Új kutatási eredmények megjelenése az oktatásban
DESCRIPTION
Új kutatási eredmények megjelenése az oktatásban. dr. Maák Pál Andor BME Atomfizika Tanszék. CENTA SZAKMAI NAP – SZEGED 2010. Miről beszélünk - Az új kutatási eredmények értelmezése. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
Új kutatási eredmények Új kutatási eredmények megjelenése az oktatásbanmegjelenése az oktatásban
dr. Maák Pál AndorBME Atomfizika Tanszék
CENTA SZAKMAI NAP – SZEGED 2010
Miről beszélünk - Az új kutatásieredmények értelmezése
1. Olyan elméletek, amelyek bár nem maiak, a fizikai világkép drasztikus változását eredményezték, és az oktatásban középiskoláig csak korlátozottan és elvontan jelentkeznekArisztotelész…
Püthagorasz…Kepler….Newton…
Speciális és általános relativitás-elméletKvantumelméletHatározatlansági relációTöbb dimenziós terek elmélete – Húr (Brán) elmélet
2. Az utóbbi években – évtizedekben keletkezett jelentős, nagy hatású, de nem kevésbé elméleti, de a mindennapokra nagy hatást gyakorló eredmények: pl. tranzisztor, lézer, számítógép, optikai szál3. Olyan eredmények, amelyek nagyon újak, de hatásuk, egyelőre, korlátozott, inkább szűkebb szakterületen van jelentőségük: két-foton mikroszkópia, részecske-párkeltés, Bose-Einstein kondenzátum, stb.
Hasonló jelenségkörök vagy eszközökkülönböző újdonsági kategóriákba sorolhatók
Példa:
Lézer
Gázlézer
Szilárdtest-lézer
Lézerdióda
Nagyteljesítményűszilárdtest-lézer
VCSEL
SOA - erősítő
Sebészeti lézer
Atto-femto-szekundumos
lézer
KrF lézer
Általánosabb, régebbi, de alapvető fogalmak
Utolsó húsz évhez kötött – legújabb fejlesztések
Specifikusabb, de nagy gyakorlati jelentőségű újdonságok
Gyakran használt, használatán keresztül is ismert
Az új eredmények lehetségesszerepe az oktatásban
-Szemléletformálás
-Tárgyi tudás erősítése
-Tájékozódás fejlesztése
-Motiváció
-Szemléltető anyag
-Alkalmazási példák
Fontossági sorrendben?
Szemléletformálás
Világkép-alakítás Korán kezdjük
Egy lehetséges cél: eleve a gondolkodást úgy formálni, hogy képeseklegyenek új dolgokat kreatívan meglátni, és a látható, tapintható valóság korlátait legyőzni – pl. több dimenziót, térgörbületet természetesen kezelniviszonylag kis kortól –
Milyen kortól és milyen mélységig?
Mennyire van rá szükség – hasznos?
Jó példa: a Föld gömbölyű – ma már nagyon kis gyerekek is tudják
Érdemes bevezetni ugyanezt pl. a speciális és általános relativitás-elmélet alapjaira?
A világkép-alakítás lehetősége
Az idő nem telik mindenkinek egyformán
A gravitáció ténylegesen görbíti a teret
Az egyenes bizonyos körülmények között görbe
Alapgondolatok, amelyek már korán bevezethetők:gondolkodás-formálók
A vonatkoztatási rendszerek – mindent valamihez viszonyítunk, semmi sem abszolút
A vonatkoztatási rendszer fogalmának bővítése
Einsteini gondolatkísérlet – jól megérthető és beilleszthető a világképbe
Kvantitatív magyarázat: Egy bizonyos pontig jól kapcsolható a tanult mechanikai fogalmakhoz: gyorsulás, rendszer.
A fizikai, kémiai és biológiai folyamatok időbeli viszonyainak általános fogalmakkal (sebesség, gyorsulás, erők, energia) történő leírása. A mozgás kinematikai és dinamikai leírása, a newtoni képnek mint a tudományos elemzés eszközének elfogadása.
Idézet a NAT-ból:
De a geometriai látókör tágításával foglalkozhatunk!
Riemann felület
Alapvető gondolkodási sémák
Kvantummechanikából:
Létezik egzakt, tőlünk kívül álló valóság?
Mérés és mérendő kapcsolata:
Alapelv: a mérés beavatkozás, amellyel befolyásoljuk a mérendőt
Valamilyen szintű valószínűségi gondolkodás egészen korán elkezdhető
Középiskolában erre lehetne építeni az állapotfüggvény általános fogalmát
Matematikai megalapozás?
C atom külső elektronjainak valószínű helye
http://www.lnhatom.com/pictures.html
Az energia kvantálása
Az anyag atomokra osztásával párhuzamosan lehet bevezetni az energia kvantálásának fogalmát is
csak egy ugrás a fény kvantálása és a fényrészecskék fogalma – kvantitatívan akkor, ha már beszéltünk rezgésekről, és definiáltuka frekvencia fogalmát: n·ħ·ω
Kvalitatívan és kvantitatívan nagyon jó a Bohr modell
Eg1 Eg2Eg3
Eg4
Emelők,gravitációs
Energia:
Nitrogén-atom
Elektronforrás
Ernyő résekkel
Megfigyelő ernyő
Interferencia-kép
Bemutatható az anyag hullámtermészete
Elektron interferencia –Ehhez talán nincs meg a matematikai alap
Vízhullámok interferenciája
Látható, bemutatható, elképzelhető
Analógia
Alapesetben csak kvalitatív kép!
2. Tárgyi tudás erősítése
1. Új kutatási eredmény bemutatása, hogy ismerjék és használni tudják
2. Már használt technológiai vívmány magyarázata, működésének megértése
Fel kell építeni a fizikai képet (kvalitatív vagy kvantitatív modellt)a kívánt újdonság megértéséhez – különben elfelejtik
Pl.: Olvasmány a szupravezetésről –
Fizikai képbe beépül és megmarad ha vannak alapozó mágnesség ismeretek - spin és domén fogalmának ismerete üdvös
Kísérleti tapasztalatokra is lehet alapozni – vizuális hatás – gyakorlati eredménye nagy, a fizikai megértés korlátozott
Fontos a célkitűzés, hogy milyen szinten szeretnénk megismertetni az újdonságot!
Az új eredmények megismerésének szintjei
Hallottam róla szint - tudom, hogy létezik, nem ismeretlen a szó, vagy fogalom
Használati szint – tudom, hogy létezik és megjelenik a mindennapi életemben
Kvalitatív ismereti szint - el tudom mondani, hogy működik, milyen jelenségeken alapul,
értelmezni tudomKvantitatív ismereti szint –
tudom, hogy kapcsolódik matematikailag a hozzá vezető jelenségekhez, matematikai MODELLT tudok alkotni róla
Az utolsó szint általában csak a saját szakterületre jellemző, ha az adott kutatási eredmény nem annyira alapvető, hogy mindent befolyásol, pl. újfajta számítógép
A kutatási eredmények bemutatásakor az oktatás során nagyon fontos kitűzni a célszintet!
Alapozás és felépítmény
Pl. a lézer működésének és tulajdonságainak megértése
mindennapos használati tárgy – CD-k, DVD-k, mutatópálcák, optikai csatolók
Alap: fény anyag kölcsönhatásabszorpció
indukált emisszióspontán emisszió
Erősítés lehetősége, foton-sokszorozás
Rezonátor szerepe – irányszelekció – geometriai optikai kép
Lézerfény és termikus fényforrás összehasonlítása
-Fényes-Irányított-Interferenciára képes
A tengellyel nem párhuzamos sugár előbb-utóbb kilép - nem erősödik
Hasonló fotonok alkotják
3. A tájékozódás fejlesztése
Kiigazodni napjaink információ és fogalom özönében
A cél nem a fizikai modell valamilyen szintű kiterjesztése az újdonságra (sokszor túl bonyolult), hanem valamihez kötése, elhelyezése a világban
Pl. napjaink hívószavai: fluoreszcencia mikroszkóp fekete lyuk frekvencia-fésű nanotechnológia részecskegyorsító
Pár mondatos, fizikai jellegű magyarázat elégTankönyvi, vagy azon kívüli olvasmányok, internet-linkek elegendőek és hasznosak
4. Motiváció
Megismerésre, tanulásra ösztönöz
Növeli a tudomány erejébe vetett hitet!
A kutatás eredménye lenyűgözhet, imponál
Rejtélyek, hátborzongató izgalmak
Kicsit tálalás (találós) kérdése
Milyen gyorsan hat a gravitációs erő?
Hogy lehet a semmiből részecske-antirészecske párt kelteni?
Mi van a fekete lyukon túl?
Hány dimenziós a világegyetem?
5. Szemléltetőeszközök
Új fejlesztésű eszközök, anyagok sokszor nagyon jól használhatók akár a klasszikus tananyag megismertetésére is
Számítógépes eszközök
Kísérleti berendezések
Érdekes: WiiMOTE
Tartalmaz gyorsulásmérőt és infravörös pozícióérzékelőteredetileg játékvezérléshez
6. Saját eredmények is eljutnak a diákokhoz
Kutatási területek:
-Akuszto- és elektrooptikai eszközök fejlesztése
-femtoszekundumos lézerekhez-fluoreszcencia-mikroszkóphoz-holográfiához-anyagvizsgálathoz-spektroszkópiához
lézerfényhang
-Mérőkészülékek fejlesztése-fluoreszcencia (sokféle)-dinnyeminősítő-félvezetőgyártáshoz
- Napelemek modellezéseNyílt napok (évente)
nov. 28 legközelebbSzökőévente egyszer a médiában
Ismeretterjesztő előadások
Köszönöm a figyelmet!