Η παρούσα εργασία έχει σαν στόχο να παρουσιάσει με μορφή προγράμματος
σπουδών, τους άξονες γύρω από τους οποίους ο εκπαιδευτικός θα οργανώσει την
μαθησιακή-εκπαιδευτική διαδικασία για την διδασκαλία της Φυσικής στην Γ τάξη
Λυκείου, ερμηνεύοντας τα φαινόμενα της σύγχρονης φυσικής και παρουσιάζοντας τις
τεχνολογικές εφαρμογές της, με βάση τις αρχές και τους νόμους της
κβαντομηχανικής.
Αρχικά, παρουσιάζονται τα φαινόμενα που αδυνατεί να ερμηνεύσει η κλασσική
φυσική δηλαδή, η ακτινοβολία μέλανος σώματος, το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο, το
φαινόμενο Compton, η ευστάθεια των ατόμων και προκύπτει η ανάγκη για την ,κατά
Thomas Kuhn, «Αλλαγή Παραδείγματος». Έτσι, αναπτύσσονται οι έννοιες και οι
αρχές της νέας μηχανικής του μικρόκοσμου, ο κυματοσωματιδιακός δυϊσμός της
ύλης, η αρχή αβεβαιότητας, η εξίσωση Schrödinger και η στατιστική της ερμηνεία.
Στη συνέχεια μελετώνται κάποια βασικά κβαντικά συστήματα και παρουσιάζονται οι
λύσεις της εξίσωσης Schrödinger λαμβάνοντας υπόψιν το μαθηματικό υπόβαθρο των
μαθητών της Γ’ Λυκείου. Έπειτα, εντάσσονται στη διδασκαλία της φυσικής θέματα
που διδάσκονταν στην Χημεία όπως η δομή του Περιοδικού Πίνακα, οι υβριδισμοί
στους χημικούς δεσμούς, ο απεντοπισμός των π-δεσμών στον βενζολικό δακτύλιο,οι
δυνάμεις Van der Waals τα οποία ερμηνεύονται με ενιαίες αρχές και νόμους. Από την
σωματιδιακή φυσική παρουσιάζονται τα σωματίδια ύλης, τα σωματίδια φορείς των
αλληλεπιδράσεων και τα quark ως δομικοί λίθοι των αδρονίων. Τέλος, παραθέτονται
στοιχεία της κοσμολογίας που αφορούν την δομή και εξέλιξη του σύμπαντος.
The aim of this work is to compose the main features of a physics curriculum, which
has to do with the teaching of Modern Physics in the third class of the Greek Lyceum.
There are suggested some ways that a physics-teacher could follow, to design his
lessons on two basic axes: a) the description of a number of phenomena taking place
in the micro-world and should be interpreted in the context of Quantum Theory, and
b) the outline of some applications in other disciplines of science and technology, that
have come up from the theoretical structure of Quantum Mechanics.
In the first part, there are described the most famous experiments whose results were
in contradiction with the predictions of Classical Physics: the black-body radiation,
the photoelectric effect, the atoms' stability. From these contradictions, by following
the Kuhn's views about the "paradigm change", the students are driven to the
construction of the new concepts and principles that govern the microcosm and
constitute the foundation of Quantum Mechanics. They gradually get acquainted with
the particle-wave duality of the matter, the Heisenberg uncertainty principle, the
statistical interpretation of the state-function and the Schrodinger equation. Then,
some simple quantum systems are studied, and the solutions of the corresponding
Schrodinger equations are figured out. The implications of these solutions are
discussed, by taking into account the mathematical background of the students.
In the second part, some items known from Chemistry are included in the teaching
process like the followings: a) the structure of the periodic table, b) the hybridism of
the chemical bonds, c) the non-local nature of the p-bonds in the benzene ring, d) the
Van der Waals forces. The interpretation of these phenomena is to be achieved by
following a more descriptive attitude and using a common set of principles and
concepts which have been emerged from the language of Quantum Theory.
From the part of Quantum Physics which is concerned with the elementary particles,
the photons and other carriers of interaction-processes are outlined, as well as the
quarks which are to be depicted as the building stones of the hadrons.
Finally, concerning Cosmology, some fundamental ideas about the structure and the
evolution of the Universe are presented.
Εισαγωγή στοιχείων Κβαντομηχανικής και Σύγχρονης Φυσικής στη Δευτεροβάθμια Εκπαίδευση