Формування в учнів школи уявлень про елементарні частинки

     1) теоретична спрямованість навчально-виховного  процесу;

     2) здійснення міжпредметних зв’язків  у процесі навчання;

     3) розвиток діалектичного мислення на уроках;

     4) підготовка і проведення у  позаурочний час виховних заходів, які б забезпечували світоглядні знання школярів, формували їхні погляди і переконання; залучення учнів до різних видів діяльності, які б спряли поєднанню їх свідомості, переживань і поведінки;

     5) корекція помилкових світоглядних  понять, уявлень, поглядів і переконань учнів;

     6) соціальна і професійна позиція  педагога і її значення для формування світогляду його підопічних.

     Методика  виявлення рівня світогляду учнів  включає:

     а) аналіз відповідей учнів із світоглядних питань на уроках;

     б) спостереження за діяльністю і поведінкою учнів у різних ситуаціях;

     в) порівняння даних спостережень педагогів, батьків та інших учасників педагогічного процесу;

     г) проведення спеціальних бесід, обговорення  моральних та інших проблем.

     У позакласній роботі з цією метою  використовують сократівські бесіди, дискусії, диспути, відверті розмови, інтелектуальні ринги, конкурси, олімпіади, КВК та ін. У ході інтелектуального (розумового) виховання відбуваються зміни в змісті і формах мислення. Результатом мислительської діяльності людей є знання. Знання – знаряддя мислення, один із критеріїв активності виховного впливу.

     «У  сучасному світі знання стають все  більш допустимими для тих, хто  хоче оволодіти ними, тому переосмислюється самоцінність знань. Натомість зростає  роль добувати, переробляти інформацію. Це зумовлює зменшення питомої ваги готової інформації, зміну співвідношення між структурними елементами змісту на користь засвоєння учнями способів пізнання, набуття особистого досвіду  творчої діяльності, посилення світоглядного  компоненту змісту» [1, с.5]. Якими б не були основні положення «Доктрини» і «Концепції», вони не будуть мати виходу у педагогічну практику, якщо на їх основі не будуть науково розроблені педагогічні принципи і правила, а також система методів, організаційних форм та засобів навчання. Значна увага в педагогічній літературі приділяється проблемі формування наукового світогляду учнів під час вивчення природничих дисциплін. Більшість робіт (П.А.Вешицький, Г.М.Голін, С.У.Гончаренко, Л.Я.Зоріна, В.Ф.Єфіменко, В.М.Мощанський, В.В.Мултановський, В.Г.Розумовський, О.В.Сергєєв, Б.С.Спаський, В.Д.Халамендик та інші), присвячена формуванню наукового світогляду учнів у навчанні фізики. Це невипадково, оскільки фізика займається вивченням найбільш загальних та фундаментальних питань, які мають глибокий світоглядний зміст.

     Вивчаючи  основні шкільні документи: проект стандарту освіти з фізики і програми для основної та профільної школи  слід відмітити що, в проекті стандарту фізичної освіти наголошується на тому, що в старшій школі навчання фізики спрямоване на усвідомлення сучасної ФКС (фізичної картини світу), формування наукового світогляду учнів, опанування методами наукового пізнання. Детальне вивчення змісту програми обов’язкового мінімуму засвідчує, що вона зорієнтована головним чином на світогляд не сприйняття фізичної реальності, розуміння основних закономірностей плину фізичних явищ і процесів, загального уявлення про фізичний світ. При цьому загальноосвітній курс фізики передбачає більш глибоке розуміння фізичних законів і теорій, володіння навчальним матеріалом, необхідним для широкого застосування у поясненні хімічних, геофізичних, біологічних, екологічних та інших природних явищ, цілісного уявлення про природничо-наукову картину світу. Профільний курс фізики передбачає і систематизоване вивчення основних фізичних теорій, формування світогляду і наукового стилю мислення на основі фізичної картини світу, усвідомлення фізичного знання на рівні, необхідному для подальшого його використання в професійній діяльності або продовженні освіти. Зазначене дає підстави для висновку, що сучасний проект стандарту фізичної освіти базується на філософських принципах, які дозволяють проводити узагальнення найвищого рівня. Таким чином, у школярів повинна бути сформована система фізичного знання, яка дасть їм змогу розуміти роль і місце фізики в суспільному розвитку людини, її значення у формуванні цілісної природничо-наукової картини світу.

     Програмою з фізики [1] передбачено ознайомлення учнів з ФКС (фізична картина світу), але планується воно лише в кінці курсу 11 класу. До змісту узагальнюючого розділу, на який відводиться 4 години, крім поняття про ФКС включено ще й матеріали про науково-технічний прогрес, основою якого є фізика. Як свідчить досвід вивчення цього розділу, учні не готові до сприйняття ФКС з декількох причин. По-перше, вони не знають, що являє собою ФКС як феномен пізнання; по-друге, не пам’ятають основні поняття і закони з тих розділів фізики, узагальнення яких дозволяє визначити зміст механічної і електродинамічної картин світу. Виходячи з вище описаного слід орієнтувати старшокласників на такі напрямки:

     •   знати основні категорії філософії, вміти застосовувати їх при аналізі природних явищ та фізичних законів;

     • знати три основних закони діалектики, вміти доводити на їх основі загальність законів природи, ілюструвати нерозривний зв’язок законів фізики та діалектики;

     • розуміти неподільність історичного розвитку фізики, інших природничих наук та історичного розвитку філософської думки;

     •   усвідомлювати, що основні уявлення сучасної фізики є результатом розвитку класичних уявлень і є невід’ємними від розвитку філософії;

     •  розуміти фундаментальність фізики як основи інших природничих наук і вміти це обґрунтовувати з діалектико-матеріалістичних позицій (так, зв’язок з хімією реалізується при вивченні квантової природи хімічного зв’язку за допомогою послідовного розкриття таких філософських категорій як форма і зміст; кількість і якість; загальне, конкретне та поодиноке тощо; зв’язок із біологією через загальні ідеї еволюції систем та живих організмів, із застосуванням основних законів діалектики). Впровадження гуманістичної парадигми в освітній простір України зумовило перехід від авторитарної пояснювально-ілюстративної форми навчання до впровадження особистісно-орієнтованого підходу та підвищення якості й об’єктивності оцінювання. Ідею цілеспрямованого навчання від рівня керівництва до рівня управління навчальним процесом розвивають П.С. Атаманчук, П.І.Самійленко, О.І.Ляшенко. Розробка особистісно-орієнтованих технологій навчання фізики пов’язується з суспільною значущістю цієї дисципліни (фізика стає основою предметної і професійної діяльності людини), так і з світоглядною цінністю, що виявляється у формуванні наукової картини світу. Так, Атаманчук П.С. вважає, що особистісні якості учня (інтелект, світогляд, творчість і ін.) це не закостеніла структура, яку можна певним чином «спожити» і таким чином збагатити себе, швидше – це динамічна структура, що породжується суб’єкт-об’єктної взаємодією, носієм якої виступає пізнавальна задача. Процес засвоєння пізнавальної задачі, здійснюваний на основі знаряддєвої, операційної та знакової взаємодії суб’єкта з об’єктом пізнання, залишає у мислительському та почуттєвому досвіді школяра сліди, які резонно називати знаннями [1].

     Виходячи  з вище описаного можна стверджувати, що основне завдання у формуванні наукового світогляду це трансформація  знань, що лежать в основі наукової картини світу, у погляди і  переконання учнів.

РОЗДІЛ  2

ІСТОРИЧНІ ВІДОМОСТІ

     Елементарні частинки – це первинні частинки, які не розпадаються, з них складається вся матерія. Поняття елементарні частинки сформувалося в тісному зв'язку з встановленням дискретного характеру будови речовини на мікроскопічному рівні. Відкриття на рубежі 19-20 ст. найдрібніших носіїв властивостей речовини – молекул і атомів – і встановлення того факту, що молекули побудовані із атомів, дозволило описати всі відомі речовини як комбінації кінцевого числа структурних складових – атомів. Виявлення в подальшому  наявності складових атомів – електронів і ядер, встановлення складної природи ядер, які складаються із двох типів частинок (протонів і нейтронів), дало можливість передбачити, що ланцюжок складових матерії завершиться дискретними безструктурними утвореннями – елементарними частинками. Але не можна  впевнено стверджувати, що  такі елементарні частинки існують. Протони і нейтрони, наприклад, довгий час рахувалися елементарними, а тепер вияснилось, що вони мають складну будову.

     Не  виключена можливість того, що послідовність  структурних складових матерії  нескінченна.

     Термін  “ елементарні частинки ” часто використовується в сучасній фізиці для найменування великої групи найдрібніших частинок матерії, які не являються атомами і атомними ядрами (виняток складає ядро атома водню – протон). Як показали дослідження, ця група частинок дуже велика. Крім згадуваних протона , нейтрона і електрона до неї відносяться: фотони, мезони, міони, нейтрино, дивні частинки (К-мезони і гіперони),  різноманітні резонанси, “ зачаровані ” частинки, іпсилон-частинки і важкі лептони – всього більше 350 частинок, в основному нестабільних . Число частинок , що входить в цю групу,  продовжує рости,  і скоріше всього, необмежено велике. Використання назви “ елементарні частинки ” до всіх цих частинок має історичні причини і пов'язано з тим періодом досліджень (початок 30-х років 20 ст.), коли єдиними представниками даної групи були протон, нейтрон і частинка електромагнітного поля – фотон. Ці чотири частинки  тоді рахувалися елементарними, так як вони служили основою для побудови речовини і електромагнітного поля, яке з нею взаємодіє, а складна структура протона і нейтрона не була відома.

     Відкриття нових мікроскопічних частинок матерії  поступово зруйнувало цю просту картину. Нові відкриті частинки дуже були близькі  до перших чотирьох відомих частинок. Спільним для них є те, що вони являються специфічними формами існування матерії, яка не асоціюється в ядра і атоми, тому їх іноді називають “ суб'ядерними частинками ”. До тих пір, поки кількість таких частинок була  не дуже велика,  існувала  думка, що вони відіграють фундаментальну роль в будові матерії, і їх відносили до елементарних частинок. Зростання кількості суб'ядерних частинок, виявлення у багатьох із них  складної будови показало, що вони, як правило, не мають властивості  елементарності, але традиційна назва “ елементарні частинки ” за ними збереглась. 

     Першою  відкритою елементарною частинкою  був електрон – носій негативного  елементарного електричного заряду в атомах. В 1897р. Дж. Дж. Томсон  встановив, що  катодні промені утворені потоком найдрібніших частинок , які  були названі електронами. В 1911р. Е. Резерфорд, пропускаючи альфа-частинки від природного радіоактивного джерела через тонку фольгу  різних речовин, вияснив, що позитивний заряд в атомах зосереджений в компактних утвореннях – ядрах, а в 1919р. виявив  серед частинок, вибитих із атомних ядер, протони – частинки з одиничним позитивним зарядом і масою, в 1840 разів перевищуючи масу електрона. Інша частинка , яка входить до складу ядра, – нейтрон – була відкрита в 1932р. Дж. Чедвіком  під час дослідження взаємодії альфа-частинки з берилієм.

     Нейтрон має масу, яка близька до маси протона ,але не має електричного заряду. 

     Відкриттям  нейтрону завершилося виявлення  частинок – структурних елементів атомів і їх ядер.  

     Висновок  про існування частинки електромагнітного  поля – фотона – бере свій початок із роботи М. Планка (1900р.) Передбачивши, що енергія електромагнітного випромінювання абсолютно чорного тіла квантована, Планк одержав правильну формулу для спектра випромінювання. Розвиваючи ідею Планка, А. Ейнштейн (1905р.) доказав, що світло в дійсності являється потоком окремих квантів (фотонів), і на цій основі пояснив закономірності фотоефекту. Експериментальні докази існування фотона були дані  Р. Мілікеном (1912-1915рр.) і А.Комптоном (1922р.)  Відкриття нейтрино – частинки, яка майже не взаємодіє з речовиною, веде свій початок від теоретичної здогадки В. Паулі (1930р.) Експериментально існування нейтрино було доведено лише в 1953р.(Ф.Райнес і К.Коуен, США).

     З 30-х до початку 50-х років вивчення елементарних частинок було тісно пов'язано  з дослідженням космічних променів. В 1932р. в складі космічних променів К. Андерсоном було винайдено позитрон – частинку з масою електрона, але з негативним електричним зарядом. Позитрон був першою відкритою античастинкою. Існування позитрона безпосередньо витікало із релятивістської теорії електрона, розвинутої П. Діраком (1928-1931рр.) незадовго до відкриття позитрона . В 1936 р. американські фізики К. Андерсон і С. Недермейєр відкрили при дослідженні космічних променів мюони–частинки з масою в 200 мас електрона і дуже близькі до властивостей електрона і позитрона.   В 1947 р. також в космічних променях були відкриті  p⁺ и p^-мезони з масою в 274 електронні маси,  які відіграють важливу роль при взаємодії протонів з нейтронами в ядрах.

     Кінець 40-х– початок 50-х рр. 20 ст. ознаменувалось відкриттям великої групи частинок з незвичайними властивостями, які одержали назву “незвичайних”. Перші частинки цієї групи К⁺- і К^--мезони, L-, S⁺ -, S^- -, X^--гіперони були відкриті в космічних променях, наступні  відкриття незвичайних частинок були зроблені на прискорювачах. З початку 50-х р. прискорювачі перетворилися на основний інструмент для дослідження елементарних частинок. Після введення в роботу протонних прискорювачів з енергіями в мільярди разів  дозволило відкрити важкі античастинки: антипротон, антинейтрон, антисигма-гіперони. В 1960-х рр. на прискорювачах було відкрито велику кількість нестійких частинок, які отримали назву “резонансів.” Маси більшості резонансів перевищують масу протона.