Διδασκαλία βασικών εννοιών Κβαντικής Θεωρίας: το πρόβλημα του ήμι-κλασικού μοντέλου δόμησης του ατόμου και το κβαντικό μοντέλο στην Δευτεροβάθμια εκπαίδευση

Teaching of basic concepts of quantum Theory, the problem of semi-classical structure of the atom and the quantum model in secondary education (Αγγλική)

  1. MSc thesis
  2. Νικολουδάκης, Δημήτρης
  3. Μεταπτυχιακή Ειδίκευση Καθηγητών των Φυσικών Επιστημών (ΚΦΕ)
  4. 28 Σεπτεμβρίου 2019 [2019-09-28]
  5. Ελληνικά
  6. 77
  7. Στεφανίδου, Κωνσταντίνα
  8. Κολιόπουλος, Δημήτρης | Σκορδούλης, Κωνσταντίνος
  9. Δομή ατόμου | Ημι-κλασσικό πρότυπο ατόμου | Κβαντικό πρότυπο ατόμου | Μοντέλο του Bohr | Ιστορικός τρόπος διδασκαλίας
  10. 78
  11. Περιέχει: Εικόνες
    • Αυτή η εργασία ασχολείται αφ’ ενός με το πρόβλημα της ημι-κλασσικής διδασκαλίας της δομής του ατόμου στο λύκειο κι αφετέρου με την πρόταση διδασκαλίας της κβαντικής δομής του ατόμου στο λύκειο. Αρχικά, γίνεται μία εισαγωγή στις θεωρίες του ατόμου της αρχαιότητας. Μετά αναλύονται οι ατομικές θεωρίες ξεκινώντας από την ατομική θεωρία του Dalton που υποστήριζε το πρότυπο της σκληρής σφαίρας μέχρι τον Rutherford που υποστήριξε το πλανητικό μοντέλο που όμως οδηγούσε στην καταστροφή του ατόμου. Για να υπερβεί την δυσκολία της αυτοκαταστροφής του ατόμου ο Bohr θεώρησε πως τα ηλεκτρόνια κινούνται σε σταθερές τροχιές γύρω από τον πυρήνα με κβαντισμένη στροφορμή ενώ αργότερα ο De Broglie θεώρησε πως η ύλη έχει κυματική συμπεριφορά. Ο Heisenberg διατυπώνει την αρχή της απροσδιοριστίας αργότερα και τέλος φτάνουμε στο ατομικό πρότυπο του Schrodinger που αποτελεί το κβαντικό πρότυπο του ατόμου. Στο δεύτερο κεφάλαιο αναλύουμε τις εννοιολογικές δυσκολίες που συναντά ο μαθητής κατά την διδασκαλία του κβαντικού προτύπου του ατόμου. Αναδεικνύουμε την σημασία του ορισμού των παρανοήσεων των μαθητών και τις κατηγοριοποιούμε ανάλογα με τους ειδικούς. Στο τρίτο κεφάλαιο προτείνω ορισμένους τρόπους μέσα από τους οποίους μπορούμε να διδάξουμε το κβαντικό πρότυπο του ατόμου στο λύκειο, κυρίως στην τελευταία τάξη του λυκείου. Αναλύω τα επιχειρήματα υπέρ της διδασκαλίας της ιστορικής εξέλιξης των πειραματισμών και των θεωριών που οδήγησαν στο κβαντικό πρότυπο του ατόμου που περιλαμβάνει την διδασκαλία του προτύπου του Bohr αναφέροντας όμως τους τρόπους μέσα από τους οποίους πρέπει να γίνει αυτό. Τέλος, η σημασία των μοντελοποιήσεων και οπτικοποιήσεων στην διδασκαλία της κβαντικής δομής του ατόμου είναι καθοριστική και σχεδόν ολοκληρωτικά απαραίτητη. Οι εκπαιδευτικοί μπορούν να χρησιμοποιήσουν να χρησιμοποιήσουν τις προσομοιώσεις του PHET. Στην Τρίτη λυκείου είναι απαραίτητο η κβαντική χημεία στο μάθημα της χημείας να διδάσκεται παράλληλα με την κβαντική φυσική στο μάθημα της φυσικής είτε γενικής παιδείας είτε κατεύθυνσης. Στο τέταρτο κεφάλαιο παρουσιάζεται ένα σενάριο διδασκαλίας με βάση τις προσομοιώσεις του PHET ενώ στο πέμπτο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα συμπεράσματα που προσανατολίζονται προς τον ιστορικό τρόπο διδασκαλίας του ατόμου.
    • This paper deals with the problem of teaching of the semi-classical and quantum structure of the atom as well as with the educational suggestion for the lessons about quantum structure of the atom in high school. For start, an introduction to atomic theories is done of ancient times. Then, the atomic theories of Dalton to Rutherford who supported the model of planets but it lead to the destruction of the atom. To overcome this difficulty, Bohr consider that the electrons of the atom move in steady orbits with quantified rotational. Later, De Broglie consider that the matter has wave behavior. Heisenberg writes about the uncertainty principal and we lastly find Schrodinger who writes about the quantum model of the atom. At the second chapter we analyze the conceptual difficulties of students when they are taught quantum atom. The importance of misconceptions is big and we categorized the misconceptions as far as experts think. At the third chapter I suggest certain ways from which we can teach the quantum model of the atom in high school, mostly at the third grade. I support historic teaching of the atom and the theories which lead to quantum atom which involves the teaching of Bohr’s model and I analyze the ways we should teach Bohr’s model. The importance of ICT for teaching the quantum structure of the atom is fundamental and important. The best way for students to learn is through 3-D visualizations but teachers can also use PHET visualizations. Lastly, at third grade, the lesson of quantum chemistry must be taught along with physics of quantum atom. At the fourth chapter I present a teaching scenario based on simulations with PHET and at the fifth chapter I write the conclusion of this paper where I highlight the historical teaching of the atom.
  13. Items in Apothesis are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.