Gdzie i jak uczą fizyki powstałej w XX wieku ?

Dział:Technologie Temat:Nauka

W najnowszym zeszycie dydaktycznej wersji amerykańskiego Physical Review zatytułowanej : Education Research [1] natrafiłem na raport z badań holenderskiej grupy dydaktyków fizyki, nad nauczaniem fizyki kwantowej w ramach programu przedmiotu fizyka w szkołach średnich (secondary school) 15 krajów: Wielka Brytania,Norwegia,Finlandia,Niemcy,Francja,Włochy,Portugalia,Belgia,Austria,Hiszpania,Australia, Kanada,Szwecja,Dania,Holandia.

Chociaż punktem startowym do tych badań była awantura w Holandii po wprowadzeniu elementów QM do programu fizyki w szkołach średnich, czyli coś partykularnego bo dotyczącego nauczania fizyki w jednym europejskim kraju , to jednak decyzja miejscowego ministerstwa edukacji,kultury i nauki , sfinansowania ustalenia empirycznego : " jak jest w innych krajach europejskich z problemem naucznia QM w szkołach średnich?" zaowocowała czymś bardzo cennym.

Oto zespół badawczy nie poszedł na skróty i nie zadowolił się powierzchownością i odfajkowaniem dla swiętego spokoju z resortem, tyko zrealizował badanie problemu dydaktycznego według standardów metodologii psychologii i dydaktyki, otrzymując wyniki ważne dla światowej dydaktyki fizyki..

Hipotezą roboczą był bardziej szczegółowy program nauczania QM zaprojektowany przez zespół badawczy,który tabelarycznie przedstawiam poniżej.

Q1 Promieniowanie ciała doskonale czarnego 9

Q2 Mode atomu Bohra 13

Q3 Dyskretne poziomy energii ( widma liniowe) 15

Q4 Oddziaływanie swiatła z materią 13

Q5 Dualizm falowo-korpuskularny i kompllementarność 15

Q6 Fale materii (de Broglie) 12

Q7 Zastosowania techniczne QM 13

Q8 zasada nieoznaczoności Heisenberga 9

Q9 Prawdopodobieństwo zdarzeń i statystyczne własnosci 8

Q10 Filozoficzne konsekwencje oraz interpretacja QM 5

Q11 Jednowymiarowy model bariery potencjału 3

Q12 Tunelowanie kwantowe 4

Q13 Model orbitali atomowych 1

Q14 Reguławyboru Pauliego oraz układ okresowy 2

Q15 Splątanie kwantowe 2

Q16 Równanie Schroedingera 2

Q17 Obliczenia w pomiarach prawdopodobieństwa układu kwantowego 1

Podane liczby na końcu każdego wiersza , to wyniki analiz -przeprowadzonych przez  zespół  badań-obecności danej tematyki QM w programach fizyki   i  określają liczbę krajów .

Po zbadaniu krajowych programów QM okazało się, że można mówić o pewnej wspólnej dla 15 krajów podstawie programowej działu naucznia fizyki o nazwie "Mechanika kwantowa", zawierającej siedem głównych jednostek metodycznych.Są to :

-dyskretne poziomy energii atomowej,

-interakcje między światłem i materią,

- dualność falowo-cząstkowa,

- długość fali de Broglie'a,

- zasada nieoznaczoności Heisenberga ,

 -probabilistyczna natura praw QM.

-zastosowania techniczne QM

Prace zespołu badawczego trwały kilka lat,dokonano przeglądu krajowych podręczników (ich części o tematyce QM), przeprowadzono sondaże opinii krajowych ośrodków instruktażu metodycznego,oceniono stany wyposażenia w pomoce naukowe do eksperymentów uczniowskich w dziedzinie QM.Raport z z badań jest bardzo obszerny i liczy 25 stron.Mogę go podsumować w takich punktach.

1.Występują poważne różnice treści działu QM w grupie 15 krajów.

2.QM jest trudnym pojęciowo działem dla młodzieży w wieku 16-19 lat.

3.Najbardziej interesująca dla uczniów jest technologia kwantowa.

4.Interpretacja filozoficzna QM też bardzo interesuje uczniów ,ale między nauczycielami z róznych krajów, jest ostry spór o celowość jej wprowadzania.Są różne interpretacje QM, niektóre wzajemnie sprzeczne.

5.Aspekty historyczne QM są nie tylko zalecane wn celu zwiększenia zrozumienia pojęciowego uczniów, ale także służą bardziej ogólnemu celowi rozwijania ich poglądów na zjawisko nauki.

6.Na stronie 20 raportu znajdujemy historyczny przegląd obecności QM w programach fizyki Europy zachodniej.Pierwsze  miejsce   zajmują Niemcy: od1945roku QM jest   tam   coraz  gruntowniej i obszerniej nauczana wwyższych klasach szkoły średniej.

We  Francji natomiast  w  roku 1995   usunięto QM z    nauczania na tym poziomie.

Trudno mi nie poczynić uwag krytycznych wobec tego wydarzenia w  światowej dydaktyce fizyki.

1.Brak krajów Europy środkowo wschodniej jest czymś przykrym i zagadkowym.

2.W Rosji,na Węgrzech,na Litwie,w Czechach ,w Bułgarii i w Polsce, QM była obecna w latach 1980 -2000,później pojawiły się różnice.

3.W Polsce w latach 2000-2018 trwał proces całkowitej likwidacji działu "elementy mechaniki kwantowej".Trudno uważać poniższy zestaw haseł zawarty w programie fizyki zatwierdzonym przez MEN dla liceów i techników (wstyczniu 2018 ) za  elementy  QM.

Fizyka atomowa. Uczeń:

1) analizuje na wybranych przykładach promieniowanie termiczne ciał i jego

zależność od temperatury;

2) opisuje dualizm korpuskularno-falowy światła; wyjaśnia pojęcie fotonu oraz

jego energii;

3) opisuje jakościowo pochodzenie widm emisyjnych i absorpcyjnych gazów;

4) interpretuje linie widmowe jako skutek przejść między poziomami

energetycznymi w atomach z emisją lub absorpcją kwantu światła; rozróżnia

stan podstawowy i stany wzbudzone atomu;

5) opisuje zjawiska jonizacji, fotoelektryczne i fotochemiczne jako wywołane

tylko przez promieniowanie o częstotliwości większej od granicznej.

( men.gov.pl )

Gdyby holenderski zespół badawczy ,analizujący stan nauczania QM w latach 2004-2017 w naszym kraju napisał prawdę, to musiałaby ona brzmieć tak : Polacy  likwidują oświatę i wracają na drzewai do jaskiń.

Literatura

[1]H. Stadermann and all,Analysis of secondary school quantum physics curricula of 15 different countries,Physical Review Physics Education Research 15,010130,22.05.2019,s.1-25