Квантовая физика

Краткое описание

Школьные научно-исследовательские проекты по квантовой физике

 

Особенности исследовательских проектов по физике

Уровень предметных знаний в школьных курсах физики и математики позволяет  полноценно реализовать в исследовательских проектах характерные особенности физических исследований:

  1. представление объекта исследования в физических моделях;
  2. математическое описание объекта, построенное на основе моделей, выполнение теоретических расчетов;
  3. инженерное проектирование и изготовление экспериментальной установки;
  4. проведение измерений физических величин с требуемой точностью и получение эмпирических данных;
  5. сопоставление теоретических расчетов и эмпирических данных с использованием таблиц и графиков.

Физические модели и их употребление учащиеся осваивают, прежде всего, за счет решения задач по физике. Для формирования исследовательских компетенции школьников необходимо уделять значительное внимание работе с задачами – разбору типовых и нестандартных задач,  решению так называемых оценочных задач (с нечетко поставленными условиями).  Важно специально прорабатывать схемы и чертежи, с помощью которых решается задача. Особенно тщательно следует  обсуждать условия и допущения, при которых  строится решение задачи.  Нужно учить школьников различным приемам: варьированию параметров и осуществлению предельных переходов, оценки по порядку величины, выделению симметрии в объекте, работе с идеализированными объектами (введению невесомых, нерастяжимых нитей и стержней, или, наоборот, пружин, мысленному наложению и удалению связей между частями объекта и пр.)  и др.  Все это формирует способности моделирования и мысленного экспериментирования.    

 

При усвоении тех или иных понятий («сила трения», «теплоемкость», «электрическое сопротивление», «индуктивность») очень важно добиваться того, чтобы учащиеся в итоге овладели структурой – целостной «связкой», «паттерном»  –  разных знаний, которые составляют понятие. Это такие знания, как:

  1. знаковая модель, схема;
  2. математическая формула, закон;
  3. график функции, выражающий формулу;
  4. типичный пример, на котором иллюстрируется  легче всего понимается данное понятие;
  5. характерные численные значения величин и их размерности. 


Именно такой вид физических понятий позволяет использовать их при моделировании и решении физических задач.  Физические модели при этом конструируются из моделей понятий подобно тому, как из панелей собирается дом, при этом параллельно из формул, «привязанных к понятиям»,  строится система уравнений.


Описанный выше способ решения физических задач на основе моделей, физических понятий и математических уравнений в полной мере должен «работать» и в школьном физическом исследовании.


Главная особенность исследования от решения задач из задачника в том, что необходимо постоянно выявлять расхождение между расчетом и данными реальных измерений. Именно это расхождение является «мотором», продвигающим все исследование.


Всякое расхождение расчета и измерений понуждает искать причины, уточнять схемы измерений, условия и границы применимости модели, а, зачастую, полностью перестраивать модель. Эта работа является важнейшей частью всей исследовательской деятельности.  


Та особенность физики, что она является точной, математизированной наукой, позволяет в полной мере использовать данный «мотор» для полноценного разворачивания школьных исследовательских проектов.