Új kutatási eredmények megjelenése az oktatásban

1. Új kutatási eredmények megjelenése az oktatásban dr. Maák Pál Andor BME Atomfizika Tanszék CENTA SZAKMAI NAP – SZEGED 2010

2. Miről beszélünk - Az új kutatási eredmények értelmezése 1. Olyan elméletek, amelyek bár nem maiak, a fizikai világkép drasztikus változását eredményezték, és az oktatásban középiskoláig csak korlátozottan és elvontan jelentkeznek Speciális és általános relativitás-elmélet Kvantumelmélet Határozatlansági reláció Több dimenziós terek elmélete – Húr (Brán) elmélet Arisztotelész… Püthagorasz… Kepler…. Newton… 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 szál 3. Olyan eredmények, amelyek nagyon újak, de hatásuk, egyelőre, korlátozott, inkább szűkebb szakterületen van jelentőségük: két-foton mikroszkópia, részecske-párkeltés, Bose-Einstein kondenzátum, stb.

3. Gyakran használt, használatán keresztül is ismert Lézer Lézerdióda SOA - erősítő VCSEL Hasonló jelenségkörök vagy eszközök különböző újdonsági kategóriákba sorolhatók Példa: KrF lézer Gázlézer Szilárdtest-lézer Atto-femto- szekundumos lézer Nagyteljesítményű szilárdtest-lézer Általánosabb, régebbi, de alapvető fogalmak Sebészeti lézer Specifikusabb, de nagy gyakorlati jelentőségű újdonságok Utolsó húsz évhez kötött – legújabb fejlesztések

4. Az új eredmények lehetséges szerepe az oktatásban • Szemléletformálás • Tárgyi tudás erősítése • Tájékozódás fejlesztése • Motiváció • Szemléltető anyag • -Alkalmazási példák Fontossági sorrendben?

5. Világkép-alakítás Korán kezdjük Milyen kortól és milyen mélységig? Mennyire van rá szükség – hasznos? Szemléletformálás Egy lehetséges cél: eleve a gondolkodást úgy formálni, hogy képesek legyenek új dolgokat kreatívan meglátni, és a látható, tapintható valóság korlátait legyőzni – pl. több dimenziót, térgörbületet természetesen kezelni viszonylag kis kortól –

6. A világkép-alakítás lehetősége Jó példa: a Föld gömbölyű – ma már nagyon kis gyerekek is tudják Érdemes bevezetni ugyanezt pl. a speciális és általános relativitás-elmélet alapjaira? Alapgondolatok, amelyek már korán bevezethetők: gondolkodás-formálók A gravitáció ténylegesen görbíti a teret Az idő nem telik mindenkinek egyformán Az egyenes bizonyos körülmények között görbe A vonatkoztatási rendszerek – mindent valamihez viszonyítunk, semmi sem abszolút

7. 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. De a geometriai látókör tágításával foglalkozhatunk! Idézet a NAT-ból: Riemann felület 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.

8. Alapelv: a mérés beavatkozás, amellyel befolyásoljuk a mérendőt Alapvető gondolkodási sémák Kvantummechanikából: Létezik egzakt, tőlünk kívül álló valóság? Mérés és mérendő kapcsolata: C atom külső elektronjainak valószínű helye Valamilyen szintű valószínűségi gondolkodás egészen korán elkezdhető Középiskolában erre lehetne építeni az állapotfüggvény általános fogalmát Matematikai megalapozás? http://www.lnhatom.com/pictures.html

9. Eg4 Eg3 Eg2 Eg1 Az energia kvantálása Az anyag atomokra osztásával párhuzamosan lehet bevezetni az energia kvantálásának fogalmát is Emelők, gravitációs Energia: Kvalitatívan és kvantitatívan nagyon jó a Bohr modell csak egy ugrás a fény kvantálása és a fényrészecskék fogalma – kvantitatívan akkor, ha már beszéltünk rezgésekről, és definiáltuk a frekvencia fogalmát: n·ħ·ω Nitrogén-atom

10. Bemutatható az anyag hullámtermészete Analógia Vízhullámok interferenciája Elektron interferencia – Ehhez talán nincs meg a matematikai alap Alapesetben csak kvalitatív kép! Látható, bemutatható, elképzelhető

11. 2. Tárgyi tudás erősítése • Új kutatási eredmény bemutatása, hogy ismerjék és használni tudják • 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!

12. 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 tudom Kvantitatív 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!

13. Alapozás és felépítmény Pl. a lézer működésének és tulajdonságainak megértése mindennapos használati tárgy – CD-k, DVD-k, mutatópálcák, optikai csatolók abszorpció Erősítés lehetősége, foton-sokszorozás Alap: fény anyag kölcsönhatás indukált emisszió spontán emisszió Rezonátor szerepe – irányszelekció – geometriai optikai kép A tengellyel nem párhuzamos sugár előbb-utóbb kilép - nem erősödik Lézerfény és termikus fényforrás összehasonlítása • Fényes • Irányított • Interferenciára képes Hasonló fotonok alkotják

14. 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 elég Tankönyvi, vagy azon kívüli olvasmányok, internet-linkek elegendőek és hasznosak

15. A kutatás eredménye lenyűgözhet, imponál Megismerésre, tanulásra ösztönöz 4. Motiváció Növeli a tudomány erejébe vetett hitet!

16. 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?

17. 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 pozícióérzékelőt eredetileg játékvezérléshez

18. 6. Saját eredmények is eljutnak a diákokhoz Kutatási területek: • Akuszto- és elektrooptikai eszközök fejlesztése • femtoszekundumos lézerekhez • fluoreszcencia-mikroszkóphoz • holográfiához • anyagvizsgálathoz • -spektroszkópiához hang lézerfény • Mérőkészülékek fejlesztése • fluoreszcencia (sokféle) • dinnyeminősítő • félvezetőgyártáshoz Nyílt napok (évente) nov. 28 legközelebb - Napelemek modellezése Szökőévente egyszer a médiában Ismeretterjesztő előadások

19. Köszönöm a figyelmet!