Изучение фундаментальных положений квантовой физики на разных уровнях образования

• Автор: Петрова, Дарья Владимировна
• Шифр специальности: 13.00.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 162 с. : ил.

Оглавление:
Введение
Г лава 1: Научно-методический анализ современного изложения квантовой физики в учебниках для средних и высших учебных заведений

1.1 Квантовая физика в современной физической картине мира

1.2 Фундаментальные положения квантовой физики в интерпретации для школьников и студентов первых курсов

1.3 Степень разработанности проблемы преподавания квантовой физики

1.4 Мисконцепции в изучении квантовой физики

1.5 Обзор содержания разделов «квантовая физика» учебников для школы и первых курсов вузов и мисконцепции
Глава 2. Методика преподавания фундаментальных положений квантовой физики в курсе физики в средних и высших учебных заведениях

2.1 Приемы обучения квантовой физике

2.2 Курсы по квантовой физике для средней и высшей школы

Глава 3. Апробация разработанной методики преподавания квантовой физики в средних и высших учебных заведениях
3.1 Констатирующий этап исследования
3.2 Поисковый этап исследования
3.3 Обучающий этап исследования
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Библиография:
Приложение
Приложение
Приложение

Ввсдснис
Актуальность исследования
В настоящее время отечественное школьное образование вступило в новый этап своего развития. Реализация дифференцированного подхода в школьном образовании, идея преемственности образования в системе школа - вуз и набирающая темпы информационная революция вызывают и предполагают глубокие изменения как в сфере школьного образования в целом, так и физического образования, в частности. Актуальной является проблема ознакомления учащихся с современными достижениями в физике. Во многом в связи с новизной и трудностью изложения определенных вопросов современной физики, многие из которых до сих пор разрабатываются, в учебных и методических пособиях их изложения избегают, или в изложении бывают неточности. Это во многом относится к учебному материалу по квантовой физике. Вопросы интерпретации квантовой физики до сих пор актуальны, существуют различные интерпретации ее фундаментальных положений. Проведенные претендентом на Нобелевскую премию, всемирно известным французским физиком Аленом Аспектом эксперименты, позволили сделать выбор в пользу одной из десяти существующих интерпретаций. Однако, эти результаты не отражены в должной мере в содержании общего физического образования - в школьных курсах и общих курсах физики в вузе. В действующей программе школьного курса этот раздел традиционно основывается на представлениях, возникших в самом начале становления квантовой теории. Учащиеся, которые не ознакомились с фундаментальными вопросами квантовой физики в школе, столкнутся с большими трудностями в вузе, т.к. понимание многих разделов физики невозможно без должных знаний о микромире.
Вопрос введения квантовомеханических представлений в школьный и вузовский курс физики не остался без внимания учёных-методистов, которыми проделана большая исследовательская работа по разработке методики обучения элементам квантовой физики в средней и высшей школе, воплощенной в учебниках и учебных пособиях (Л.И. Анциферов [35], Ю.И. Генденштейн [44],

О.Ф. Кабардин [45], В. А. Касьянов [63], А.Н. Мансуров [81], Г .Я. Мякишев [85], A.A. Пинский [97], И.В. Савельев [101], Г. Н. Степанова [110], С.Э. Фриш [130], Яворский [56] и др.). Высоко оценивая научную и прикладную значимость выполненных методических работ, необходимо, однако, отметить, что не получила должного разрешения проблема построения раздела «Квантовая физика», представляющего собой целостную и логически последовательную систему изложения, основанную на адаптированных к школьному и вузовскому уровню фундаментальных положениях квантовой физики.
Безусловно, существует большое количество хорошей учебной литературы по квантовой физике, однако, как правило, материал в ней излагается достаточно сложным математическим языком. К сожалению, малоизвестны некоторые принципы, а также методы, средства и приёмы обучения, которые позволяют лучше понять материал по квантовой физике и которые можно ясно изложить на уровне, доступном даже учащимся школ. При этом важно опираться на современные достижения при преподавании квантовой физики. Таким образом, вышеназванные тенденции и проблемы обусловливают необходимость адаптации сложного для понимания физического материала к уровню школьного и общего образования.
Анализ сложившейся ситуации выявляет противоречия:
• между второстепенной ролью квантовой физики в курсе физики в школе и на первых курсах вузов и концептуальной и прикладной значимостью квантовой физики для понимания физических процессов и формирования научного мировоззрения;
• между традиционным, фрагментарным, ограниченным изучением положений квантовой физики в общих образовательных курсах и системно-целостным, и в то же время фундаментальным их научным содержанием;
• между сложностью модельного и образного восприятия при изучении вопросов квантовой физики учащимися 11 классов школ и студентов

"отпошения" изменяются при изменении системы отсчёта, проявлением чего является лоренцево сокращение масштаба длины и времени. Конечно, существует "собственная" система отсчёта, что отражает "отношение" к самому себе. Тем не менее уже в СТО нельзя говорить о наличии определённых длины и длительности без указания системы отсчёта.
В квантовой физике квантовый объект "сам по себе" описывается операторами, а не числами, как в классической физике, так что этот объект "объективно" представляет собой множество операторов наблюдаемых.
Относительно того или иного прибора, описываемого классически, а значит на языке чисел, операторы "превращаются" в числа — те или иные собственные числа операторов. Волновая функция характеризует некоторое особое "отношение" прибора и квантового объекта и в этом смысле совместно описывает то и другое. Волновая функция определена вместе с "приготовляющим" или "измеряющим" прибором. Ситуацию, возникшую в квантовой физике, иногда описывают словами: в микромире имеется "объективная неопределённость", "объективная случайность" и "объективная вероятность". Подчеркнём ещё раз: квантовый объект "сам по себе", вообще говоря, не характеризуется каким-либо числом. Например, наличие оператора координаты вместо числа, указывающего положение объекта, может толковаться как "объективная неопределённость" положения в пространстве квантового объекта. Лишь при измерении "возникает" такое определяемое числом положение. Термин "объективная неопределённость", в отличие от "субъективной неопределенности", означает, что неопределённость не связана с нашим незнанием, как это имеет место в классической физике, а является свойством самого объекта. Вернер Гейзенберг говорил, что квантовая физика становится близка платонизму, если пытаться говорить о квантовой реальности как о "самой по себе".
Описание на языке операторов может интерпретироваться как существование "координаты вообще", "импульса вообще", принцип тождественности частиц — как "существование частицы вообще" и т.п. Это философия средневекового реализма, спорившего с номинализмом по вопросу о