, как А.И. Бугаев, В.Ф. Ефименко, С.А. Волылтейн В.И. Мощанский, В.В. Мултановский, Г.Я. Мякишев, A.A. Пинский и др.

Следующим компонентом физической теории является набор физических величин, которыми каждая физическая теория оперирует. Физические величины, выступающие в качестве внутренних характеристик частиц системы или описывающих их способность участвовать в том или ином взаимодействии - это параметры системы. Задать состояние физической системы в некоторый момент времени - означает задать значения минимального числа независимых величин (переменных состояния), знание которых позволяет по известным алгоритмам находить

все остальные физические величины.

Следующая ступень теоретического описания динамического поведения системы - это предсказание, вычисление её будущих состояний. По существу, этому и посвящены те разделы учебников по физике, в которых присутствуют слова «механика» или «динамика». Таким образом, третьим важнейшим компонентом физической теории являются законы динамики, позволяющие проследить с той или иной степенью детализации развитие физической системы во времени, то есть предсказать характеристики системы в произвольный момент времени, если они известны в начальный момент времени.

Построение школьного курса физики, таким образом, даст возможность объединить его разделы одной сквозной идеей -последовательным динамическим описанием физических явлений и процессов. Остановимся подробнее на реализации последовательного описания элементов динамики квантовомеханических систем в теме «Элементы квантовой механики»: а) корпускулярно-волновой дуализм природы вещества и поля (корпускулярно-волновая природа света, дуализм свойств микрочастиц, дифракция электронов, как опытное подтверждение волновых свойств микрочастиц, физический смысл волн де Бройля); б) соотношение неопределённостей Гейзенберга (вывод соотношения неопределённостей на основе мысленного эксперимента с дифракцией электронов на щели, физический смысл соотношения неопределённостей, неприменимость классических представлений к движению микрообъектов, неприменимость понятия траектории при описании поведения микрообъектов); в) функция состояния микрочастицы (волновая функция, физический смысл волновой функции, некоторые дополнительные сведения из математики, необходимые для описания природы микрообъектов (комплексные числа), принцип суперпозиции; г) реализация принципа причинности в квантовой механике (отличие от классической физики, конструирование основного уравнения квантовой механики с использованием метода размерностей).

Для того чтобы реализовать принцип причинности в квантовой механике, надо: во-первых, выбрать способ задания состояния квантовомеханической системы; во-вторых, согласовать уравнение движения с выбранным способом задания состояния. В работе описывается реализация принципа причинности в квантовой механике по аналогии с классической механикой.

В квантовой механике в силу принципа неопределённости задать состояние частицы так же, как в классической, невозможно. Более того, если состояние классической частицы в каждый момент времени задаётся числами - значениями её координат и скоростей (импульсов), то состояние квантовой частицы в каждый момент времени задаётся комплексной функцией. Её обычно обозначают У(Х У, г,0- Квадрат её модуля

интерпретируется как плотность вероятности обнаружения частиц в том или ином месте пространства. В этом находит своё отражение одна из главных особенностей микрочастиц - принципиально случайный характер их поведения. Чаще всего, говоря о квантовых частицах, делают упор как раз на факторах случайности и вероятности. При этом остаётся как бы в тени замечательное свойство поведения микрочастиц: их состояние (волновая функция) изменяется во времени по динамическому закону, который находит своё отражение в уравнении Шрёдингера. Этот закон (уравнение) является аналогом второго закона Ньютона. В отношение динамики состояний по существу нет никаких различий между механикой классической и квантовой. Различие имеет место в форме выражения динамических законов. Это даёт веские основания для того, чтобы выстроить единый, целостный методологический подход в описании динамики как классической, так и динамики квантовых частиц. При этом известная сложность в восприятии школьниками понятия квантового состояния компенсируется сравнительно легко применяемым способом описания динамического поведения микрочастиц, основанном на аналогии с изученным ранее в классической механике.

В квантовой механике состояние микрочастицы определяется волновой функцией У^) - универсальной характеристикой

физического состояния микрочастицы. В каждом состоянии частица обладает не строго определёнными свойствами, а определёнными возможностями проявить те или иные свойства с той или иной вероятностью.

Схема решения динамической задачи квантовой механики выглядит так же, как и схема в классической механике:

В квантовой механике причина - сочетание строго определённой начальной волновой функции и полей, действующих на частицу, а следствие - строго определенный вид волновой функции для любых последующих моментов времени. Согласно принципу причинности уравнение движения микрочастицы должно быть дифференциальным уравнением первого порядка относительно времени. В соответствии с принципом суперпозиции уравнение должно быть линейным, т.е. частная производная волновой функции по времени может входить в уравнение только в первой степени. Динамическое уравнение квантовой механики (уравнение Шрёдингера) не выводится из известных ранее законов. Доказательством его правильности является полное соответствие получаемых из него решений с экспериментальными данными.

В третьей главе - «Уравнение Шрёдннгера в школьном курсе физики» - рассматривается методика введения динамического уравнения квантовой физики, а также определяются трудности и возможности её реализации.

Для того чтобы найти закон, описывающий пространственно-временную эволюцию микрочастиц, надо отметить, что уравнение движения квантовой частицы нельзя вывести из каких-либо известных ранее соотношений подобно тому, как уравнения Ньютона не могут быть получены теоретически, а представляют собой обобщение большого числа опытных данных. Основываясь на известных знаниях общего характера, таких, как: принцип причинности, принцип суперпозиции, принцип соответствия и др., - можно попытаться угадать вид искомого динамического уравнения. Если такое введение не приведет к искомому результату, то вводятся более сложные конструкции и т.д. Естественно предположить, что уравнение движения должно включать в себя фундаментальные постоянные, характеризующие квантовые явления, и параметры системы.

Для «конструирования» уравнения Шрёдингера был выбран метод размерностей. Этот метод, на наш взгляд, является одним из наиболее универсальных методов исследования свойств физических систем. Если для исследуемого явления установлено, с какими величинами может быть связана искомая величина, а вид этой связи неизвестен, то составляется уравнение размерностей, в котором левая часть содержит символ искомой величины со своим показателем размерности, а правая часть представляет собой произведение символов величин, от которых зависит искомая величина. Нахождение связи между физическими величинами сводится к отысканию значений показателей размерности в правой части уравнения.

Рассмотрим упомянутые возможности применения метода размерностей на примере. Для простоты рассматриваем свободную микрочастицу. Координатную ось направим вдоль распространения волны, соответствующей этой частице. Состояние квантовой частицы в данный

момент времени задаётся волновой функцией и, согласно

принципу причинности, уравнение, описывающее пространственно-временную эволюцию микрочастицы, должно быть дифференциальным уравнением первого порядка по времени, а тот факт, что пси-функция является функцией двух переменных, говорит о том, что уравнение должно

быть в частных производных, то есть содержать Ц/\. Конечно, в

уравнение должна входить Й .

Для того, чтобы уравнение могло описывать поведение частицы, значение производной от пси-функции по времени должно определяться значением самой волновой функции в тот же момент времени. Так как состояние микрочастицы описывается функцией координаты и времени,

то, возможно, это уравнение будет содержать производную по координате также первой степени согласно принципу суперпозиции. Учитывая наши предположения, уравнение движения примет вид:

П-у/[ = <хцг\

(1),

а - некоторый коэффициенг пропорциональности, вид которого нам надо определить. Предположим, что <2 пропорционален первой степени Н (чтобы сохранить размерность) и параметру частицы, в качестве которого по аналогии с уравнением Ньютона возьмём массу частицы т. Такое предположение определяется тем, что уравнение движения микрочастицы, в условиях, когда она движется, как классическая частица, должно перейти в уравнение движения классической механики

а = %- т (2),

тогда соотношение (1) примет вид:

й • у/ \ - а ■ т ■ у/ 'х

(3),

но это всего лишь пробное равенство для отыскания истинного уравнения. Проверяя размерности правой и левой частей данного уравнения,

Обозначение Величина

М масса

ь длина

т время

1} м г1 постоянная Планка

Постоянная Планка имеет размерность энергии, умноженной на время. Это легко видеть из уравнения, определяющего энергию фотона:

Е=к V И=Е/V. Следовательно,

_ 2 X ]

Подобным образом определяем размерности других величин. Зная размерности всех физических величин и устраняя все противоречия в размерностях, приходим к выводу, что вместо соотношения (3) нужно записывать другое равенство:

Иг ц/ ; = - ---у/ Ч (4).

2 т

Подход, предлагаемый нами, есть не просто набор научных фактов, а попытка построения логической модели «конструирования» уравнения Шрёдингера в школьном курсе физики.

В третьем параграфе данной главы приведено описание основных этапов педагогического эксперимента: констатирующего, поискового и

обучающего. Таблица I

Этапы эксперимента Цели эксперимента Эксперимент альная база Применяемые методы

Констатирующ ий эксперимент проходил с 2000 по 2004гг. Определение проблемы, связанной с обучением элементам квантовой механики учащихся средних школ. Изучение состояния исследуемой проблемы преподавания квантовой физики в общеобразовательных учреждениях Формулирование рабочей гипотезы МОУ СОШ №20, 12, 52 г. Липецка, МОУ СОШ №3 г., № 33, МОУ СОШ с углубленным изучением ряда предметов им. С. Есенина № 69 г. Липецка Наблюдение, устный опрос учителей и учеников, тестирование, изучение литературы и результатов деятельности других ученых-методистов по проблеме исследования, изучение и обобщение и педагогического опыта.

Поисковый эксперимент проходил с 2004 по 2006гг. Отбор и конструирование содержания элементов квантовой механики, определение методов и средств обучения и создание конкретной методики введения элементов динамики квантовых систем в средней школе. Определение и обоснование теоретических положений использования научных фактов как средства формирования эмпирических и теоретических методов познания квантовой физики основной школы Создание комплекса учебных материалов Обработка теоретических основ методики преподавания последовательного описания элементов динамики квантовых систем в школьном курсе физики МОУ СОШ №3 г. Липецка, МОУ СОШ № 33, МОУ СОШ с углубленным изучением ряда предметов им. С. Есенина № 69 г. Липецка Наблюдение, посещение и проведение занятий, анализ, обобщение, проверка результативности работы

Контрольный эксперимент проходил в период с 2006 до 2007гг Проверка эффективности освоения методики последовательного описания элементов динамики квантовых систем в школьном курсе физики, выяснение сформированкости знаний об элементах динамики МОУ СОШ №3 г. Липецка, МОУ СОШ № 33, МОУ СОШ с углубленным изучением Выполнение контрольных и тестовых заданий, анализ и обобщение, объяснение объективной зависимости, определение

квантовомеханических систем и ряда методов обработки

связанных с ними умений на предметов результатов

завершающем этапе обучения в им. С исследования

основной школе. Есенина № г. Липецка 69

В итоге поискового этапа нами была разработана программа дополнительных занятий по физике: «Введение элементов квантовой

механики на основе динамического подхода».

Разработанное нами дидактическое обеспечение учебного процесса по разделу «Квантовая механика», основанное на применении последовательного динамического описания в качестве теоретического обобщения, содержит следующие материалы:

1) программа раздела «Квантовая механика», содержащая вопросы, относящиеся к последовательному динамическому описанию квантовомеханической частицы (системы);

2) план поурочного осуществления эксперимента по внедрению последовательного динамического описания квантовомеханических систем;

3) планы-конспекты уроков по изучению различных элементов динамического описания микрочастиц;

4) материалы тестирования знаний учащихся в экспериментальных и контрольных классах;

5) примерная программа среднего (полного) образования по физике (профильный уровень, Х-Х1 классы),

6) программа КПВ (курсов по выбору), «Изучение элементов динамики материальных систем», рассчитанная на 30 часов (представлена в приложении).

В соответствии с предложенной программой составлен структурный план экспериментальных уроков, позволяющий проследить технологию введения последовательного динамического описания квантовых систем на основе изменения целей предлагаемых уроков (представлен в приложении). Планы-конспекты экспериментальных уроков представляют собой подробный повременной конспект как расширенный вариант структурного плана урока.

Выбор классов экспериментальных и контрольных был случайным (по уровню успешности классы почти одинаковые, то есть процентное соотношение в этих классах отличников, хорошистов и троечников приблизительно равное). Поэтому можно считать, что полученные в ходе эксперимента данные достоверны. Они не зависят от имеющихся начальных знаний учащихся, их способностей и интересов.

Для оценки эффективности предлагаемой методики построения школьного учебного материала по квантовой физике в экспериментальных

и контрольных классах (классы, где не проводились дополнительные занятия) было проведено тестирование. Тест состоял из 10 вопросов.

Полученные результаты для экспериментальных и контрольных классов приведены в таблицах 2 и 3 соответственно.

Таблица 2

Экспериментальные классы - первый этап (2006 г) Экспериментальные классы - второй этап (2007 г)

№ Класс/ школа Средний балл Дисперсия Выборочное отклонение № Класс/ школа Средний балл Дисперсия Выборочное отклонение

1 11 «а»/69 8,63 8,96 2,99 1 11 «а»/3 14,93 7,25 2,69

г 11 «в»/69 9,01 6,01 2,45 г 11 «б»/33 15,28 4,90 2,21

3 11 «д»/69 8,22 7,51 2,74 3 11 «а»/33 15,05 4,30 2,07

4 11 «а»/33 9,20 6,90 2,60 4 11 «в»/б9 16,96 2,50 1,58

5 11 «б»/33 8,78 7,08 2,66 5 И «д»/69 16,89 2,40 1,55

итого 43,93 36,46 13,44 итого 79,11 21,35 10,10

Таблица 3

Баллы

№ Класс - школа Кол-во уч-ся Суммарный Средний Дисперсия Выборочное отклонение

1 11 «В» - № 3 22 126 5,7272 1,630 1,270

2 11 «В» -№33 25 142 5,6800 2,226 1,492

3 11 «А»-№69 28 154 5,5000 1,290 1,135

Итого 75 422 5,6357 5,146 3,897

Суммарный балл в таблицах складывался из суммы баллов, полученных всеми учащимися класса, из расчёта 2 балла за правильный ответ на один вопрос Средний балл показывает, насколько учащиеся усвоили материал, если сравнивать его с максимально возможным количеством баллов (20 баллов). Как видно из приведённых таблиц, большинство учащихся экспериментальных классов (79%) успешно отвечают на поставленные вопросы в отличие от учащихся контрольных классов (28%). Результаты эксперимента также представлены в виде гистограмм, в которых горизонтальная шкала показывает уровень правильных ответов в процентах в экспериментальных и контрольных классах в зависимости от их коэффициента усвоения. Предлагаемые гистограммы позволяют произвести сравнение количества

правильных ответов: между экспериментальными классами в начале и в конце эксперимента; между контрольными и экспериментальными классами на первом этапе эксперимента;

Гистограмма 1 Гистограмма 2

экспериментальные классы -первый этап

По оси ординат под цифрой 1 показано распределение учащихся, выраженное в процентах, имеющих коэффициент усвоения 0-0,3; под цифрой 2-е коэффициентом усвоения 0,4 - 0,6; под цифрой 3-е коэффициентом усвоения 0,7 -1,0.

На гистограмме 3 приведены результаты начального и итогового срезов, проведённых в экспериментальных классах на втором этапе обучающего эксперимента. На ней визуально можно наблюдать динамику увеличения уровня успешности в экспериментальных классах.

Гистограмма 3

Начальный срез соответствует результатам тестирования учащихся, которые давали ответы на предлагаемые им вопросы только на основе знаний, сообщаемых им при традиционном построении курса физики в школе. Результаты итогового тестирования были получены после проведения занятий по введению элементов динамики квантовых систем, на гистограмме можно увидеть, что учащиеся более глубоко усвоили смысл предлагаемого динамического описания. Это может быть обусловлено тем, что введение последовательного динамического описания с использованием метода анализа размерностей, понятия производной позволяет более наглядно проследить изменение состояния физических систем.

Из анализа гистограмм можно сделать вывод о том, что количество правильных ответов учащихся, а следовательно, и уровень успешности в экспериментальных классах (после проведения занятий с использованием

последовательного описания элементов динамики квантовых систем с использованием метода анализа размерностей) значительно выше, чем в контрольных классах. Тем не менее, анализируя результаты эксперимента, можно отметить, что и в контрольных классах часть учащихся смогли правильно понять смысл предлагаемых вопросов и правильно на них ответить. Из этого можно сделать вывод о том, что в школьных программах существуют определённые условия введения последовательного динамического описания физических систем, в том числе и квантовомеханических. Поэтому можно сделать вывод об экспериментальной обоснованности избранной методики.

Для оценки статистической значимости наблюдаемая частотность ответов в экспериментальных и контрольных классах обозначены, соответственно, и 02]. Здесь <Зи - число учащихся из

экспериментального класса, ответивших правильно только на ] вопросов (где ]= 0, 1, 2, ..., 10), а (}2) - аналогично для учеников из контрольного класса. Подсчёт статистик произведён по методике, предлагаемой в

работе М.И. Грабаря и К.А. Краснянской. Значение статистики X найдено по формуле

и равно, Тнабя=143. Теоретическое значение статистик, имеющих распределение хг, ТКР =18,31.

Подсчитав значение Тщбл, полученное в ходе обработки результатов эксперимента, и сравнив с ним теоретическое значение статистик, определяем: Тна6л> ТКР = 18,31. Это означает, что есть значимая разница в знаниях обучаемых экспериментального и контрольного классов. Таким образом, можно сделать вывод о существенном влиянии предлагаемой методики на уровень знаний учащихся.

Статистическая обработка данных заключалась в проверке двух гипотез: нулевая гипотеза Но : различие уровней знаний элементов динамики квантовомеханических систем учащихся, соответствующих двум названным выборкам, статистически незначимо на уровне значимости а=0,05; альтернативная гипотеза Н1 : различие двух выборок контрольного теста статистически значимо на уровне значимости а=0,05, то есть вероятность того, что предлагаемая методика изучения элементов динамики квантовомеханических систем эффективна и способствует повышению уровня знаний учащихся составляет 0,95.

Критическое значение (согласно таблице хи-квадрат с девятью степенями свободы на уровне значимости а= 0,05) ТКР =18,31. Так как

Тнабл> Ткр , нулевая гипотеза отклоняется на уровне значимости а=0,05 и принимается альтернативная гипотеза.

Более того, отметим, что предлагаемый подход вызвал интерес со стороны учащихся. Проведённое анкетирование в экспериментальных классах показало высокий процент учащихся, заинтересовавшихся предлагаемым материалом - 71,3%.

В заключении излагаются результаты исследования, даются общие выводы и намечаются перспективы дальнейшего исследования в решении проблемы повышения научного уровня знаний учащихся в курсе физики общеобразовательных учреждений в условиях профилизации.

В приложении к диссертации представлены дополнительные материалы, не вошедшие в основной текст диссертации.

Основные результаты и выводы исследования

1. Изучена научно-методическая, психолого-педагогическая и учебная литература по проблеме исследования. Показано отсутствие удовлетворительного решения проблемы методики преподавания основ квантовой физики, прежде всего, квантовой механики.

2. Изучен педагогический опыт и практика преподавания основ квантовой механики в курсе физики общеобразовательных учреждений. Проанализирован и сравнён отечественный и зарубежный опыт в вопросе преподавания квантовой физики в общеобразовательных учреждениях.

3. Выявлены теоретические основания методики преподавания элементов квантовой механики на основе теоретических обобщений в курсе физики общеобразовательных учреждений. Для повышения научного уровня знаний учащихся необходимо формирование курса физики на основе теоретических обобщений в рамках концепции генерализации.

4. Разработана для школьного курса физики научно обоснованная методика реализации последовательного описания динамики квантовых частиц, а также примерная программа среднего (полного) образования по физике (профильный уровень) и конспекты уроков, которые позволяют реализовать предложенную методику, программа курсов по выбору «Изучение элементов динамики физических систем» (30 ч).

5. Экспериментально проверена разработанная методика и проанализированы её результаты. Подтверждена правомерность использования последовательного изучения элементов динамики квантовых состояний в курсе физики общеобразовательных учреждений (профильного уровня).

Основные идеи и результаты проведённого исследования отражены в следующих публикациях:

Голубева, О.В. Элементы динамики квантовомеханических систем в школьном курсе физики/ О.В. Голубева// Вестник МГОУ. Сер. Педагогика. - 2008. - № 3. - С.165-170. - 0,68 п.л.

1. Голубева, О.В. Об уравнении Шрёдингера в школьном курсе физики/ В.Г. Барышников, О.В Голубева // Преподавание физики в высшей школе/ Научно-методический журнал №23. Москва, 2002-С. 21-25

2. Голубева, О.В. Об изучении динамики в школьном курсе физики /О.В. Голубева, В.Г. Барышников/ЛГеория и практика непрерывного образования: история и современность. Материалы восьмой региональной научно-практической конференции.-Липецк-Усмань: ЛГПУ, 2003.-С.34-37.

3. Голубева, О.В. Физическое образование как необходимый элемент духовно-нравственного воспитания личности /О.В. Голубева, В.Г. Барышников, С.Г. Григорова// Духовно-нравственное развитие личности в процессе непрерывного образования: Материалы шестой региональной научно-практической конференции. - Липецк: ЛГПУ, 2001. - СЛ37-139.

4. Голубева, О.В. О непрерывном педагогическом образовании по физике / В.Г. Барышников, О.В. Голубева // Непрерывное педагогическое образование, социально-экономическая и социокультурная среда, проблемы и взаимосвязи: Материалы седьмой региональной конференции. - Липецк-Лебедянь: ЛГПУ, 2002. - С.124-127.

5. Голубева, О.В. Об одном возможном подходе к изучению основ квантовой механики в школьном курсе физики / О.В. Голубева, В.Г. Барышников // Проблемы физики и технологии ее преподавания: межвузов, сб. науч. тр. вып. 4.- Липецк: ЛГПУ, 2000. - С. 86-99.

6. Голубева, О.В. Принцип детерминированности состояния как генерализующий принцип изучения физики в школе /О.В. Голубева, В.Г. Барышников // Инновационная деятельность учебных заведений в системе непрерывного образования: Тезисы докладов пятой региональной научно-практической конференции (4 февраля 2000 года). - Ч. II. - Усмань: ЛГПИ, 2000.-С. 324-325.

7. Голубева, О.В. О возможностях динамического подхода в изучении квантовой механики в классах с углубленным изучением физики // Инновационная деятельность учебных заведений в системе непрерывного образования: Тезисы докладов пятой региональной научно-практической конференции (4 февраля 2000 года). - Ч. II. - Усмань: ЛГПИ, 2000.-С. 322-323.

8. Голубева, О.В. Об изучении квантовой физики в школе /О.В. Голубева, В.Г. Барышников // Новые технологии в преподавании физики: школа и ВУЗ: Сборник аннотаций докладов второй международной научно-методической конференции 13-16 марта 2000 г. - Москва: МПГУ, 2000.-С.5.

9. Голубева, О В. Об использовании динамического принципа в

непрерывном естественнонаучном образовании // Непрерывное педагогическое образование: состояние, тенденции, перспективы развития: Материалы международной научно-практической конференции, проходившей 16-18 ноября 2000 г. в г. Липецке. - Ч. 5. - Липецк-Москва, ЛГПУ, 2000. - 53-56.

Ю.Голубева, О.В. О динамике микрочастиц в курсе физики / О.В. Голубева В.Г. Барышников, С.Г. Григорова // Теоретические основы и технология открытого образования. Часть 2: Материалы Всероссийской научно-методической конференции 3-4 февраля 2004 г. Липецк: ЛГТУ, 2004.-С. 4-7.

11. Голубева, О.В. Об изучении вопросов динамики в школьном курсе физики /О.В. Голубева, В.Г. Барышников // Физика в системе современного образования (ФССО-ОЗ): Труды седьмой Международной конференции. - СПб.: Изд-во РГПУ им. А.И. Герцена, 2003.-T.3-C. 13-14.

12. Голубева, О.В. Перспективы изменения содержания школьного учебника по физике / О.В. Голубева, С.Г. Григорова // Материалы шестой ежегодной региональной научно-практической конференции «Проблемы естественно-математического образования». Липецк: ЛГИУ, 2003. - С. 3739.

13. Голубева, О.В. О совершенствовании изучения квантовой механики в школьном курсе физики / Сб. научных трудов аспирантов и соискателей. 4.1. Липецк: ЛГПУ, 2004. -С. 72-79.

14. Голубева, О.В. Об изучении динамики квантовых состояний в школьном курсе физики/ О.В. Голубева, В.Г. Барышников, С.Г. Жигаленко// Материалы VI международной научно-методической конференции «Физическое образование: проблемы и перспективы развития», посвященной 105-летию со дня рождения А.В. Пёрышкина. Часть 1.-М.:МПГУ, 2007.-С. 51-53.

15. Голубева, О.В. Введение элементов квантовой механики в классах физико-математического профиля/ О.В. Голубева // Доклады научно-практической конференции «Проблемы развивающего обучения физике в условиях предметной информационно-образовательной среды. Общеобразовательные учреждения, педагогический вуз». - М.: МГОУ, 2007.-С. 112-118.

16. Голубева, О В Возможности модернизации содержания современного школьного курса физики/О.В. Голубева, С.Г. Жигаленко // материалы VII Всероссийской научной конференции «Физическое образование: проблемы и перспективы развития». - М.: МПГУ, 2008.- С. 41-44.

Подписано в печать 22 10 2008 г Бумага офсетная. Гарнитура «Times New Roman» Формат бумаги 60/84 i/i6 Уел пл 1,5. Тираж 100 экз Заказ Хг 218.

Изготовлено с готового оригинал-макета в Издательстве МГОУ 105005, г Москва, ул Радио, д.Ю-а

Содержание диссертации автор научной статьи: кандидата педагогических наук, Голубева, Ольга Валентиновна, 2008 год

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОТБОРА СОДЕРЖАНИЯ ШКОЛЬНОГО КУРСА КВАНТОВОЙ ФИЗИКИ.

1. Цели, требования, методы и принципы, определяющие отбор содержания курса физики.

2. Основные тенденции в подходах к отбору содержания раздела «квантовая физика» школьного курса.

3. Проблема формирования элементов квантовой механики в школьном курсе физики.

ГЛАВА 2. МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РЕАЛИЗАЦИИ ДИНАМИЧЕСКОГО ПРИНЦИПА ПРИ ИЗУЧЕНИИ ЭЛЕМЕНТОВ КВАНТОВОЙ МЕХАНИКИ В КУРСЕ ФИЗИКИ СРЕДНЕЙ ШКОЛЫ.

1. Содержательная модель динамического описания физических систем.

2. Методика введения понятия квантового состояния.

3.Принцип причинности и структура динамического уравнения квантовых частиц.

ГЛАВА 3. УРАВНЕНИЕ ШРЁДИНГЕРА В ШКОЛЬНОМ КУРСЕ ФИЗИКИ.

1. Методика изложения уравнения шрёдингера - трудности и возможности реализации.

2. Применение уравнения шрёдингера для объяснения свойств микрочастиц.

3. Педагогический эксперимент по проверке эффективности методики введения элементов динамики квантовомеханических систем.

Введение диссертации по педагогике, на тему "Реализация динамического принципа при изучении элементов квантовой механики в курсе физики средней школы"

Школа как важнейший социальный институт отражает состояние и тенденции развития общества и влияет на него. В свою очередь изменения в системе общественных отношений активно воздействуют на образование и требуют от него мобильности и адекватных ответов на задачи нового исторического этапа. Выступая на расширенном заседании Госсовета 8 февраля 2008 года (www.ki-emlin.ru), президент В.В. Путин определил стратегию инновационного развития России, опирающуюся «на реализацию человеческого потенциала, на наиболее эффективное применение знаний и умений людей .». Он особо акцентировал то, что «будущее России, наши успехи зависят от образования и здоровья людей, от их стремления к самосовершенствованию и использованию своих навыков и талантов». Поэтому образовательная система должна вобрать в себя самые современные знания и технологии». Для этого «уже в ближайшие годы необходимо обеспечить переход к образованию по стандартам нового поколения, отвечающим требованиям современной инновационной экономики». Сфера образования, — подчеркнул В.В. Путин, - должна стать базой для расширения научной деятельности. В свою"" очередь наука также обладает значительным образовательным потенциалом.

Фундаментом современного естествознания, как известно, является физика. Именно она обеспечивает прогресс в создании инновационных технологий. Но все достижения физики, так или иначе, начинаются со школьного образования, которое с юного, самого восприимчивого возраста входит в сознание будущих инженеров и учёных-физиков и служит, таким образом, основой успешности обучения в университетах, от которого непосредственно зависит эффективность их будущей инновационной деятельности.

Квантовая физика — раздел физики, который играет важную роль в формировании научного мышления и естественнонаучного мировоззрения.

Квантовая физика перешла из области своей фундаментальной концептуальной значимости в область технических приложений. Идеи квантовой физики материализуются в новейших технических устройствах и технологиях (средствах связи, лазерах, компьютерах, нанотехнологиях). Поэтому модернизация школьного образования по физике, прежде всего, учащихся профильных физико-математических, (политехнических, технологических и др.), в части содержания должна быть направлена на значительное возрастание роли квантовой физики.

Преподавание квантовой физики в общеобразовательных учреждениях является одной из наиболее сложных методических проблем. Прежде всего, это трудности объективного характера, связанные как с ограниченными познавательными возможностями учащихся школьного возраста, так и со специфическими особенностями квантовой формы движения материи. Несомненно, сказываются и субъективные, исторически сложившиеся предубеждения о трудностях в понимании школьниками современной физики. В имеющейся сейчас программе школьного курса физики этот раздел традиционно основывается на научных представлениях, возникших в самом начале становления квантовой физики.

Вопрос введения квантовомеханических представлений в школьный курс физики не остался без внимания учёных-методистов, которыми проделана большая исследовательская работа по разработке методики обучения элементам квантовой механики в средней школе (М.Е. Бершадский, Б.Е. Будный, В.В. Мултановский, Ю.В. Сауров, и др.). Частично её результаты воплощены в учебниках и учебных пособиях по физике А.Т. Глазунова, Ю.И. Дика, О.Ф. Кабардина, В.А. Коровина, А.Н. Малинина, В.В. Мултановского, В.А. Орлова,' А.А.1 Пинского, Л.И. Резникова, Ю.А. Саурова, А.А. Синявиной, J1.B. Тарасова, JI.C. Хижняковой, Б.М. Яворского и др. Высоко оценивая научную и прикладную значимость выполненных методических работ, необходимо, однако, отметить, что на сегодняшний день ряд важных вопросов преподавания квантовой физики в школе не нашли должного решения:

• как построить раздел «Квантовая физика», школьного курса, чтобы он представлял собой целостную, логически последовательную структуру?

• как в процессе преподавания использовать современные идеи квантовой физики для формирования научного мировоззрения школьников?

• как расширить круг изучаемых квантовомеханических -понятий, не вызывая перегрузки учащихся?

О существенных недостатках в знаниях учащихся по квантовой физике говорят результаты проведенного нами констатирующего эксперимента. Школьники, как правило, не имеют представления о свойствах микрообъектов и их движении, о динамических уравнениях, о соотношении между законами квантовой и классической физики.

Причина такого положения кроется как в несовершенстве и трудностях методики формирования квантовомеханических представлений, так и в неадекватном современному состоянию науки содержании раздела квантовой физики, определяемом ныне действующими общеобразовательными стандартами, программами и учебниками.

Отсутствие удовлетворительного решения проблемы методики преподавания основ квантовой физики, прежде всего квантовой механики, препятствует дальнейшему совершенствованию курсов физики общеобразовательных учреждений, особенно профильного уровня в связи с новыми целями среднего образования, ставящими во главу угла человеческий фактор и инновационную деятельность. Поэтому возникла общественная потребность в решении обсуждаемой методической проблемы.

- традиционным, формальным и частно ограниченным изучением основ квантовой физики в общеобразовательных учреждениях и системно целостным, физически глубоким их научным содержанием; недостаточной математической подготовленностью учащихся и необходимыми для адекватного выражения основ квантовой механики математическими средствами;

Кроме указанных, нужно отметить также противоречие между необходимостью для преподавания основ квантовой физики соответствующей и достаточной экспериментальной базы и отсутствием таковой. Этим преподавание квантовой физики значительно отличается от преподавания других разделов физики в школе, где широко применяются демонстрации и лабораторные работы.

- положения, конкретизирующие применительно к изучению основ квантовой физики и, прежде всего, квантовой механики общие дидактические и методологические требования;

- частные методики, соответствующие профилю общеобразовательного курса физики.

Гипотезой исследования стало предположение о том, что изучение элементов квантовой механики учащимися общеобразовательных учреждений будет педагогически эффективным, если оно: основывается на динамическом принципе в описании квантовомеханического движения;

- учитывает пропедевтический подход, который предполагает введение понятия состояния и последовательного динамического описания системы уже в классической механике, что позволяет реализовать преемственность в обучении физике.

Предполагается, что основанный на данной гипотезе методический подход должен способствовать:

- формированию квантовомеханических понятий, их теоретическому и практическому применению;

- обобщению и систематизации знаний по классической и квантовой механике;

- образованию целостного научного мировоззрения, основанного на квантовомеханических идеях.

Соответственно проблеме, целям, объекту, предмету и гипотезе исследования были определены и решались следующие задачи: проанализировать научно-методическую, педагогическую, психологическую литературу по теме исследования;

- выявить теоретическое основание методики преподавания элементов квантовой механики;

- разработать для школьного курса физики научно обоснованную методику введения последовательного описания динамики квантовых состояний с помощью метода анализа размерностей; экспериментально проверить разработанную методику и проанализировать полученные результаты.

Теоретико-методологическую основу диссертационного исследования составили положения педагогики, философии, психологии, касающиеся требований к процессу обучения, концепция генерализации и фундаментализации физического образования, методология использования новых технологий в образовательном процессе.

В диссертационном исследовании в части общих дидактических и методических установок мы опирались на труды известных отечественных дидактов и методистов Ю.К. Бабанского, Б.Е. Будного, В.В. Давыдова, В.Ф. Ефименко, Л.Я. Зориной, О.Ф. Кабардина, И.Я. Ланиной, В.Н. Мощанского, В.В. Мултановского, И.И. Нурминского, В.А. Орлова, Н.С. Пурышевой, В.Г. Разумовского, М.Н. Скаткина, В.А. Сластёнина, А.В. Усовой, Л.С. Хижняковой и др.

Для решения поставленных задач и проверки гипотезы использовался комплекс различных методов исследования: теоретические: анализ философской, педагогической, методической литературы по проблеме исследования, синтез, сравнение, систематизация, обобщение; эмпирические: анализ современного содержания школьного курса квантовой физики, моделирование, педагогический эксперимент, тестирование; математико-статистические методы обработки экспериментальных данных.

Научная новизна и теоретическая значимость исследования состоит в следующем:

Практическая значимость исследования:

• разработана примерная программа среднего (полного) образования по физике (профильный уровень, X-XI классы), включающая описание элементов динамики, относящихся к различным разделам физики;

• разработана программа курса по выбору (КПВ) «Изучение элементов динамики материальных систем», рассчитанная на 30 часов.

Опытно экспериментальная база исследования.

Исследование проводилось на базе школ г. Липецка (МОУ СОШ №3, № 12, № 20, № 33, № 69) в 11-х классах.

На защиту выносятся:

2) методика применения динамического принципа при изучении элементов квантовой механики в курсе физики средней школы, основанная на принципах неопределённости, суперпозиции состояний, квантовомеханической причинности, принципиально комплексном виде функции состояния, необходимом учёте кванта действия и тесной связи физики с математикой;

Апробация результатов. Основные идеи и результаты исследования докладывались и обсуждались на заседаниях кафедры физики ЛГПУ, а также были представлены на следующих конференциях: на II международной научно-методической конференции «Новые технологии в преподавании физики: школа и ВУЗ», Москва, МПГУ, 2000 г.; международной научно-практической конференции «Непрерывное педагогическое образование: состояние, тенденции, перспективы развития», Липецк-Москва, 2000 г.; V-ой региональной научно-практической конференции «Инновационная деятельность учебных заведений в системе непрерывного образования», Усмань, 2000 г.; VI региональной научно-практической конференции «Духовно-нравственное развитие личности в процессе непрерывного образования», Липецк, 2001 г.; VII-ой региональной конференции «Непрерывное педагогическое образование, социально-экономическая и социокультурная среда, проблемы и взаимосвязи», Липецк-Лебедянь, 2002 г.; VIII-ой региональной научно-практической конференции «Теория и практика непрерывного образования: история и современность», Липецк-Усмань, 2003 г.; VII-ой международной конференции «Физика в системе современного образования (ФССО-ОЗ)», СПб, РГПУ им. А.И. Герцена, 2003 г.; VI-ой региональной научно-практической конференции «Проблемы естественно-математического образования», Липецк, ЛГИУ, 2003 г.; всероссийской научно-методической конференции «Теоретические основы и технологии открытого образования», Липецк, ЛГТУ, 2004 г.; международной научно-практической конференции «Проблемы развивающего обучения физике в условиях предметной информационно-образовательной среды. Общеобразовательные учреждения, педагогические вузы», Москва, МГОУ, 2007г.; VII-ой Всероссийской научной конференции «Физическое образование: проблемы и перспективы развития», Москва, МПГУ, 2008 г.; IV-ой Всероссийской научно-практической конференции «Новации и традиции в преподавании физики: от школы до вуза», Тула, ТГПУ им. Л.Н. Толстого, 2008 г.

Основные идеи и результаты проведённого исследования отражены в следующих публикациях:

1. Голубева, О.В. Элементы динамики квантовомеханических систем в школьном курсе физики/ О.В. Голубева// Вестник МГОУ. Сер. Педагогика. - 2008. - № 3. - С.165-170. - 0,68 п.л.

2. Голубева, О.В. Об уравнении Шрёдингера в школьном курсе физики/ В.Г. Барышников, О.В Голубева // Преподавание физики в высшей школе/ Научно-методический журнал №23. Москва, 2002 - С. 21-25

3. Голубева, О.В. Об изучении динамики в школьном курсе физики /О.В. Голубева, В.Г. Барышников//Теория и практика непрерывного образования: история и современность. Материалы восьмой региональной научно-практической конференции. - Липецк-Усмань: ЛГПУ, 2003-С. 34-37.

4. Голубева, О.В. Физическое образование как необходимый элемент духовно-нравственного воспитания личности /О.В. Голубева, В.Г. Барышников, С.Г. Григорова// Духовно-нравственное развитие личности в процессе непрерывного образования: Материалы шестой региональной научно-практической конференции. - Липецк: ЛГПУ, 2001. - С.137-139.

5. Голубева, О.В. О непрерывном педагогическом образовании по физике / В.Г. Барышников, О.В. Голубева // Непрерывное педагогическое образование, социально-экономическая и социокультурная среда, проблемы и взаимосвязи: Материалы седьмой региональной конференции. - Липецк-Лебедянь: ЛГПУ, 2002. - С.124-127.

6. Голубева, О.В. Об одном возможном подходе к изучению основ квантовой механики в школьном курсе физики / О.В. Голубева, В.Г. Барышников // Проблемы физики и технологии ее преподавания: межвузов, сб. науч. тр. вып. 4.- Липецк: ЛГПУ, 2000. - С. 86-99.

7. Голубева, О.В. Принцип детерминированности состояния как генерализующий принцип изучения физики в школе /О.В. Голубева, В.Г. Барышников // Инновационная деятельность учебных заведений в системе непрерывного образования: Тезисы докладов пятой региональной научнопрактической конференции (4 февраля 2000 года). - Ч. II. - Усмань: ЛГПИ, 2000. - С. 324-325.

8. Голубева, О.В. О возможностях динамического подхода в изучении квантовой механики в классах с углубленным изучением физики // Инновационная деятельность учебных заведений в системе непрерывного образования: Тезисы докладов пятой региональной научно-практической конференции (4 февраля 2000 года). - Ч. II. - Усмань: ЛГПИ, 2000.-С. 322-323.

9. Голубева, О.В. Об изучении квантовой физики в школе /О.В. Голубева, В.Г. Барышников // Новые технологии в преподавании физики: школа и ВУЗ: Сборник аннотаций докладов второй международной научно-методической конференции 13-16 марта 2000 г. - Москва: Ml И У, 2000.-С.5.

10. Голубева, О.В. Об использовании динамического принципа в непрерывном естественнонаучном образовании // Непрерывное педагогическое образование: состояние, тенденции, перспективы развития: Материалы международной научно-практической конференции, проходившей 16-18 ноября 2000 г. в г. Липецке. - Ч. 5. - Липецк-Москва, ЛГПУ, 2000.-С. 17-19.

11. Голубева, О.В. О динамике микрочастиц в курсе физики / О.В. Голубева В.Г. Барышников, С.Г. Григорова // Теоретические основы и технология открытого образования. Часть 2: Материалы Всероссийской научно-методической конференции 3-4 февраля 2004 г. Липецк: ЛГТУ, 2004. - С. 4-7.

12. Голубева, О.В. Об изучении вопросов динамики в школьном курсе физики /О.В. Голубева, В.Г. Барышников // Физика в системе ' современного образования (ФССО-ОЗ): Труды седьмой Международной конференции. — СПб.: Изд-во РГПУ им. А.И. Герцена, 2003. — Т.З.— С. 13-14.

13. Голубева, О.В. Перспективы изменения содержания школьного учебника по физике / О.В. Голубева, С.Г. Григорова // Материалы шестой ежегодной региональной научно-практической конференции «Проблемы естественно-математического образования». Липецк: ЛГИУ, 2003. — С. 3839.

14. Голубева, О.В. О совершенствовании изучения квантовой механики в школьном курсе физики / Сб. научных трудов аспирантов и соискателей. 4.1. Липецк: ЛГПУ, 2004. -С. 72-79.

15. Голубева, О.В. Об изучении динамики квантовых состояний в школьном курсе физики/ О.В. Голубева, В.Г. Барышников, С.Г. Жигаленко// Материалы VI международной научно-методической конференции «Физическое образование: проблемы и перспективы развития», посвященной 105-летию со дня рождения А.В. Пёрышкина. Часть 1.-М.: МПГУ, 2007.-С. 51-53.

16. Голубева, О.В. Введение элементов квантовой механики в классах физико-математического профиля/ О.В. Голубева // Доклады научно-практической конференции «Проблемы развивающего обучения физике в условиях предметной информационно-образовательной среды. Общеобразовательные учреждения, педагогический вуз». - М.: МГОУ, 2007.-С. 112-118.

17. Голубева, О.В. Возможности модернизации содержания современного школьного курса физики/О.В. Голубева, С.Г. Жигаленко // материалы VII Всероссийской научной конференции «Физическое образование: проблемы и перспективы развития». — М.: МПГУ, 2008. — С. 41-44.

Заключение диссертации научная статья по теме "Теория и методика обучения и воспитания (по областям и уровням образования)"

Заключение

При проведении диссертационного исследования были определены и решены следующие задачи:

-проанализирована научно-методическая, педагогическая, психологическая литература, а также изучен отечественный и зарубежный опыт и проанализировано состояние проблемы изучения элементов квантовой механики в средней школе;

-выявлено теоретическое основание методики преподавания элементов квантовой механики на основе динамического принципа; -разработана для школьного курса физики научно обоснованная методика реализации динамического принципа при изучении элементов квантовой механики с использованием метода анализа размерностей.

Проведённое нами исследование подтвердило правильность выдвинутой гипотезы и положений, выносимых на защиту, и позволило сформулировать следующие выводы.

1. Применение традиционной методики изучения основ квантовой физики в школе, на наш взгляд, имеет ряд недостатков, некоторые из них могут быть устранены с использованием описания элементов квантовомеханической динамики в поведении микрочастиц.

2. Внедрение в учебный процесс средней школы изучения элементов динамики физических систем на примере квантовой механики, опирающийся на метод теоретических обобщений, активизирует познавательный интерес учащихся, способствует более глубокому и прочному усвоению материала, а также формированию научного мировоззрения.

3. Изучение элементов квантовой механики на основе принципа детерминированности состояний и динамического описания микрочастиц должно обеспечиваться дидактической целесообразностью и необходимостью формирования у учащихся навыков аналитического решения физических задач.

4. Проведенный педагогический эксперимент показал целесообразность разработанной методики. Полученные результаты свидетельствуют о том, что внедрение авторской методики в практику работы средней школы способствует повышению эффективности обучения элементам квантовой механики, формированию научного мировоззрения и мышления. Вышесказанное даёт основание полагать, что все задачи исследования решены и предлагаемая нами методика введения элементов квантовой динамики может быть использована учителями физики в их практической деятельности.

Исследование показало, что специфика, изучения законов квантовой механики связана не только со сложностью используемого в ней математического аппарата и абстрактностью понятий квантовой механики, но и с отсутствием "наглядности" в поведении изучаемых микрообъектов. Преодолению трудностей, возникающих при изучении квантовой механики, способствует применение компьютерных технологий, которые позволяют визуализировать процессы квантовой механики и создать зрительные образы. Наряду с этим применением компьютерных технологий позволяет ввести в учебный процесс более существенные и более ценные изменения. Компьютерные модели допускают проведение модельного эксперимента и модельных исследований, т.е. исследование влияния параметров задачи на результаты.

Список литературы диссертации автор научной работы: кандидата педагогических наук, Голубева, Ольга Валентиновна, Москва

1. Агафонов А.Б. Преемственность в развитии физических понятий у учащихся старших классов средней школы: дис. .канд. пед. наук / А.Б. Агафонов.- Челябинск, 1983.

2. Алексеев И.С. Об одной интерпретации квантовой механики / И.С. Алексеев. // Логика и методология науки.- М.: Наука, 1967.

3. Алиев Натиг Агарыза Оглы. Содержание элементов квантовой механики в курсе физики средней школы и методика их изучения: дис. . канд. пед. наук /Н.А. Алиев.- Баку, 1982.

4. Анофрикова С.В. Практическая методика преподавания физики. Ч. 1. / С.В. Анофрикова, Г.П. Стефанова.- Астрахань: Изд-во Астраханского пед. ин-та, 1995.- 230с.

5. Анциферов Л.И. Физика: электродинамика и квантовая физика: учебник для общеобразоват. учреждений. 11 ют. / Л.И. Анциферов.-М.: Мнемозина, 2002. 383 с. : ил. -тв. обл.

6. Архипова А.И. Теоретические основы учебно-методического комплекса по физике: дис. . д-ра пед. наук / А.И. Архипова.-Краснодар, 1998.

7. Баранов А.Ф. Пропедевтика квантово- механических представлений в курсах физики и химии 7- 10 кл. / А.Ф. Баранов, А.А. Пинский. // Новые исследования пед. наук. №1.- М.: Педагогика, 1980.- С. 39-43.

8. Бабанский Ю.К. Методы обучения в современной общеобразовательной школе / Ю.К. Бабанский.- М.: Просвещение, 1985.- 208с.

9. Бершадский М.Е. Методика формирования теоретических обобщений квантовой механики у учащихся средней профильной школы: дис. . канд. пед. наук /М.Е. Бершадский.- М., 1993.

10. Барышников В.Г. Об одном возможном подходе к изучению основ квантовой механики в школьном курсе физики / В.Г. Барышников,

11. О.В. Голубева. // Проблемы физики и технологии ее преподавания: межвузов, сб. науч. тр. вып. 4.- Липецк: ЛГПУ, 2000.- С. 86-99.

12. Богоявленский Д.Н. Психология учения / Д.Н. Богоявленский, Н.А. Менчинская. // Психологическая наука в СССР.- М., I960.- Т. 2-336с.

13. Боум А. Квантовая механика: Основы и предложения / А. Боум; пер. с англ. А.В. Леонидова; под ред. В.И. Манько.- М.: Мир, 1990.- 720с.

14. Бугаев А.И. Методика преподавания физики в средней школе: Теоретические основы: учеб. пособие для студ. пед. ин-тов по физ.-мат. специальностям / А.И. Бугаев.- М.: Просвещение, 1981.- 288с.

15. Бугаев А.И. Тенденции развития обучения физике в современной общеобразовательной школе: дис. . д-ра пед. наук в форме науч. докл. / А.И. Бугаев.- М., 1983.- 48с.

16. Будный Б.Е. Развитие квантовых представлений учащихся при изучении физики в средней школе: дис. .канд. пед. наук / Б.Е. Будный.- Киев, 1986.

17. Бунге М. Философия физики / М. Бунге.- М.: Прогресс, 1975.- 345с.

18. Вавинский С.А. Развитие у школьников знаний о состоянии при изучении фундаментальных физических теорий: дис. .канд. пед. наук / С.А. Вавинский.- М., 1988.

19. Ванеев А.А. Преподавание физики в 10 кл. средней школы / А.А. Ванеев и др.- М.: Просвещение, 1984.- 176с.

20. Взаимосвязь системы научных знаний и методов преподавания физики.- М.: МПУ, 1998.- 207с.

21. Волковысский Р.Ю. Об изучении основных принципов физики / Р.Ю. Волковысский.- М.: Просвещение, 1982.- 63с.

22. Волковысский Р.Ю. Организация дифференцированной работы учащихся при обучении физике / Р.Ю. Волковысский, Д.А. Темкина.- М.: Просвещение, 1993. — 189 с.

23. Вольштейн C.JI. Методы физической науки в школе / С.Л. Вольштейн, С.В. Позойский, В.В. Усанова.- Минск: Нар. асвета, 1988.- 144 с.

24. Вопросы методики обучения физике в современной школе и подготовка учителей физики: сб. науч. тр.- М.: МПУ, 1997.

25. Вопросы преподавания раздела «Квантовая физика» и формирование представлений о современной научной картине мира: метод, рекомендации.- М.: АПН СССР, 1989.- 54с.

26. Гачев Г.Д. Книга удивлений, или Естествознание глазами гуманитариев, или Образы в науке / Г.Д. Гачев.- М.: Педагогика, 1991.-272 с.

27. Гладышева Н.К. Теоретические основы преподавания физики в основной школе: дис. .д-ра пед. наук / Н.К. Гладышева.- М., 1997.

28. Глазунов А.Т. Методика преподавания физики в школе: Электродинамика нестационарных явлений. Квантовая физика / А.Т. Глазунов, И.И. Нурминский, А.А. Пинский.- М.: Просвещение, 1989.

29. Глазунов А.Т. Физика: учеб. пособие для 11 кл. школ и классов с углубленным изучением физики / А.Т. Глазунов и др.; под ред. А.А. Пинского.- М.: Просвещение, 2003 432 с.

30. Голанин Д.Д. О классической и новой физике в средней школе / Д.Д. Голанин. // Физика в школе.- 1964.- №3.- С. 44-46.

31. Голин Г.М. Вопросы методологии и физики в курсе средней школы / Г.М. Голин.- М.: Просвещение, 1987.- 127с.

32. Голубева О.В. Об изучении динамики в школьном курсе физики / О.В. Голубева, В.Г. Барышников. // Теория и практика непрерывного образования: история и современность: материалы 8 регион, науч.-практ. конф.- Липецк- Усмань: ЛГПУ, 2003.- С. 34-37.

33. Горбушин Ш.А. Инновационная технология обучения физике в профессиональном лицее: автореф. дис. .канд. пед. наук / Ш.А. Горбушин.- Казань, 1997.

34. Горшкова Р.П. Концепция развивающейся физики: метод, пособие / Р.П. Горшкова.- Пермь, 1996.

35. Громов С.В. Физика: учеб. пособие для 11 кл. общеобразоват. учреждений / С.В. Громов.- 3-е изд.- М.: Просвещение: Моск. учебники, 2002.- 258с.

36. Губанов Б.В. Структура и методика познавательной деятельности учащихся старших классов при усвоении теоретического знания по физике (10-11 кл.): автореф. дис. .канд. пед. наук / Б.В. Губанов.-Челябинск: ЧГПИ, 1994.

37. Гуманистический потенциал естественнонаучного образования.-СПб.: СПб. гос. ун-т, 1996.

38. Грабарь М.И. Применение математической статистики в пед. исследованиях. Непараметрические методы / М.И. Грабарь, К.А. Краснянская.- М.: Педагогика, 1977.- 136с.

39. Давыдов В.В. Виды общения в обучении / В.В. Давыдов.- М.: Педагогика, 1972.- 424с.

40. Давыдов В.В. Проблемы развивающего обучения /В.В. Давыдов.-М.: Педагогика, 1986.- 239с.

41. Даммер М.Д. Методические основы построения опережающего курса физики основной школы: дис. .д-ра пед. наук / М.Д. Даммер.-Челябинск, 1997.

42. Данин Д. Вероятностный мир / Д. Данин.- М.: Знание, 1981.- 208с.

43. Данюшенков B.C. Целостный подход к методике формирования познавательной активности учащихся при обучении физике в базовой школе / B.C. Данюшенков.- М., 1995. 283 с.

44. Десненко С.И. Формирование статистических представлений у учащихся в курсе физики повышенного уровня / С.И. Десненко.- М.: МПГУ им. В.И. Ленина, 1992.- 160с.

45. Джанколи Д. Физика: в 2 т. Т. 2 / Д. Джанколи; пер. с англ.- М.: Мир, 1989.- 667с.

46. Дик Ю.И. Проблемы и основные направления развития школьного физического образования в РФ: дис. .д-ра пед. наук в форме науч. докл. / Ю.И. Дик.- М., 1996.- 59с.

47. Дифференциация обучения физике в средней школе и пед. университете / под ред. B.C. Хижняковой.- М.: Изд-во МПУ, 1992.-62с.

48. Днепров Е.Д. Четвертая школьная реформа в России / Е.Д. Днепров.-М., 1994.- 187с.

49. Довга Г.В. Урок физики: как сделать его современным и интересным: кн. для учителя / Г.В. Довга, И.Я. Ланина.- СПб., 2000.

50. Довга Г.В. Проблемы инновационных технологий обучения на уроках физики в средней школе: автореф. дис. .канд. пед. наук. 13.00.02 / Г.В. Довга.- СПб.: РГПУ им. А.И. Герцена, 1999.- 18с.

51. Додонов М.В. Повышение эффективности обучения квантовой механике студентов педвузов на основе использования имитационно-моделирующего программного обеспечения: дис. . .канд. пед. наук / М.В. Додонов.- СПб., 1999.

52. Дурасевич Ю.Е. Методика формирования представлений о корпускулярно-волновой природе света в курсе физики средней школы: автореф. дис. .канд. пед. наук / Ю.Е. Дурасевич.- М., 1962.-23с.

53. Ефименко В.Ф. Методологические вопросы школьного курса физики / В.Ф. Ефименко.- М.: Педагогика, 1976.- 224с.

54. Жданов Г.Б. Современный физический эксперимент и принцип причинности / Г.Б. Жданов. // Современный детерминизм: законы природы.- М., 1973,- С. 329-335.

55. Жданова Н.И. Проблемы физико-математического образования в лицее: дис. .канд. пед. наук / Н.И. Жданова.- М., 1999.

56. Журавска М. Проблемы совершенствования содержания школьного курса физики в Польской Народной Республике: автореф. дис. . .д-ра пед. наук / М. Журавска.- М., 1986.

57. Закон «Об образовании».- М.: «Элит», 2004.- 47с.

58. Залухманов Д.А. Единый подход к формированию понятий гравитационного, электрического и магнитного полей в школьном курсе физики: дис. .канд. пед. наук / Д.А. Залухманов.- Челябинск, 2000.

59. Зверева Н.М. Активизация мышления учащихся на уроках физики / Н.М. Зверева.- М.: Просвещение, 1980,- 112с.

60. Зверева Н.М. Содержание и вопросы методики преподавания физики в классах с углубленным изучением физики, математики и прикладных дисциплин физ.-мат. профиля: дис. .канд. пед. наук / Н.М. Зверева.- М., 1968.

61. Знаменский П.А. Методика преподавания физики в средней школе / П.А. Знаменский.- Д.: Учпедгиз, 1954.- 551с.

62. Зорина Л.Я. Дидактические аспекты естественнонаучного образования / Л.Я. Зорина.- М., 1993.- 164с.

63. Зорина Л.Я. Отражение науки в содержании образования. Теоретические основы содержания общего и среднего образования / Л.Я. Зорина; под. ред. В.В. Краевского, И.Я. Лернера.- М.: Педагогика, 1983.- С. 104-118.

64. Иванов Б.Н. Принцип современной физики / Б.Н. Иванов.- М.: Наука, 1973.- 128с.

65. Извозчиков В.А. Генерализация учебного материала и знаний: метод, разработка по теме: «Колебания» / В.А. Извозчиков, С.Я. Чагин.- Л.: ЛГПИ им. А.И. Герцена.- С. 53-67.

66. Ильченко В.Р. Формирование естественнонаучного миропонимания школьников: кн. для учителя / В.Р. Ильченко.- М.: Просвещение, 1993,- 192с.

67. Интеллектуальное развитие учащихся в процессе обучения физике: сб. науч. тр.- Екатеринбург, 1994.

68. Иоффе А.Ф. Основные представления современной физики / А.Ф. Иоффе.- М.: Гостехиздат, 1949. 432с.

69. Кабанова-Меллер Е.Н. Учебная деятельность и развивающее обучение / Е.Н. Кабанова-Меллер.- М.: Знание, 1981.- 96с.

70. Кабардин О.Ф. Факультативный курс физики. 10 кл. / О.Ф. Кабардин, В.А. Орлов, Н.И. Шеффер.- М.: Просвещение, 1987.- 192с.

71. Каменецкий С.Е. Модели и аналогии в курсе физики средней школы: пособие для учителей / С.Е. Каменецкий, Н.А. Солодухин.-М.: Просвещение, 1982.- 96с.

72. Карасова И.С. Изучение фундаментальных физических теорий всредней школе: учеб. пособие / И.С. Карасова.- Челябинск: ЧГПИ,$1991.- 104с.

73. Карасова И.С. Формирование у учащихся важнейших понятий квантовой механики / И.С. Карасова. // Научные понятия в современном учеб. процессе школы и вуза: доклады на 21 межвуз. семинаре / Челяб. гос. пед. ин-т.- Челябинск: ЧГПИ, 1993.- С. 119120.

74. Карпушев А.В. Активизация учебно-познавательной деятельности в процессе изучения фундаментальных физических теорий в старших классах: дис. .канд. пед. наук.- Челябинск, 1999.

75. Каспржак А.Г. Базисный учебный план и российское образование в эпоху перемен / А.Г. Каспржак, М.В. Левит.- М.: МИРОС, 1994.-144с.

76. Касьянов В.А. Физика. 11 кл. / В.А. Касьянов.- М.: Дрофа, 2003. -438с.

77. Кашин М.П. Учебные планы средней школы / М.П. Кашин.- М., 1978.- 167с.

78. Кикоин И. Современной школе — современную физику / И. Кикоин, Л. Резников. // Учительская газета.- 1967.-от 10 янв.

79. Кларин М.В. Инновации в мировой педагогике: обучение на основе исследования, игры и дискуссии. (Анализ зарубежного опыта) / М.В. Кларин.- Рига: Пед. центр «Эксперимент», 1995.- 123с.

80. Колмогоров А.Н. Алгебра и начало анализа: учебник для 10-11 кл. сред, школы / А.Н. Колмогоров и др.- М.: Просвещение, 1994.- 321с.

81. Концепция школьного физического образования: материалы для обсуждения.- М.: НИИ ОП АПН СССР, 1990,- 19с.

82. Коржуев А.В. Методические основы реализации сущностного подхода при обучении физике в сред, школе: дис. . .д-ра пед. наук / А.В. Коржуев.- М., 1998.

83. Косолапова J1.B. Элементы квантовой механики в школьном курсе физики: дис. .канд. пед. наук / JI.B. Косолапова.- М., 1969.

84. Кузнецов И.В. Избранные труды по методологии физики / И.В. Кузнецов.- М.: Наука, 1975.

85. Кулаков В.Е. Элементы квантовой механики в курсе физики в средней школе: дис. .канд. пед. наук / В.Е. Кулаков.- Л., 1965.

86. Ландау Л.Д. Теоретическая физика. Т 3. Квантовая механика, нерелятивистская теория / Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц.- М.: Наука, 1989.

87. Ланина И .Я. Нетрадиционные формы организации уроков по физике / И.Я. Ланина.- Л.: ЛГПИ, 1989. 224с.

88. Ланина И.Я. Формирование познавательных интересов на уроках физики / И.Я. Ланина.- М.: Просвещение, 1985.- 128с.

89. Левашов A.M. Методика формирования знаний о дискретности энергии (атомной и молекулярной) в курсе физики средней школы: автореф. дис. .канд. пед. наук / A.M. Левашов.- М., 1973.- 18с.

90. Леденев B.C. Содержание образования: сущность, структура, перспективы / B.C. Леденев.- М.: Высш. шк., 1991.- 223с.

91. Лернер И.Я. Дидактические основы методов обучения / И.Я. Лернер.- М.: Педагогика, 1981.- 185с.

92. Лезина Н.В. Физика: Многоуровневые задачи с ответами и решениями/ Н.В. Лезина, A.M. Левашов-М.: Гуманитар. Изд. Центр ВЛАДОС, 2003.

93. Линднер Г. Картины современной физики / Г. Линднер; пер. с нем.-М.: Мир, 1977.- 272с.

94. Логвинов И.И. О введении основных положений теории относительности и квантовой механики в курсе физики сред, школы

95. И.И. Логвинов, Д.Х. Рубенштейн.- М.: АПН РСФСР, 1965.- Вып. 4.-С. 69-82.

96. Мазуров И.А. Введение основных понятий квантовой механики в курсе физики в средней школе: дис. .канд. пед. наук / И.А. Мазуров.-М., 1969.

97. Майер JI. Преподавание физики в школах ГДР / JI. Майер. // Физика в школе.- 1974.- №4.- С. 78-80.

98. Майер Р.В. Проблема формирования системы эмпирических знаний по физике: дис. . .д-ра пед. наук / Р.В. Майер.- СПб, 1999.

99. Мансфельд Д.П. Содержание общего образования в средних учебных заведениях Венгерской Народной Республики: автореф. дис. .канд. пед. наук / Д.П. Мансфельд.- М., 1978.

100. Марков В.Н. Генерализация учебного материала по оптике, атомной и ядерной физике на основе квантовой теории в средней школе: автореф. дис. .канд. пед. наук / В.Н. Марков.- М., 1982.- 18с.

101. Марушкевич А.И. Размышления о судьбах ученика проблемы школьного учебника. Вып. 1. / А.И. Марушкевич.- М., 1974. — 184с.

102. Методика преподавания физики в средней школе: Электродинамика нестационарных явлений. Квантовая физика: пособие для учителя / под ред. А.А. Пинского.- М.: Просвещение, 1989.

103. Методика факультативных занятий по физике / под ред. О.Ф. Кабардина.- М.: Просвещение, 1980.- 191с.

104. Методика преподавания физики в средней школе. Оптика. Строение атома / под ред. Л.И. Резникова.- М.: Изд-во АПН РСФСР, 1963.- Т. 4.- 299с.

105. Методика преподавания физики в средней школе: Частные вопросы: учеб. пособие для студ. пед. ин-тов по физ.- мат. специальностям / С.В. Анофрикова и др; под ред. С.Е. Каменецкого, А.А. Ивановой.- М.: Просвещение, 1987.- 336с.

106. Методика преподавания физики в 8-9 кл. общеобразоват. учреждений: кн. для учителя / под ред. Н.К. Гладышевой, И.И. Нурминского.- М., 1999.109. . Методика преподавания физики в средней школе: метод, рекомендации.- М., 1983.- 79с.

107. Методика преподавания физики в средней школе / под ред. В.П. Орехова, А.В. Усовой.- М., 1980.- Т. 2. 287с.

108. Методика обучения физике в школах СССР и ГДР / под ред. В.Г. Зубова, В.Г. Разумовского, М.Вюншмана, К. Либерса.- М.: Просвещение, 1986.- 384с.

109. Методические рекомендации по проведению уроков физики в старших классах / сост. Г.А. Бутырский.- Киров, 1991.- 57с.

110. Методические рекомендации по методике обучения физике / Г.А. Бутырский, Ю.А. Сауров.- Киров, 1987.- 90с.

111. Методологические принципы физики: история и современность.- М.: Наука, 1975.- 512с.

112. Модели уроков: Квантовая физика / Ю.А. Сауров.- Киров, 1989.- 172с.

113. Мощанский В.Н. Формирование мировоззрения учащихся при изучении физики / В.Н. Мощанский.- М.: Просвещение, 1989.- 210с.

114. Мултановский В.В. Развитие мышления учащихся в курсе физики / В.В. Мултановский.- Киров, 1976.- 80с.

115. Мултановский В.В. Физические взаимодействия и картина мира в школьном курсе / В.В. Мултановский.- М.: Просвещение, 1977.- 168с.

116. Мэрион Дж.Б. Физика и физический мир / Дж.Б. Мэрион., пер. с англ.- М.: Мир, 1975.- 623с.

117. Мякишев Г.Я. Динамические и статистические закономерности в физике / Г.Я. Мякишев.- М.: Наука, 1973.- 272с.

118. Мякишев Г .Я. Занимательная физика: эра квантовой физики (911 кл.) / Г.Я. Мякишев, В.И. Григорьев,- М., 1996. 189с.

119. Мякишев Г.Я. От динамики к статике / Г.Я. Мякишев.- М.: Знание, 1983.- 64с.

120. Мякишев Г.Я. Физика: учебник для 11 класса / Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев.- М.: Просвещение, 2000. 242с.

121. Научные основы школьного курса физики / под ред. С.Я. Шамаша, Э.Е. Эвенчик.- М.: Педагогика, 1985.- 240с.

122. Нетрадиционные приемы и методы обучения физике в рассказах их авторов- лауреатов пед. конкурсов: метод, рекомендации.- М., 1993.

123. Нудельман Р.Э. Теория относительности и квантовая механика для средней школы / Р.Э. Нудельман, А.А. Сиряков.- Владимир, 1968.- 110с.

124. Нурминский И.И. Статистические закономерности формирования знаний и умений учащихся / И.И Нурминский, Н.К. Гладышева,- М.: Педагогика, 1991. 224с.

125. О направлении учебных планов на 1991/92 учеб. год // Вестник образования.- 1991.- №3.- С. 62-78.

126. О преподавании физики в основной школе в 1999/2000 учеб. году / Мин-во общ. и проф. образования РФ. // Физика в школе.-1999.-№5.-С. 15.

127. Орир Дж. Популярная физика / Дж. Орир; пер. с англ.- М.: Мир, 1964.- 446с.

128. Осадчук В.А. Методика преподавания физики: Учеб. пособие для ун-тов и пед. ин-тов / В.А. Осадчук.- Киев, Одесса: Высш. шк., 1984,- 351с.

129. Основы методики преподавания физики в средней школе / под ред. А.В. Перышкина и др.- М.: Просвещение, 1984. 397с.

130. Особенности обучения и психического развития школьников 13-17 лет: Пед. наука реформе школы / под ред. И.В. Дубровиной, Б.С. Круглова.- М.: Педагогика, 1988.- 192с.

131. Пахомов Б.Я. Становление современной физической картины мира / Б.Я. Пахомов.- М.: Мысль, 1985.- 235с.

132. Петров А.В. Фундаментальные физические понятия в системе научных знаний: метод. рекомендации для учителей и преподавателей физики / А.В. Петров, О.П. Петрова.- Горно-Алтайск: НМЦ КНО, 1995.- 35с.

133. Пиаже Ж. Избранные психологические труды. Психология интеллекта. Генезис числа у ребра / Ж. Пиаже.- М: Просвещение, 1964.- 450с.

134. Попова О.Н. Обучение учащихся выявлению устойчивых связей и отношений между физическими величинами: дис. .канд. пед. наук / О.Н. Попова.- М., 1999.

135. Проблемы причинности в современной физике / под ред. И.В. Кузнецова, Н.Ф. Овчинниокова, М.Э. Омельяновского.- М.: Изд-во АПН СССР,I960.- 429с.

136. Проблемы совершенствования преподавания физики в школе: Программно-метод. материалы. Физика 7-11 кл. / сост. В.А. Коровин, Ю.А. Дик.- 2-е изд.- М.: Дрофа, 1999.- 134с.

137. Программы средней общеобразовательной школы: Физика. Астрономия.- М.: Просвещение, 1983-1988.- 47с.

138. Программы средней общеобразовательной школы: Физика. Астрономия.- М: Просвещение, 1992.- 219с.

139. Программы общеобразовательных учреждений. Физика. Астрономия.- М: Просвещение, 1994.- 228с.

140. Психологические проблемы формирования научного мировоззрения школьников / под ред. Н.А. Менчинской.- М., 1987.-239с.

141. Пурышева Н.С. Дифференцированное обучение физике в средней школе / Н.С. Пурышева.- М.: Прометей, 1993.

142. Пурышева Н.С. Методические основы дифференцированного обучения физике в сред, школе: дис. .д-ра пед. наук / Н.С. Пурышева,-М., 1995.

143. Пурышева Н.С. Пути реализации принципа генерализации учебного материала при построении курса физики сред, школы /Н.С. Пурышева. // Теория и практика обучения физике в совр. школе.- М.: Прометей, 1992.- С. 3-12.

144. Пустильник И.Г. Элементы квантовой физики в преподавании электричества, оптики и строении атома: дис. .канд. пед. наук / И.Г. Пустильник.- Свердловск, 1964.

145. Развитие содержания общего среднего образования.- М.: НОСО РАО, 1997.

146. Разумовский В.Г. Государственный стандарт образования супердержавы мира к 2000 году / В.Г. Разумовский. // Педагогика.-1993.-№3.- С. 92-100.

147. Разумовский В.Г. Проблемы общего образования школьников и учебник физики нового поколения: сб. науч. тр. / под ред. Ю.И. Дика, А.В. Хуторского.- М., 2000.- С. 72-79.

148. Резников Л.И. О прогнозировании физического образования в средней школе на ближайшие десятилетия:- метод, рекомендации. Вып. 2. / Л.И. Резников.- М., 1973. 178с.

149. Решанова В.И. Развитие логического мышления учащихся / В.И. Решанова.- М.: Просвещение, 1985.- 91с.

150. Родина Н.А. Теоретические основы МПФ на первой ступени ее курса в средней школе: автореф. дис. .д-ра пед. наук / Н.А. Родина.-М., 1974.-45с.

151. Роджерс Э. Физика для любознательных. В 3 т. Т. 3. / Э. Роджерс; пер. с англ.- М.: Мир, 1991.- 664с.

152. Российский стандарт школьного физического образования: Проект // Физика в школе.- 1993.- №4.- С. 4-10.

153. Рустамов М.М. Повышение научного уровня курса физики средней школы на основе использования теоретико-методологических принципов: автореф. дис. .канд. пед. наук / М.М. Рустамов.- Челябинск, 1987.- 20с.

154. Садритдинов Н. Система знаний о строении атома в курсе физики сред, школы: автореф. дис. .канд. пед. наук / Н. Садритдинов.- Ташкент, 1971.- 21с.

155. Сауров Ю.А. Квантовая физика: модели уроков: кн. для учителя / Ю.А. Сауров, В.В. Мултановский.- М.: Просвещение, Учеб. лит., 1996.- 272с.

156. Сауров Ю.А. Проблема организации учебной деятельности школьников в методике обучения физике: дис. .д-ра пед. наук / Ю.А. Сауров.- Киров, 1990.

157. Сауров Ю.А. Учебные задания по квантовой физике для учащихся 10 кл. / Ю.А. Сауров, В.В. Мултановский.- М., 1985.- 77с.

158. Сачков Ю.А. Введение в вероятностный мир / Ю.А. Сачков.-М.: Наука, 1971.-208с.

159. Славгородская Т.П. Развитие квантовых представлений в курсе физики сред, школы: автореф. дис. .канд. пед. наук / Т.П. Славгородская.- М., 1970.-21с.

160. Сборник нормативных документов. Физика / Сост. Э.Д. Днепров, А.Г. Аркадьев. М.: Дрофа, 2004. - 111, 1. с. ISBN 57107-8657-8

161. Содержание углубленного изучения физики в сред, школе: (Физ.-мат. и прикладные учеб. предметы) / под ред. Л.И. Резникова.-М.: Педагогика, 1974,- 208с.

162. Соурц Кл. Э. Необыкновенная физика обыкновенных явлений. В 2 т. Т. 2. / Кл. Э. Соурц; пер. с англ.- М.: Наука, 1987.- 329с.

163. Степин B.C. Структура и эволюция теоретических знаний / B.C. Степин // Природа научного познания: логико-методологический аспект.- Минск, 1979.- С. 179-258.

164. Тарасов J1.B. Основы квантовой механики / J1.B. Тарасов.- М: ЛКИ, 2008.-288с.

165. Тарасов J1.B. Современная физика в средней школе / J1.B. Тарасов.- М.: Просвещение, 1990.- 228с.

166. Тихомирова С.А. Физика 11 кл.: учебник для учащихся общеобразоват. учреждений / С.А. Тихомирова, Б.М. Яворский.- М.: Шк. Пресса, 2000.

167. Унт И.Э. Индивидуализация и дифференциация обучения / И.Э. Унт.- М.: Педагогика, 1990.

168. Урок физики в современной школе: Творческий поиск учителей: кн. для учителя / сост. Э.М. Браверманн; под ред. В.Г. Разумовского.- М.: Просвещение, 1993.- 285с.

169. Усова А.В. Формирование у школьников обобщенных умений и навыков при осуществлении межпредметных связей / А.В. Усова. // Межпредметные связи естественноматематических дисциплин: пособие для учителей.- М., 1980.- С. 40-53.

170. Учителя — методисты советуют и предлагают: пособие для учителей.- Киев, 1990.

171. Фабрикант В.А. Физическая наука и образование / В.А. Фабрикант // проблемы преподавания физики,- М.: Просвещение, 1978.- 68с.

172. Федорова В.Н. Общие вопросы проблемы межпредметных связей естественно-математических дисциплин / В.Н. Федорова.- М.: Просвещение, 1980.

173. Фейнман Р. Характер физических законов / Р. Фейнман; пер. с англ.- М.: Наука, 1987.- 160с.

174. Фок В.А. Квантовая физика и строение материи / В.А. Фок.- JL: Изд-во Ленинград, ун-та, 1965. 35с.

175. Шаронова Н.В. Методика формирования научного мировоззрения учащихся при обучении физике: учеб. пособие по спец. курсу для студ. педвузов / МГПУ им. В.И. Ленина / Н.В. Шаронова.-М.: МП MAP, 1994.- 183с.

176. Шаронова Н.В. Формирование мировоззрения при обучении физике / Н.В. Шаронова,- М.: МП MAP, 1994.- 278с.

177. Шахмаев Н.М. Педагогическая концепция учебников физики для общеобразовательной школы / Н.М. Шахмаев. // Физика в школе.- 1989.- №6.- С. 29-31.

178. Шевякова К.В. Рекомендации по преподаванию физики в 199495 учеб. году (в условиях вариативности образования) / К.В. Шевякова. // Физика: Еженедельное приложение к газете «1 сентября».- 1994.-№27.

179. Шифрин Ф.Ш. Некоторые трудные вопросы преподавания физики. О законах движения, кристаллах и молекулах, масштабов явлений и единицах измерения / Ф.Ш. Шифрин.- М.: Просвещение, 1966,- 151с.

180. Эвенчик Э.Е. Основы методики преподавания механики в сред, школе: автореф. дис. .д-ра пед. наук / Э.Е. Эвенчик.- М., 1977.- 41с.

181. Шредингер Э. Основная идея волновой механики / Э. Шредингер. // Новые пути в физике: статьи и речи.- М., 1971.- С. 353-367.

182. Яворский Б.М. Основы физики: учебник. В 2 т.- М., 2000.- 2 т.

183. Яворский Б.М. Физика 11 кл.: учебник для учащихся общеобразоват. учреждений / Б.М. Яворский, С.А. Тихомирова.- М., 2000.

184. Яворский Б.М. Основные вопросы современного школьного курса физики / Б.М. Яворский.- М.: Просвещение, 1998.- 208с.

185. Яворский Б.М. Физика для школьников старших классов и поступающих в вузы: в помощь студенту / Б.М. Яворский, А.Детлаф.- М.: Дрофа, 2005. 795с.

186. Яворский Б.М. Фрагменты развития квантовой физики в первой четверти 20 в. / Б.М. Яворский.- М., 1996.