ზეინაბ ხახანაშვილი...2016/04/07 · მისი პირველი რომანი «მასწავლებელი» ყველა
ირმა მგელაძე ფიზიკის და მათემატიკის...
Transcript of ირმა მგელაძე ფიზიკის და მათემატიკის...
Georgian Teachers' Programme 2015 CERN
თანამედროვე ფიზიკის სწავლების გამოწვევები და სირთულეები 1
თანამედროვე ფიზიკის სწავლების გამოწვევები და სირთულეებიირმა მგელაძე
ფიზიკის და მათემატიკის მასწავლებელი
Studium an Univestität Tbilissi, Georgien
ITP (Institut für Theoretische Physik) Universität Bern
Georgian Teachers' Programme 2015 CERN
თანამედროვე ფიზიკის სწავლების გამოწვევები და სირთულეები 2
თანამედროვე ფიზიკის სწავლების გამოწვევები და სირთულეები
• თანამედროვე ფიზიკის თემები
• კლასიკური თემების თანამედროვეობისადმი მისადაგება
• თანამედროვე ტექნოლოგიებით ფიზიკის სწავლება
• http://www.bigthink.com/videos/brian-greene-science-needs-to-be-interesting
Georgian Teachers' Programme 2015 CERN
თანამედროვე ფიზიკის სწავლების გამოწვევები და სირთულეები 3
მოსწავლეების განწყობა საბუნებისმეტყველო საგნების მიმართ
Georgian Teachers' Programme 2015 CERN
თანამედროვე ფიზიკის სწავლების გამოწვევები და სირთულეები 4
მოსწავლეების მოლოდინი
ბუნების მოვლენები ახალგაზრდების გამოდილება
ტექნიკა ყოველდღიური ცხოვრებიდან
ფიზიკისადმი ინტერესი იწყება ცხოვრებისეული გამოცდილებით
Georgian Teachers' Programme 2015 CERN
თანამედროვე ფიზიკის სწავლების გამოწვევები და სირთულეები 5
ფიზიკისადმი ინტერესი იკარგება საკლასო ოთახში
ფიზიკის გაკვეთილზე
…გამოვიყენებთ სიტყვებს, რომელიც სხვაგან არსად არ გვჭირდება…ვაკეთებთ ისეთ რამეს, რომელსაც არსად არ გაგვიკეთებია …ვხმარობთ ნივთებს, რომელიც არსად არ გვინახავს
…გადაგვყავს მოსწავლეები წარმოსახვითი რეალობაში …ავღწერთ “სინთეთიკური სამყაროს “ , მოვლენებს რომელებიც ბუნებაში თითქმის არ გვხვდება…დრო აღარ გვრჩება ბუნებრივი მოვლენების და აქტუალური თემების შესასწავლად
Georgian Teachers' Programme 2015 CERN
თანამედროვე ფიზიკის სწავლების გამოწვევები და სირთულეები 6
სკოლაში ფიზიკის სწავლების მიზანი
• მოწაფემ, რომელსაც თავის ცხოვრებაში არასოდეს ექნება ფიზიკასთან შეხება, სკოლიდან უნდა მიიღოს ამ მეცნიერებაზე და მისი კვლევის მეთოდებზე სრული წარმოდგენა (ბაზელის თეზები, 1985)
• მასალის სრულყოფილ ათვისებაზე (რომელიც ისედაც შეუსრულებელი ამოცანაა) მნიშვნელოვანია, რომ მოსწავლეებს გამოვუმუშავოთ ფიზიკისთვის დამახასიათებელი აზროვნების სტილი და ვასწავლოთ პრობლემების გადაწყვეტის მეთოდები ამ მიზნებისთვის კარგად არჩეული თემებით
Georgian Teachers' Programme 2015 CERN
თანამედროვე ფიზიკის სწავლების გამოწვევები და სირთულეები 7
Georgian Teachers' Programme 2015 CERN
თანამედროვე ფიზიკის სწავლების გამოწვევები და სირთულეები 8
• რა თემებით შევძლებთ ჩვენი მიზნების და მოსწავლეთა მოლოდინების თანხვედრას?
• რა თემები დააინტერესებს ახალგაზრდებს და მისცემს მათ საგანის არსზე სრულყოფილ წარმოდგენას?
• ფიზიკის რომელი თემებია საზოადოებისთვის მნიშვნელოვანი, რომ ახალგაზრდა მომზადებული იყოს როგორც მოქალაქე?
თანამედროვე თემების სწავლების არასაკმარისობა
• ხშირ შემთხვევაში ხდება საკითხის მხოლოდ თვისობრივი განხილვა
• მიღებული ცოდნა არ არის საკმარისი სხვა მსგავსპრობლემაზე გამოყენებისთვის
• კონტექსტზე მიბმული ცოდნა არ სცილდება კონტექსტის ფარგლებს
• გადასვლა სხვადასხვა თემებს შორის ხშირად ილუზიაა
Georgian Teachers' Programme 2015 CERN
თანამედროვე ფიზიკის სწავლების გამოწვევები და სირთულეები 9
საგნობრივი სისტემატიკის და თანამედროვე კონტექსტის სინთეზი
• კონტექსტების სწორი შერჩევა, სადაც გასაგები იქნება თემის სტრუქტურა
• მოდელების აგება და მათი სამოქმედო არეების განსაზღვრა. მოდელების აგების გარეშე ბუნების მოვლენის მეცნიერული ანალიზი შეუძლებელია
• მათემატიკური მეთოდის სწორი შერჩევა
Georgian Teachers' Programme 2015 CERN
თანამედროვე ფიზიკის სწავლების გამოწვევები და სირთულეები 10
თანამედროვე ფიზიკის თემები
• თემები, რომლებიც მიესადაგება სასკოლო პროგრამას და მოზარდთა დონეს ფიზიკის საბაზისო კურსში
• თემის დიდაქტიკური დატვირთვა
• სწავლების სირთულეები
Georgian Teachers' Programme 2015 CERN
თანამედროვე ფიზიკის სწავლების გამოწვევები და სირთულეები 11
თანამედროვე ფიზიკის თემები
• ქვანტური მექანიკა• რელატივისტური თეორია• ასტროფიზიკა• ქაოსის თეორია• ნანოტექნოლოგიები• ნაწილაკების ფიზიკა
Georgian Teachers' Programme 2015 CERN
თანამედროვე ფიზიკის სწავლების გამოწვევები და სირთულეები 12
ქვანტური მექანიკა
• ქვანტური მექანიკა ფიზიკის სასკოლო (11-12 კლასები) საბაზისო კურსის განუყოფელი ნაწილი უნდა გახდეს
• მსოფლიო ინდუსტრიის დაახლოებით მეოთხედი ქვანტური ფიზიკის პრინციპებს ეყრდნობა
• ქვანტური ფიზიკა ფუნდამენტია სხვა საბუნებისმეტყველო საგნების შესწავლისას: ქიმია, ბიოლოგია, ინფორმატიკა (ქვანტური კომპიუტერი)
Georgian Teachers' Programme 2015 CERN
თანამედროვე ფიზიკის სწავლების გამოწვევები და სირთულეები 13
ქვანტური მექანიკის თემები 1. ფოტოეფექტი
2. რენტგენის გამოსხივება
3. კომპტონის ეფექტი
4. დე-ბროილის ტალღის სიგრძე
5. იონსონის ექსპერიმენტი: ელექტრონებისინტერფერენცია
6. კორპუსკულარულ-ტალღური დუალიზმი
7. ჰეიზენბერგის განუზღვრელობისპრინციპი
8. შრედინგერის განტოლება
გამოყენება
• სენსორები
• მზის ელემენტები, ქიმიური ფოტოსინთეზი• რენტგენული დიაგნოსტიკა• კომპიუტერული და მაგნეტორეზონანსული
დიაგნოსტიკა, MRI, AFM• მონაცემთა შენახვა, ციფრული კამერა• გვირაბული ეფექტი, STM
Georgian Teachers' Programme 2015 CERN
თანამედროვე ფიზიკის სწავლების გამოწვევები და სირთულეები 14
რელატივისტური თეორია
• ახალგაზრდებში დიდი ინტერესით სარგებლობს ისეთი პარადოქსების გამო, როგორიცაა ტყუპების პარადოქსი, დროის მანქანა...
• ამას ემატება აინშტაინის პოპულარობა• შესაძლებელია ფენომენოლოგიური სწავლება, როგორც ამას
ლევ ეპშტეინი აკეთებს, ასევე ლორენცის გარდაქმნებით, რაც შედარებით რთულია
• ექსპერიმენტების ჩატარება შეუძლებელია, რაც მასალის გადმოცემას ართულებს
Georgian Teachers' Programme 2015 CERN
თანამედროვე ფიზიკის სწავლების გამოწვევები და სირთულეები 15
ასტროფიზიკა
• ასტროფიზიკა შეისწავლის სამყაროს. დიდი აფეთქება და სამყაროს გაფართოება კოსმოლოგიის სტანდარტულ თეორიას წარმოადგენს.
• ახალგაზრდებისთვის საინტერესოა კოსმოსის კვლევის ისეთი მეთოდები, როგორიც არის, მაგალითად, სპექტრალური ანალიზი. დოპლერის ეფექტის გამოყენებით და კოსმოსური გამოსხივების ფლუქტუაციებით ხდება ზუსტი დათვლები, რაც სკოლის ფიზიკის ფარგლებში სწავლებადია
• ბნელი მატერია და ბნელი ენერგია დიდ ინტერესს იწვევს მოსწავლეებში, მაგრამ მათემატიკური ფორმალიზმი და ფარდობითობის ზოგადი თეორია სცილდება საბაზისო ფიზიკის ფარგლებს
Georgian Teachers' Programme 2015 CERN
თანამედროვე ფიზიკის სწავლების გამოწვევები და სირთულეები 16
ქაოსის თეორია• ქაოსის თეორია შეისწავლის არწრფივ დინამიკურ სისტემებს.
„შეუძლია პეპელას ფრთების შეთამაშებას ბრაზილიაში, ქარიშხლის დატრიალება ტეხასში?“ (ლორენცი 1979).
• ეს თემა აჩვევს ახალგაზრდას კომპლექსურ სისტემებში ორიენტირებას, ასევე აჩვენებს თანამედროვე მეცნიერების მუშაობის მეთოდებს, საშუალებებს და საზღვრებს.
• ქაოსის თეორია კარგი მაგალითია ინტერდისციპლინური სწავლებისთვის
• საჭიროებს დიფერენციალური განტოლებების ფორმალიზმს
Georgian Teachers' Programme 2015 CERN
თანამედროვე ფიზიკის სწავლების გამოწვევები და სირთულეები 17
ნანოტექნოლოგიები
• ლოტოსის ყვავილი და ხვლიკის ფეხები ბუნების ნანო-“ტექნოლოგიებია“. ნანო სილა დღეს უკვე ყველა სანელებელში ყრია. ნანოტექნოლოგიებით სათვალის თუ სხვა მინის მოპირკეთება ჩვეულებრივ მოვლენად იქცა.
• ნანო სკალაზე მანიპულირებულ მატერიას სულ სხვა ელექტრული, ქიმიური, მექანიკური და ოპტიკური თვისებები აქვს
• ნანომეცნიერებამ სამწუხაროდ ჯერ ვერ შეაღწია საკლასო ოთახში• STM (ტუნელური მიკროსკოპი) და AFM ჩემთვის ერთადერთი
მაგალიათია სადაც ნანო მანძილებზე აჩვენებს ზედაპირის სტრუქტურას
Georgian Teachers' Programme 2015 CERN
თანამედროვე ფიზიკის სწავლების გამოწვევები და სირთულეები 18
ნაწილაკების ფიზიკა
• ნაწილაგების ფიზიკა ბოლო დროს ხშირად ხდებდა საზოგადოების ინტერესისი სფეროში. ჰიგსის ნაწილაკის „ღვთიურ ნაწილაკად“ მონათვლამ ეს ინტერესი კიდევ უფრო გააძლიერა.
• ნაწილაკების ფიზიკის და სტანდარტული მოდელის მიწოდება ახალგაზრდებისადმი არ სცილდება თვისობრივ აღწერას, რაც ამ თემის სირთულიდან გამომდინარეობს.
Georgian Teachers' Programme 2015 CERN
თანამედროვე ფიზიკის სწავლების გამოწვევები და სირთულეები 19
კლასიკური თემების თანამედროვეობისადმი მისადაგება
• გეომეტრიული ოპტიკა• სინათლის სრული არეკვლა ბოჭკოვან მინაში• ფოკუსის თვისებები სატელევიზიო თეფშებში
• ელექტროსტატიკა• მობილური ტელეფონი და რადიო ფარადეის გალიაში
• გრავიტაცია• თანამგზავრები, კოსმოსური ნაგავი• შავი ხვრელების პარამეტრების დათვლა და შედარება
ლიტერატურაში არსებულ სიდიდეებთან
Georgian Teachers' Programme 2015 CERN
თანამედროვე ფიზიკის სწავლების გამოწვევები და სირთულეები 20
კლასიკური თემების თანამედროვეობისადმი მისადაგება
Georgian Teachers' Programme 2015 CERN
თანამედროვე ფიზიკის სწავლების გამოწვევები და სირთულეები 21
კლასიკური თემების თანამედროვეობისადმი მისადაგება
Georgian Teachers' Programme 2015 CERN
თანამედროვე ფიზიკის სწავლების გამოწვევები და სირთულეები 22
რამოდენიმე ამოცანა ჩემი მომავალი წიგნიდან
Georgian Teachers' Programme 2015 CERN
თანამედროვე ფიზიკის სწავლების გამოწვევები და სირთულეები 23
თანამედროვე ტექნოლოგიებით ფიზიკის სწავლება
• ციფრული გაზომვები და ანალიზი• დადებითი მხარეები და გამოყენების შესაძლებლობები• არსებული სისტემების მოკლე მიმოხილვა
• რობოტები
• პროგრამირებადი ელექტრონიკა
Georgian Teachers' Programme 2015 CERN
თანამედროვე ფიზიკის სწავლების გამოწვევები და სირთულეები 24
ციფრული გაზომვებისა და ანალიზის დადებითი მხარე
• ყურადღების ცენტრში ფიზიკური მოვლენები ექცევა და არაგაზომვები
• კომპიუტერი თავის თავზე იღებს მათემატიკური სირთულეებს, რათა ამოცანის ფიზიკურ შინაარი უფრო ნათლად წარმოჩინდეს
• საშუალება გვეძლევა, მეტი ცხოვრებისეული ამოცანებიგამოვიკვლიოთ (მაგალითად ექსპერიმენტები ავტომობილზე.... )
• მონაცემთა ანალიზი სისტემაშივე მიმდინარეობს• მოსწავლეები ეცნობიან ექსპერიმენტების დაყენებას კომპიუტერის
დახმარებით
Georgian Teachers' Programme 2015 CERN
თანამედროვე ფიზიკის სწავლების გამოწვევები და სირთულეები 25
როდის გამოიყენება ციფრული გაზომვები და ანალიზი?
• იმ ექსპერიმეტებში, რომლებშიც პროცესები ძალიან სწრაფადმიმდინარეობს (ინდუცირებული ძაბვის გაზომვა, ბგერის სიჩქარისგაზომვა, ძალის იმპულსის გაზომვა)
• იმ ექსპერიმეტებში, რომლებშიც პროცესები ძალიან ნელამიმდინარეობს (ნახშირორჟანგის შემცველობის გაზომვა, ტემპერატურის ცვლილებაზე დაკვირვება)
• ერთი და იგივე ტიპის ექსპერიმენტის მრავალჯერ ჩატარებისას, როდესაც პარამეტრების მცირე რაოდენობა იცვლება (წრედისსხვადასხვა ელემენტებისათვის დენის დამოკიდებულებისგანსაზღვრა ძაბვაზე)
• იმ ექსპერიმეტებში, რომლებშიც პროცესები ძალიან სწრაფადმიმდინარეობს და ამვე დროს სიგნალი ძალიან სუსტია (ძაბვისგაზომვა პიეზო კრისტალებში)
Georgian Teachers' Programme 2015 CERN
თანამედროვე ფიზიკის სწავლების გამოწვევები და სირთულეები 26
არსებული სისტემების მოკლე მიმოხილვა
Georgian Teachers' Programme 2015 CERN
თანამედროვე ფიზიკის სწავლების გამოწვევები და სირთულეები 27
80 სენსორირამოდენიმე უკაბელო სენსორი
არსებული სისტემების მოკლე მიმოხილვა
Georgian Teachers' Programme 2015 CERN
თანამედროვე ფიზიკის სწავლების გამოწვევები და სირთულეები 28
65 სენსორირამოდენიმე უკაბელო სენსორი
არსებული სისტემების მოკლე მიმოხილვა
Georgian Teachers' Programme 2015 CERN
თანამედროვე ფიზიკის სწავლების გამოწვევები და სირთულეები 29
PHYWE
არსებული სისტემების მოკლე მიმოხილვა
Georgian Teachers' Programme 2015 CERN
თანამედროვე ფიზიკის სწავლების გამოწვევები და სირთულეები 30
Cassy, Leybold
არსებული სისტემების მოკლე მიმოხილვა
Georgian Teachers' Programme 2015 CERN
თანამედროვე ფიზიკის სწავლების გამოწვევები და სირთულეები 31
NODE ზომავს ტემპერატურას, წნევას, სინათლის ინტენსივობასმონაცემთა უკაბელო გადაცემა. უფასო iPhone ის App
არსებული სისტემების მოკლე მიმოხილვა
Georgian Teachers' Programme 2015 CERN
თანამედროვე ფიზიკის სწავლების გამოწვევები და სირთულეები 32
TI’s TMP006 IR MEMS ზომავს ტემპერატურას, წნევას, ჰაერისტენიანობას, აჩქარებას, მაგნიტური ველის სიძლავრეს. მონაცემთა უკაბელო გადაცემა. უფასო App iPhone ის და iPad ისთვის
არსებული სისტემების მოკლე მიმოხილვა
Georgian Teachers' Programme 2015 CERN
თანამედროვე ფიზიკის სწავლების გამოწვევები და სირთულეები 33
NI myDAQ myRIO
არსებული სისტემების მოკლე მიმოხილვა
Georgian Teachers' Programme 2015 CERN
თანამედროვე ფიზიკის სწავლების გამოწვევები და სირთულეები 34
TI პროდუქტში მონაცემთა აღება და კომპიუტერული დამუშავებაკომბინირებულია
Georgian Teachers' Programme 2015 CERN
თანამედროვე ფიზიკის სწავლების გამოწვევები და სირთულეები 35
გმადლობთ ყურადღებისთვის!
მეორე ნაწილში შესაძლებლობა გექნებათ ექსპერიმენტების ჩატარების
თმის სისქის გაზომვა ლაზერით
• მოცემული მესრით განვსაზღვროთ ლაზერის ტალღის სიგრძე
• იგივე ლაზერის სხივი გავაბნიოთ თმაზე და განვსაზღვროთ თმის სისქე
• ვაჩვენოთ, რომ გაბნევებით შეგვიძლია, როგორს ერთ განზომილებიანი, ასევე ორ და სამგანზომილებიანი სტრუქტურების აღდგენა (კრისტალოგრაფია)
Georgian Teachers' Programme 2015 CERN
თანამედროვე ფიზიკის სწავლების გამოწვევები და სირთულეები 36
პიეზო კრისტალიhttp://www.welt.de/wissenschaft/article119738185/Den-Strom-der-Zukunft-gewinnen-wir-im-Vorbeigehen.html
• ძაბვის გაზომვა ვერნიეს ძაბვის სენსორით ხელის მოჭერის დროს
Georgian Teachers' Programme 2015 CERN
თანამედროვე ფიზიკის სწავლების გამოწვევები და სირთულეები 37
L
4.5 VCELL
Q
PiezoC
• პიეზო კრისტალის გამოყენება დიოდური ნათურის ჩასართავად
სიმძლავრის მორგება მზის ელემენტზეMaximum Power Point Tracking, MPP-Tracking
• თანამედროვე ელემენტის მისდაგება ელექტროობის ამოცანაზე
Georgian Teachers' Programme 2015 CERN
თანამედროვე ფიზიკის სწავლების გამოწვევები და სირთულეები
38
არდუინო
არდუინო არის ფიზიკური პლატფორმა თავისი Soft-და Hardware ით. Hardware შედგება მიკრო-პროცესორისგან, რომელსაც ანალოგური და ციფრული შესასვლელ - გამოსასვლელი აქვს. საპროგრამო ენა არის C და C++. ასევე შესაძლებელია არდუინოს კომბინირება სხვა მსგავს სისტემებთან
Georgian Teachers' Programme 2015 CERN
თანამედროვე ფიზიკის სწავლების გამოწვევები და სირთულეები 39
რობოტები
Georgian Teachers' Programme 2015 CERN
თანამედროვე ფიზიკის სწავლების გამოწვევები და სირთულეები 40
NI labview არის გრაფიკული, ვიზუალური პროგრამირების ენა.ასევე შეიძლება C, C++ და Python ით პროგრამირება
ექსპერიმენტები ვერნიე ზონდის გამოყებებით
• ბგერის სიჩქარის განსაზღვრა ორი მიკროფონით• ინდუცირებული ძაბვის გაზომვა• კონდენსატორის განმუხტვადასასრულს მათემატიკური ქანქარის ციფრული ანალიზი
Georgian Teachers' Programme 2015 CERN
თანამედროვე ფიზიკის სწავლების გამოწვევები და სირთულეები 41