Значение раздела «Квантовая физика» и особенности его изучения
Ква́нтовая фи́зика — раздел теоретической физики, в котором изучаются квантово-механические и квантово-полевые системы и законы их движения. Она сформировалась в первой трети двадцатого века в работах М. Планка, Н. Бора, В. Гейзенберга, П. Дирака, В. Паули, Э. Шрёдингера и многих других. Квантовая физика и разработанная несколькими годами раньше теория относительности А. Эйнштейна в корне изменили представления об основах мироздания, о пространстве и времени, представления, лежавшие в основе всей классической физики вплоть до конца 19-го века.
Квантовая физика является самой современной частью школьного курса физики. Изучение этого раздела не только значительно расширяет знания учащихся о природе, но и заставляет переосмыслить их представления об окру-жающем мире, ведь квантовая физика установила ограниченность многих классических представлений. Введение основ квантовой физики в среднюю школу - сложная методическая задача, что связано с малой наглядностью квантовомеханических объектов, сложностью математического аппарата, необычностью исходных идей и понятий.
Основные познавательные задачи этого раздела - ознакомить учащихся со специфическими законами, действующими в области микромира, завершить формирование представлений о строении вещества.
В данном разделе учащихся знакомят со строением вещества на атомном и субатомном уровне. В теме "Атом и атомное ядро" они изучают вначале строение атома по Резерфорду-Бору, а затем, после обсуждения дуализма свойств микрочастиц, получают и современные представления о строении атома. Достаточное внимание в этом разделе уделяют составу и свойствам ядра атома. В конце раздела учащихся знакомят с основными характеристиками и свойствами элементарных частиц, дают представление о современной их классификации, о роли их в строении вещества и в передаче взаимодействий.
Раздел "Квантовая физика" решает, кроме того, важные задачи политехнического образования. При его изучении учеников знакомят с устройством и принципом действия фотоэлементов, с примерами их использования в технике, физическими основами спектрального анализа, ядерным реактором и применением ядерной энергии в мирных целях, с использованием радиоактивных изотопов.
Знакомство с элементарными частицами подтверждает принцип неисчерпаемости материи, убеждает учащихся в том, что материальные объекты и их свойства многообразны, элементарные частицы не "просты", они обладают множеством свойств и способны к взаимопревращениям.
Корпускулярно-волновой дуализм свойств света и элементарных частиц, взаимопревращаемость элементарных частиц раскрывают материальное единство мира и диалектическую связь прерывного и непрерывного, а подчинение всех ядерных процессов законам сохранения иллюстрирует принцип неуничтожимости и несотворимости материи и движения.
В развитие квантовой физики внесли свой вклад многие выдающиеся отечественные и зарубежные ученые: Э. Резерфорд, Н. Бор, П. Кюри, М. Складовская-Кюри, М. Лауэ, Луи де Бройль, В. Гейзенберг, В. Паули, П. Дирак, Э. Шредингер, И. Е. Тамм, Фредерик и Ирен Жолио-Кюри, О. Гаи, Э. Ферми, Л. Д. Ландау, В. А. Фок, Д. В. Скобельцын, А. И. Алиханов, В. И. Векслер, И. В. Курчатов и многие другие. Изучение их жизни и деятельности представляет благодатный материал для патриотического и интернационального, а также нравственного воспитания учащихся.
Особенность содержания квантовой физики также накладывает отпечаток на методику ее изучения. В этом разделе учащихся знакомят со своеобразием свойств и закономерностей микромира, которые противоречат многим представлениям классической физики. От школьников для его усвоения требуется не просто высокий уровень абстрактного, но и диалектическое мышление. Противоречия «волна – частица», «дискретность – непрерывность» рассматривают с позиций диалектического материализма. Важно отметить, что метафизическому противопоставлению (либо да, либо нет) диалектика противопоставляет утверждение: и да, и нет (в одних конкретных условиях - да, в других - нет). Поэтому нет ничего удивительного в том, что свет в одних условиях ведет себя как волна, в других - как поток частиц.
Для облегчения усвоения квантовой физики необходимо в учебном процессе широко использовать различные средства наглядности. Но число демонстрационных опытов, которые можно поставить при изучении этого раздела, в средней школе очень невелико. Поэтому, кроме эксперимента, широко используют различные средства наглядности, и в первую очередь компьютерные модели.