14.3. Досліди Штерна – Герлаха. Спін електрона.

В 1925 р була ств. гіпотеза про те, що валентний електрон лужного металу володіє ще одним квантовим числом – власним механічним моментом.

Розглянемо досліди Штерна і Герлаха в якому доказано, що існування спіну електрона і його просторове квантування. В досліді “холодний” атомарний водень (min енергія) пропускається через сильно неоднорідне магн. поле з індукцією В яке ств. постійним магнітом.

1S- min енергія l=0; M_L=h√ L (L +1)=0;

µ_L/M_L = -e/2mc; µ_L =0

Основний вклад в момент атоми вносить власний момент електрона. Холодний H₂ не виділяється, якщо він володіє тільки орбітальним моментом.

Дослід показує, що електрон володіє власним механічним моментом з яким зв’язаний магн. момент. Той факт, що пучок розщеплюється на 2 свідчить про те, що власний момент електрона має лише два напрямки в просторі тобто просторове квантування існує. Власний механічний момент визначається за квантовими законами. M_s =h √S(S +1) S- cпінове квантове число, його проекція на заданий напрямок M_s =± m_s ^h приймає 2S+1 значень. З дослідів Штерна і Герлаха 2S+1=2; S=1/2, М_s =h √1/2(1/2+1) = √3/2h,

m_s^h = +1/2, -1/2. Відношення магн. до механічного µ_s /M_s =-e/mc;

µ_S = -eh/mc√ S (S+1) велична

µ _S = -2µ√ S(S+1); µ_L = -eh/mc;

В зв’язку з тим, що S= ½ говорять, що володіє пів-цілим спіном, атом ядра з непарною кількістю нуклонів. Ядра з парною к-тю нуклонів мають цілий S=1. Так як власний магн. момент

µ_L = -2 S √δ(S+1); а µ_L = µ_в √L (L+1) говорять що спін володіє подвоєним магнетизмом. Магнетон Бора виступає в ролі природної одиниці магн. моменту електрона. Пояснимо на основі спіну розщеплення енергетичних рівнів. Електрон володіє орбітальним і власним моментами які утв. результуючий механічний момент електрона який визначається за квантовими законами µ_j =h √J(J+1), J- результуюче квантове число, що визначає величину результуючого механічного моменту електрона. J – може приймати значення J= L + s, L + s-1 | L - s|.

Для S-термів L =0, S=1/2, J=1/2 ;P- термів L =1, S=1/2, J= 3/2, 1/2

d- термів L =2, S= 1/2, J= 5/2, 3/2

Для Р, d термів результуюче квантове число приймає два значення, це означає що орбітальний і власний механічний моменти в цих станах по різному орієнтовані один відносно одного. З механічним моментом електрона зв’язані магн. моменти. Від їх орієнтації залежить Е взаємодії системи і атома. Терми які мають різні J мають різну Е.

Чим більше J тим ,більша Е терму. Взаємодія власного і орбітального моментів наз. спін-орбітальною взаємодією, яка приводить до розщеплення енергетичних рівнів. Терми металів позначають ² S_j=1/2 , ²P_3/2 , ²P_1/2 , ²D_5/2 , ²D_3/2 , ²F_7/2 , ²F_5/2

2 – мультиплетність. Тоді резонансна лінія головної орбіти атома зображується:

Електрони атома водню можуть володіти власним орбітальним моментом є спін-орбітальна взаємодія що повинна приводити до розщеплення енергетичних рівнів атома водню ΔΕ= α² /16 , E_i – для H₂ , α= 1/137, - постійна структура ΔΕ~10^-4 , 10^-5

14.4. На конкретному прикладі вивчення однієї з тем Вашого фаху покажіть застосування методів навчання. Доведіть їх доцільність.

Метод навчання — взаємопов'язана діяльність викладача та учнів, спрямована на засвоєння учнями системи знань, набуття умінь і навичок, їх виховання і загальний розвиток.

У вузькому значенні метод навчання є способом керівництва пізнавальною діяльністю учнів, що має виконувати три функції: навчаючу, виховну і розвиваючу. Він є складним педагогічним явищем, в якому поєднані гносеологічний, логіко-змістовий, психологічний, педагогічний аспекти. Складовою методу навчання є прийом навчання.

Прийом навчання — сукупність конкретних навчальних ситуацій, що сприяють досягненню проміжної (допоміжної) мети конкретного методу.

Чим багатший арсенал прийомів у структурі методу, тим він повноцінніший та ефективніший.

Методи навчання класифікують на загальні (можуть використовуватися в процесі навчання будь-яких навчальних предметів) і спеціальні (застосовуються для викладання окремих предметів, але не можуть бути використані при викладанні інших предметів).

За іншою класифікацією їх поділяють на: методи готових знань (учні пасивно сприймають подану викладачем інформацію, запам'ятовують, а в разі необхідності відтворюють її) і дослідницький метод (передбачає активну самостійну роботу учнів при засвоєнні знань: аналіз явищ, формулювання проблеми, висунення і перевірка гіпотез, самостійне формулювання висновків), який найбільш повно реалізується в умовах проблемного навчання.

Залежно від походження інформації виділяють: словесні, наочні та практичні методи; від мети: методи здобуття нових знань, метод формування умінь і навичок, метод застосування знань на практиці, методи творчої діяльності, методи закріплення знань, умінь і навичок, методи перевірки і оцінювання знань, умінь і навичок.

Досить розгалуженою є класифікація методів навчання за особливостями навчально-пізнавальної діяльності учнів, яку складають:

— пояснювально-ілюстративний (інформаційно-рецептивний) метод: викладач організує сприймання та усвідомлення учнями інформації, а учні здійснюють сприймання (рецепцію), осмислення і запам'ятовування її;

— репродуктивний: викладач дає завдання, у процесі виконання якого учні здобувають уміння застосовувати знання за зразком;

— проблемного виконання: викладач формулює проблему і вирішує її, учні стежать за ходом творчого пошуку (учням подається своєрідний еталон творчого мислення);

— частково-пошуковий (евристичний): викладач формулює проблему, поетапне вирішення якої здійснюють учні під його керівництвом (при цьому відбувається поєднання репродуктивної та творчої діяльності учнів);

— дослідницький: викладач ставить перед учнями проблему, і ті вирішують її самостійно, висуваючи ідеї, перевіряючи їх, підбираючи для цього необхідні джерела інформації, прилади, матеріали тощо.

Залежно від особливостей викладання та учіння, в яких поєднуються методи викладання (діяльність викладача) з відповідними методами учіння (діяльність учнів):

— інформаційно-повідомляючий метод викладання і виконавчий метод учіння. Передбачають викладання навчального матеріалу без докладного пояснення, узагальнення й систематизації, а учні — заучують його без достатнього аналізу та осмислення;

— пояснювальний метод викладання і репродуктивний метод учіння. Викладач не тільки повідомляє певні факти, але й пояснює їх, домагаючись осмислення, засвоєння учнями (учні засвоюють матеріал на рівні розуміння і запам'ятовування);

— інструктивно-практичний метод викладання і продуктивно-практичний метод учіння. Викладач інструктує учнів словесними, наочними або практичними способами, як виконувати певні практичні дії; учні за допомогою вправ відшліфовують різні уміння і навички;

— пояснювально-спонукальний метод викладання і частково-пошуковий метод учіння. Викладач частину навчального матеріалу подає в готовому вигляді, іншу частину — через проблемні завдання; учні засвоюють навчальний матеріал як за допомогою репродуктивного, так і творчого, дослідницького методу;

— спонукальний метод навчання і пошуковий метод учіння. Викладач ставить перед учнями проблемні питання і завдання, організовуючи їх самостійну діяльність; учні самостійно здобувають і засвоюють нові знання в основному без допомоги викладача.

Беручи за основу логіку побудови навчального матеріалу, розрізняють індуктивні, дедуктивні та традуктивні методи; логіку викладання — аналітичні, систематичні, аналітико-синтетичні, аналогічно-індуктивні, синтетично-дедуктивні; характеру пізнавальної діяльності — ілюстративні, продуктивні, творчі, акроматичні, катехізичні (запитальні) методи; ступінь самостійної роботи учнів у процесі навчання — подаючі методи (діяльність учнів в основному зводиться до сприймання словесної або наочної інформації), методи взаємодії викладача та учнів (наприклад, бесіда, дискусія тощо), методи самостійної роботи учнів; спосіб вирішення пізнавального завдання — емпіричні (засновані на досвіді, експерименті) і теоретичні (засновані на логічному аналізі) методи. Досить широко в педагогіці почали використовувати методи проблемного і програмованого навчання.

Так званий бінарний підхід до класифікації методів навчання, що враховує одночасно навчальну діяльність викладача і пізнавальну діяльність учнів, передбачає: методи організації і здійснення навчально-пізнавальної діяльності; методи стимулювання і мотивації навчально-пізнавальної діяльності; методи контролю і самоконтролю за ефективністю навчально-пізнавальної діяльності.

Така розгалуженість класифікаційних типів методів навчання цілком закономірна. Однак відсутність єдиної загальновизнаної системи методів спричиняє труднощі для обміну й поширення досвіду, невизначеність місця конкретного методу в різних класифікаційних системах.