CC BY
22
УДК 378.02:372.8
Б.А. Сусь, д-р. пед. наук, проф. НТУ, г. Киев (Украина)
ПРОБЛЕМНЫЕ ЗАДАЧИ В ПРОЦЕССЕ ПОДГОТОВКИ СТУДЕНТОВ К БУДУЩЕЙ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ
В данной статье рассматривается методика использования проблемных задач, которые позволяют знакомиться с процессом развития научных знаний в процессе подготовки студентов к профессиональной деятельности.
Ключевые слова: задача, фотоны, дифракция, интерференция, колебания, фаза.
В ходе профессиональной подготовки студентов к будущей деятельности мы используем проблемные задачи, способствующие более критическому отношению будущих специалистов к «незыблемым истинам». Пример таких задач мы и приводим в данной статье:
1. «Вопрос двойственности природы света является проблемным как с точки зрения изучения его студентами, так и с точки зрения науки. Эта проблема возникла 100 лет назад, но мы не можем говорить о ее окончательном решении и сегодня. То, что свет это волны, однозначно вытекает из явлений интерференции и дифракции. В то же время корпускулярные свойства света подтверждаются наличием у фотона импульса, давления света, явлением фотоэффекта. Однако трактовка, что свет это волны и частицы одновременно, содержит элементы неопределенности и противоречия, поскольку частичка локализована, а волна явление пространственное. Такие противоречия обнаруживаются при рассмотрении классических вопросов физики, например, дифракции.
Традиционно дифракция определяется как отклонение луча от прямолинейности распространения, «огибание» им резких неоднородностей и захождение света в область тени. В основу объяснения явления дифракции положен принцип Гюйгенса, согласно которому при распространении волн от источника возмущения каждая точка волновой поверхности становится источником новых волн. Это делает возможным вместо источника рассматривать колебания, которые распространяются в пространство от волновой поверхности, с учетом фаз колебаний, которые идут от каждого ее элемента, и находить амплитуду колебаний в некоторой точке наблюдения, которая может быть также в области тени. Однако такое утверждение относительно световых волн является несостоятельным, поскольку любая абстрактная точка световой волновой поверхности с точки зрения квантовой теории не может стать источником новых фотонов, так как фотон излучается источником как частичка, имеет импульс и движется лишь в одном направлении в соответствии с законом сохранения импульса. То, что фотоны распространяются не как волны, а как частицы, очень наглядно подтверждено опытом Ботэ по излучению фотонов атомами в результате флуоресценции под действием рентгеновских лучей небольшой интенсивности. При флуоресценции кванты вторичного рентгеновского излучения Ау2 фиксируются счетчиками Л1 и Л2 с противоположных сторон металлической фольги Ф с помощью записывающих механизмов М1 и М2 не одновременно, как это должно было бы быть, если бы от атома распространялась во все стороны волна, а независимо и в беспорядке. Это означает, что атом излучает фотон как частичку, которая имеет импульс р и движется в одном направлении. Таким образом, одиночный акт излучения атома нельзя трактовать как сферическую волну, которая распространяется во все стороны. Тем не менее, при рассмотрении явления
дифракции света понятие точечного источника излучения и сферической волновой поверхности используется во всех общеизвестных учебниках и учебных пособиях без каких-либо оговорок. Очевидно, что такой подход относительно световых волн нельзя считать корректным». Объясните суть парадокса.
2. «Сравнивая волновой и корпускулярный подходы, видим, что их результаты не согласовываются. Однако физические явления не зависят от того, каким способом мы их описываем. Поэтому очевидно, что существует проблема в понимании механизма распространения световых волн и ее необходимо решать. С этой целью проанализируем процесс излучения фотонов, их распространение и их действие в точке наблюдения.
Нужно отметить, что фотоны ( это частички особые. Определяющей характеристикой частицы является наличие массы. Существуют работы, в которых наличие массы у фотона отрицается. Однако такие утверждения, по нашему мнению, не являются логически последовательными, они основываются на абстрактных подходах и находятся в разногласии с рядом физических явлений (например, изменение направления движения световых лучей вблизи больших масс). Поэтому мы придерживаемся традиционных представлений, согласно которым фотон как частичка имеет массу (релятивистскую) и импульс. Но в отличие от обычных частиц, для фотонов присуща еще одна важная характеристика, которая отображает их волновые свойства. Это фаза. Действительно, фотоны распространяются как частицы, однако, попадая, например, от двух когерентных источников в ту или иную точку пространства, они дают то, что мы называем интерференционной картиной (систему максимумов или минимумов, которая зависит от разности фаз). Итак, делаем вывод, что фотоны — это частички, для которых свойственна фаза. Поскольку фаза является характеристикой колебательного процесса, это значит, что фотоны являются частицами, которые находятся в колебательном состоянии. Причем это колебательное состояние фотона как отдельной частички — это внутренний колебательный процесс. Рассматривая фотон как частицу, которая колеблется, легко и непротиворечиво, можем объяснить распространение световых волн, например, от точечного источника, сохраняя при этом традиционные понятия и определения.
Итак, пусть точечный источник О излучает в все стороны огромное количество фотонов, которые колеблются с разными фазами. Из них можно выбрать фотоны, фазы колебаний которых одинаковые. Эти фотоны и образовывают волновую поверхность, в данном случае сферическую. Рассматривая фотоны как частицы, которые колеблются, с точки зрения квантовой теории света легко и понятно можно объяснить такие волновые явления как интерференция и дифракция.
На краях отверстия происходит дифракция, в результате чего в области тени наблюдается максимум
(или минимум) интенсивности. Дифракцию можно рассматривать как интерференцию волн от когерентных источников, которыми являются резкие края преграды, где электроны приходят в колебательное движение и переизлучают фотоны как в разные стороны, причем, как в область тени за преградой, так и в обратном направлении, что трактуется как дифракция при отражении. Фотоны как колебательные системы приходят в точку, с разными фазами, создавая максимумы или минимумы интерференционной картины.
Статья поступила в редакцию 03.12.07.
Таким образом, рассматривая фотоны как частички, которые представляют собой элементарные колебательные системы, совершенно приемлемо и без противоречий можем объединить несовместимое и объяснить двойственность природы света, его волновые и корпускулярные свойства — явления интерференции, дифракции, поляризации, фотоэффект, давление света и т.п. Однако возникает вопрос относительно характера и природы колебаний, которые происходят с фотоном.
УДК 373.1.02:372.8
А.В. Усова, академик РАО, д-р пед. наук, проф. ЧГПУ, г. Челябинск Н.Н. Тулькибаева, д-р пед. наук, проф. ЧГПУ, г. Челябинск
ТЕМЫ СЕМИНАРСКИХ ЗАНЯТИЙ И СИСТЕМА ЗАДАНИЙ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ ПО КУРСУ «ПРАКТИКУМ ПО РЕШЕНИЮ ФИЗИЧЕСКИХ ЗАДАЧ»
В статье сформулированы темы семинарских занятий, определено содержание каждого из них, выделена система заданий для самостоятельной работы по каждому семинару.
Ключевые слова: семинарские занятия, задача, формирование, умение, структура, алгоритм, структура
Практические и семинарские занятия органически дополняют лекционный курс и самостоятельную работу студентов. Непосредственный, живой контакт преподавателя и студента представляют большие возможности совершенствования подготовки будущего учителя. Совокупность практических знаний, предусмотренных учебным планом специальности и определенных учебной программой, формируется на семинарских занятиях. Главная цель семинаров состоит в том, чтобы закрепить и углубить знания в соответствующей области, сформировать систему навыков их использования, проявить необходимые практические умения.
На семинарских занятиях должны развиваться умения и навыки по организации самостоятельной работы студентов с основной и дополнительной литературой, умения и навыки излагать учебный материал. Здесь на практике реализуется теория формирования понятий, в частности с помощью контекстного метода или так называемого профессионально-педагогического тренинга.
В предлагаемой статье рассматривается структура семинарских занятий по курсу «Практикум по решению физических задач».
Семинар 1. Значение решения задач в процессе обучения физике. Понятие задачи и решения задач в теории управления, психологии, общей и частной дидактиках
Основные вопросы
1. Значение решения задач в процессе обучения физике.
2. Анализ состояния решения задач по физике в теории и практике обучения.
3. Функции учебных задач.
4. Понятие задачи в теориях управления и решения задач.
5. Понятие задачи в психологии.
6. Понятие задачи в методике преподавания физики.
7. Понимание структуры задачи в кибернетике, психологии и учебной задачи в методике преподавания физики.
Задания:
1. Подобрать систему задач, раскрывающую всю совокупность их функций.
2. Выполнить анализ определений задачи в частных дидактиках (методика преподавания физики, методика преподавания математики, методика преподавания химии).
3. Выявить правила построения определений в различных курсах дидактики.
Семинар 2. Понятие решения задач в кибернетике, психологии и теории решения задач
Основные вопросы
1. Понятие решения задач в кибернетике.
2. Понятие решения задач в психологии и теории решения задач.
3. Структура решения задач в теории решения задач.
Задания:
1. Наглядно представить психологическую и общенаучную структуры понятия «решение задач».
2. Описать выделенные структуры по основным их параметрам.
3. Продемонстрировать на примере решения двух задач из раздела электрических явлений наличие выделенных компонентов решения задач.
Семинар 3. Понятие решения задач в методике преподавания физики. Структура процесса решения учебных задач
Основные вопросы
1. Понимание процесса решения задач в методике преподавания физики.
2. Структура процесса решения учебных задач.
3. Этапы процессы решения учебных задач.
4. Основные операции, из которых складывается процесс решения задач.
