В зависимости от того, какой по профилю является школа: базовая или профильная, исходя из государственного общеобразовательного стандарта минимальный уровень усвоенных знаний разделяют таким образом [10,13]:
|
Стандарт полного базового образования |
Стандарт полного профильного образования |
Минимум профильной программы |
|
|
Планетарная модель атома. Квантовые постулаты Бора. Лазеры. Модели строения атомного ядра. Ядерные силы. Дефект массы и энергия связи ядра. Ядерная энергетика. Влияние ионизирующей радиации на живые организмы. Доза излучения. Закон радиоактивного распада и его статистический характер. |
Планетарная модель атома. Квантовые постулаты Бора и линейчатые спектры. Гипотеза де Бройля о волновых свойствах частиц. Дифракция электронов. Соотношение неопределенностей Гейзенберга. Спонтанное и вынужденное излучение света. Лазеры. Модели строения атомного ядра. Ядерные силы. Нуклонная модель ядра. Энергия связи ядра. Ядерные спектры. Ядерные реакции. Цепная реакция деления ядер. Ядерная энергетика. Термоядерный синтез. Радиоактивность. Дозиметрия. Закон радиоактивного распада. |
Гипотеза де Бройля о волновых свойствах частиц. Дифракция электронов. Соотношение неопределенностей Гейзенберга. Нуклонная модель ядра. Ядерные спектры. Термоядерный синтез. Дозиметрия. |
Исходя из этого, будет наблюдаться ощутимая разница в требованиях к выпускникам.
Встречаются учебники для базовых школ, в которых включены некоторые вопросы, посвящённые более глубокому изучению, примером может служить учебник «Физика» 11 класс автор которого является В.А.Касьянов. Он рассматривает такие понятия по атомной физике: Строение атома. Постулаты Бора. Лазер. Состав атомного ядра. Энергия связи. Синтез и деление ядер. Радиоактивность. Ядерная энергетика. Термоядерный синтез. Ядерное оружие. Влияние ионизирующей радиации на живые организмы. Элементарные частицы. Фундаментальные взаимодействия.
Обучение по таким учебникам приводит к повышению уровня усвоенных знаний учащимися базовой школы.
2.2 Демонстрационные и компьютерные эксперименты при изучении атомной физики
Выше упоминалось, что эксперимент должен являться основополагающей составляющей курса физики. Благодаря физическому эксперименту все основные понятия физики показываются на опыте.
Хорошо поставленный демонстрационный опыт, показанный во время теоретического изложения материала и отражающий физическое явление, дает возможность преодолеть формальный подход, встречающий на начальной стадии обучения физики. Такие демонстрационные опыты помогают накопить и расширить кругозор у учащихся, дают начало представлениям о многих физических явлениях и процессах, показывают закономерности, устройство и действие новых приборов и установок, знакомят с методами исследования, иллюстрируют практическое применение физических законов. Именно это уточняет, делает более понятным и убедительным теоретическое изучение материала, тем самым пробуждает и поддерживает интерес к физике.
Атомная физика сложна для изучения и для того что бы материал был понят, необходим демонстрационный эксперимент, но поставить в рамках школы его сложно, ввиду опасности проведения для здоровья человека.
Тогда, выходом из такой ситуации могут служить некоторые способы. Рассмотрим их.
Способ 1: использование «материальных» моделей - аналогов изучаемых явлений, обеспечивающих наглядность при изучении атомной физики [8].
В качестве примера можно рассмотреть аналогию строения атомного ядра и хаотичное движение детей, которые располагаются в центральном круге баскетбольной площадки (при этом количество мальчиков и девочек должно совпадать).
Изначально объясняется, что мальчики будут принимать образ протонов, а девочки - нейтронов. Если всех детей попросить объединиться по гендерным признакам: мальчики с мальчиками, а девочки с девочками, то они начнут между собой толкаться, а полученный строй вытянется в форму овала, что будет аналогией такого процесса как деление ядер.
Следующим примером может служит капельная модель ядра. Здесь строение ядра будет рассматриваться как капля жидкости.
Представленный модели служат хорошей альтернативой для показа демонстраций. Основным минусом модельного эксперимента служит то, что аналогия применима не для всего, а механические модели могут искажать свойства микромира.
Способ 2: Компьютерное моделирование.
Всякий эксперимент в атомной физике можно продемонстрировать во всей его полноте, для этого нужно использовать компьютерное моделирование.
Главным и самым важным достоинством данного способа, по мнению учителя, является создание впечатляющих и запоминающих зрительных образов. Именно они помогают усвоить в большей мере изучаемое явление и его важные детали, в отличие от соответствующих математических формул.
Моделирование процессов и явлений придает наглядность абстрактным законам и концепциям, акцентирует внимание учащихся к малозаметным деталям изучаемого явления или процесса, скрывающим при непосредственном наблюдении [15].
Анимация и графическое изображение результатов моделирования изучаемого явления или процесса, в совокупности, дают возможность обучающимся с легкостью усвоить значительные объемы содержательной информации.
В современном мире, компьютерное моделирование возможно проводить в online режиме, при этом нужно всего лишь быть зарегистрированным на сайте [21,22].
2.3 Компьютерное моделирование по атомной физике
В современном информационном мире существует бесконечное множество графических пакетов и оболочек: Соrel, 3D-Studio, Power-Point, Macromedia Flash, Micro-Cap и др. Они, в свою очередь, помогают решать конкретные практические задачи без знания языков.
Рассмотрев многие электронные образовательные ресурсы, наиболее подходящими для использования в школе можно считать PowerPoint и CorelMove.
CorelMove является графическим редактором, а PowerPoint - приложение для создания презентаций, в совокупности они предоставляют возможность создавать многообразные статистические и динамические модели, показывающие реальные процессы, явления, опыты. Данные модели делают процесс изучения физики занимательным и увлекательным, а труд учителя более простым.
Как и на всех уроках вообще, так и на уроках физики электронные ресурсы в результате обучения должны способствовать улучшению познавательного процесса, овладению школьниками возможностями информационных технологий, более гармоничному развитию интеллектуальных способностей учащихся.
Изменения методики изучения учащимися отдельных разделов физики обычно происходят в результате эффективной графической иллюстрации сложных зависимостей, представляемых обычно в табличной или аналитической форме, улучшения техники и методики демонстрационного эксперимента, наглядного решения физических задач.
Для того, чтобы обучение было наглядным нужно отметить главные свойства рассматриваемого явления: перевоплотить его в модель, отразив в ней все эти свойства и сделать ее доступной для ребят.
Внимание следует также обратить на статистические и динамические модели.
Рассмотрим динамическое моделирование. Оно должно обладать достоверностью и убедительностью, при этом четко передавать динамику различных физических процессов.
Показателем эффективности компьютерных моделей является интеллектуальное развитие учащихся. Для того, чтобы повысить показатель нужно сопоставить содержание урока целевому назначению динамической компьютерной модели.
Важным условием повышения эффективности наглядности обучения является активизация познавательной деятельности учащихся за счет увеличения объема самостоятельной работы при организации диалога ученика с компьютером.
Используя компьютерное моделирование при проведении эксперимента на практике шире реализовываются следующие требования: обеспечение видимости, создание специфического эмоционального настроя.
При объяснение нового материала используют динамические компьютерные модели в соответствии с целевым назначением:
1. в теории, основанной на явлениях, для которых важно знать их механизм;
2. в теории, основанной на исторических опытах;
3. в теории по материалу повышенной трудности;
4. для демонстрации применения изучаемого явления в жизни и технике;
5. для построения графиков, необходимых для изучения нового материала [5].
Программы Macromedia Flash 8 и Microsoft Office FrontPage 2003 служат основой создания электронного учебника по атомной физике. Macromedia Flash 8 служила создателем и редактором анимации электронного учебника. Microsoft Office FrontPage 2003 служила основой для разработки структуры учебника. Эти программы в настоящий момент являются одними из самых понятных красочных и легкодоступных программ своего рода.
Однако не все электронные учебники соответствуют требованиям стандарта. Рассмотрим основные требования, которые были выделены на основании используемой нами литературой по теме исследования.
1.Требования к текстовой информации.
Текстовая информация в электронном учебнике должна придерживаться минимума, поскольку долгое чтение с экрана приведет к переутомлению, вследствие которого снизится восприятие, а, следовательно, и усвоение знаний. Огромное внимание следует уделить размеру и типу шрифта. Благодаря электронной вариации учебника, появляется возможность выделять цветом и фоном как все предложение, так и его отдельные слова, что позволяет акцентировать внимание на главном. Учебник такого вида должен содержать гиперссылки и ссылки на другие книги, справочники.
2. Требования к графической информации.
В электронном учебнике, как и в обычном, печатном должно быть большое количество иллюстративного материала, причем изображения должны соответствовать размерам экрана или окна на экране.
Графически следует показывать следующую информацию:
- последовательные кадры, рисунки, которые показывают движение, причинные связи или структуру, диаграммы процессов, временные графики;
- диаграммы или рисунки, на которых опущены определенные частности для того, чтобы выделить особенности изображаемого явления, такие как сечения, чертежи, рисунки машин;
- качественное представление числовых данных, такое как линейные графики, диаграммы, пиктограммы;
- физические, политические и специализированные карты;
- диаграммы или рисунки, на которых опущены определенные частности для того, чтобы выделить особенности изображаемого явления, такие как сечения, чертежи, рисунки машин;
- таблицы и диаграммы или разного рода матричные представления словесных и числовых данных, такие как расписания, таблицы спортивных результатов, диаграммы для сравнения;
- статические фотографии, которые хороши для привлечения внимания, демонстрации подлинников, введения в контекст [24].
Не стоит забывать и о видеофрагментах, используя которые можно в динамике показать все процессы и явления. В результате чего повышается заинтересованность, восприятие и как следствие, улучшается качество знаний.
3. Требования к компоновке учебного материала.
Исключительное дидактическое значение имеет компоновка текстового, графического и другого материала. Расположение информации на странице, последовательность идущих друг за другом страниц - основополагающие факторы, влияющие на качество восприятия новой информации, возможность обобщения и анализа, скорость запоминания, полноту усвоения учебной информации. Однако, в электронном учебнике нельзя одновременно «заглянуть» в две страница как в печатном, но несмотря на это учебник электронной вариации позволяет делать закладки в любом месте, отображать список закладок, отсортировав их в любом порядке. В электронном учебнике должен быть список рекомендованной литературы, изданной традиционным, печатным способом и содержащий ссылки на статьи в журналах, на электронные публикации, размещенные на серверах учебного заведения или в сети Internet [23].
Применение компьютерных ресурсов дает возможность в рамках школы наблюдать физические процессы и явления, быстро, точно и многократно проводить расчеты времени, повторяя данный эксперимент с различными начальными данными.
Атомная физика является хоть и сложным для обучения разделом, но необходимом для формирования представлений у школьников о макромире мире с позиции микромира.
Рассмотрим небольшой фрагмент, показывающий методику изучения атомной физики с использованием компьютерных технологий на основе учебника «Физика» 11 класс автор Мякишев Г.Я. [13].
Изучение атомной физике начинается в главе XII с рассмотрения вопроса о строении атома, раскрытие которого учитель начинает с истории открытия атома. После чего, обсуждаются различные представления о структуре, и содержании атома. При объяснении того, что атомы представляют собой положительно заряжённое ядро и отрицательно заряженный электрон, движущийся по орбите можно включить модель под названием «Строение атома» в online режиме [21]. Данную модель можно включать неограниченное количество раз. На начальном этапе нужно выполнить два подхода к воспроизведению: первый подход, ознакомительный, будет сопровождаться комментарием учителя, затем второй подход, закрепляющий, без комментариев.