Кванттық физиканың даму тарихы және оны физика пәнін оқытуда қолдану сұлтанбек З.Қ

Оңтүстік Қазақстан мемлекеттік педагогикалық институты, Шымкент

Дуализм идеясы кванттық механиканың физикалық теория болып қалыптасуының алғашқы сатысы еді. 1924 жылы де Бройль өзінің «Кванттар теориясы жөніндегі зерттеулер» деп аталатын докторлық диссертациясында корпускулалық-толқындық дуализм идеясын тек фотонға ғана емес, кез келген микробөлшекке қолдануға болатындығы жөнінде ұсыныс жасады. Көп ұзамай-ақ (1927 ж.) бір мезгілде бірнеше зертханаларда жүргізілген эксперименттік жұмыстар электронның толқындық қасиетінің бар екендігін үзілді-кесілді дәлелдеп берді.

Планктың кванттау идеясы мен дуализм идеясын өзара ұштастыру кванттық механиканың дамуына өте үлкен әсер жасады. 1925-1926 ж.ж. Гейзенберг пен Шредингер еңбектері кванттық механиканы жүйелі физикалық теорияға айналдырды.

Алдымен, 1920 жылдары, дамыған кванттық механиканы әдетте релятивтік емес кванттық механика деп атайды – ол жылдамдығы жарық жылдамдығымен салыстырғанда өте аз болатын микробөлшектердің кванттық механикасы. Кез келген мүмкін болатын жылдамдықпен қозғалатын бөлшектер үшін жазылған кванттық теория релятивтік кванттық механика деп аталады, ол 1930 жылдары қалыптасты. Міне, содан бері релятивтік кванттық механикадан бөлініп шығып, өз алдына ғылым саласына айналған, атомдағы, ядродағы және элементар бөлшектердегі құбылыстарды түсіндіретін физикалық теориялар кванттық электродинамика және өрістің кванттық теориясы болып дамуда.

Көріп отырғанымыздай қазіргі кванттық механика дамып келе жатқан, әлі соңғы тараулары жазылып бітпеген физикалық теория. Ол тек ғылыми көзқарастарда ғана емес, сонымен бірге техникада айтарлықтай төңкеріс жасауда. Біз атомдық электростанциялардың беретін тогын пайдаланудамыз. Бізді қоршаған радиоқабылдағыштар мен телевизорларда жартылай өткізгішті кванттық техника қолданылады. Жұмысы кванттық құбылыстарға негізделген интегралдық схемаларды пайдаланатын калькуляторлар мен компьютерлер тұрмысымызға кеңінен енуде. Халық шаруашылығы мен медицинада кванттық сәулелер көздері қолданылуда. Материяның кванттық қасиетіне негізделіп асқын өткізгіштерден жасалған магниттерді пайдаланып келеміз.

Кванттық механика Әлемнің пайда болуы мен эволюциясы жөніндегі біздің көзқарасымызды толық өзгертуде. Кванттық физика өзінің концептуалдық маңыздылығының саласынан техникалық қолданбалық саласына өтті. Кванттық физика идеялары жаңа техникалық құрылғылары мен технологияларында: байланыс құралдары, лазерлерлер, компьютерлерде жүзеге асырылады. Сондықтан, физикадан мектепте білім беруді жаңғырту, мектеп курсында кванттық физиканың үлесін біршама арттыруға бағытталуы тиіс.

Қоғамдық қатынастар жүйесіндегі өзгерістер мектепке зор әсер етеді және білім беруде жаңа тарихи кезеңнің міндеттеріне сәйкестікті талап етеді. Қазіргі жаратылыстанудың іргетасы ретінде физика инновациялық технологияларды жасауда прогресті қамтамасыз етеді. Физиканың барлық жетістіктері, жас кезінен болашақ инженерлердің, ғалым-физиктердің санасына сіңетін және университеттерде оқытудың тиімділігіне негіз болатын, мектептегі білімнен басталады.

Мектепте кванттық механиканы оқытудың қиындықтары, оқушылардың шектеулі танымдық мүмкіндіктерімен және материя қозғалысының кванттық формасының ерекшеліктерімен байланысты.

Ресей мектептерінде физика курсына кванттық механиканың түсініктерін енгізу мәселесі ғалым-әдіскерлердің назарынан тыс қалмаған (В.В.Мултановский, Ю.В.Сауров, т.б.). Олардың нәтижелері А.Т.Глазунов, Ю.И.Дик, О.Ф.Кабардин, В.А.Коровин, А.Н.Малинин, В.В.Мултановский, В.А.Орлов, А.А.Пинский, Л.С.Хижнякова, Л.В.Тарасова, Б.М.Яворский, тағы басқа физика мамандығы бойынша Ресей оқулықтары мен оқу құралдарына енгізілген. Орындалған әдістемелік жұмыстардың ғылыми және қолданбалы маңыздылығын жоғары бағалай отырып, кванттық физиканы оқытудың маңызды мәселелері шешімін әлі де таппағанын айта кету керек. Оның ішінде: тұтас, логикалық тізбекті құрылымды білдіретін мектеп курсының «Кванттық физика» бөлімін құрастыру; оқушылардың ғылыми ой-өрісін қалыптастыруға қажетті кванттық физиканың қазіргі заманғы идеяларын пайдалану; оқушыларды аса жүктемей, оқытылатын кванттық механикалық ұғымдар аясын кеңейту және т.б.

Кванттық механика бойынша оқушылардың білімдеріндегі кемшіліктер туралы, біздің бастапқы кезеңде жүргізілген эксперимент нәтижелері айтады. Оқушылар микрообъектілер қасиеттері мен олардың қозғалысы туралы, динамикалық теңдеулер жайлы, кванттық және классикалық физика заңдарының арасындағы қатынастық туралы білмейді. Бұған, біріншіден, кванттық ұғымдарды қалыптастыру әдістемесінің кемшіліктері мен қиындықтары себеп болды; екіншіден, қолданыстағы жалпы білім беру стандарттарымен, бағдарламаларымен және оқулықтарымен анықталған кванттық физика тарауының мазмұны ғылымның қазіргі күйіне сәйкес емес деп есептейміз.

Кванттық механика негіздерін оқыту әдістемесінің мәселелерінің қажетті деңгейде шешілмеуі, алғашқы орынға адам факторы мен инновациялық қызметті қоятын орта білім берудің жаңа мақсаттарына байланысты, жалпы білім беру орындарында физика курсын жетілдіруге кедергі болып отыр. Осыған орай талқыланып отырған әдістемелік мәселелерді шешу қоғамның қажеттілігінен туындады.

«Орта мектепте кванттық механика элементтерін оқытудың әдістемелік негіздері» тақырыбын зерттеу барысындағы зерттеу нысаны «Де Бройль толқындары», «Анықталмаушылық қатыстары», «Толқындық функция» тақырыптары болатын. Алдымызға қойған мақсатымыз осы аталған тақырыптың тиімді оқыту әдістемесін жасау және негіздеу болатын. Зерттеу жұмысы барысында алдымызға қойылған болжамдарды айқындап, нәтижесін педагогикалық эксперимент арқылы дәлелдедік. Зерттеу жұмысын қорытындылай келе, төмендегі тұжырымдарды алдық:

1.Ресей Федерациясында және елімізде қолданылып жүрген «Физика-11» оқулығындағы кванттық механика элементтерін («ДеБройль толқындары», «Анықталмаушылық қатыстары», «Толқындық функция» тақырыптарын) оқытылу жағдайына салыстырмалы талдау жасалды;

2.Салыстырмалы талдау барысында зерттеу нысанының мазмұнын оқушыға жеңіл түсіндірілуі қажеттілігі анықталды.

Педагогикалық эксперимент нәтижесінде тарауды оқытуыдың тиімді әдісі деңгейлеп оқыту мен тірек сызба әдістері екені дәлелденді, тиісті материалдардан электрондық оқулық жасалды. Диссертациялық жұмыстың өзектілігі оқушылардың тақырыпты күрделі болғандықтан толық қабылдай алмауы, кванттық механика тақырыптарында микробөлшектерді қолмен ұстап, көзбен көру мүмкіншіліктерінің шектеулілігінен туындаған болатын. Зерттеу барысында бұл мәселелер толықтай қамтылды. Оқушылар «Кванттық механика элементтері» тақырыбы бойынша видеоақпараттар, деңгейлік есептер, зерттеген ғалымдар туралы және кванттық механиканың қазіргі таңдағы ғылыми-техникалық жаңалықтарымен таныс болуда.

Диссертациялық жұмыстың қорытындысы бойынша «Кванттық механика элементтері» тақырыбына сабақ жоспарлары құрылып, деңгейлеп оқыту мен тірек-сызба технологиялары негізінде тиімді әдістеме жасалды.

2.Физика: Әдістемелік нұсқау. Жалпы білім беретін мектептің жаратылыстану – математика бағытындағы 11-сынып мұғалімдеріне арналған құрал / Б.Кронгарт, т.б. – Алматы: «Мектеп», 2007.