Между спросом и предложением на “рынке школьного физического образования” существуют заметные противоречия: вузы заинтересованы в абитуриентах, способных применять полученные в школе знания в практических целях, умеющих обобщать, делать выводы, самостоятельно приобретать знания, но этими качествами обладают только талантливые школьники, остальные, к сожалению, проявляют их в малой степени.
Однако, если учитель ориентирует свою систему преподавания на достижение такой цели, как формирование у учеников названных качеств, то способность к творчеству будет проявляться не только у явно одаренных ребят.
Система преподавания в этом случае может опираться, например, на методический прием постановки перед учениками интересной проблемы (скажем, технической).
В процессе ее решения учащиеся приходят к необходимости выяснения основных физических понятий, поиска и получения физических законов, их применения. При таком подходе поставленная задача является мощным фактором, мотивирующими обучение. При традиционном преподавании, как правило, преобладают исторический и алгоритмический подходы к изучению явлений: обобщение и систематизация знаний учащихся проводятся на базе алгоритма изучения физической теории, и только после этого применение теории и “включаются” главные мотивирующие факторы.
Слабость материальной базы школы не позволяет организовать изучение квантовой физики по первому варианту физики, однако второй при условии генерализации содержания изучаемой теории и более тесной интеграции физики с историей физики служит развитию учащихся, так как ставит их перед необходимостью задавать вопросы и отвечать на них.
На суд участников семинара я выношу обобщающий урок по квантовой физике.
Урок состоит из четырех этапов.
Первый этап.
Совместная работа учащихся и учителя с обобщающей таблицей.
Главная задача проведения обобщающих обзоров - показать основные этапы эволюции взглядов по той или иной проблеме. При этом мало перечислить эти этапы с кратким разъяснением и комментированием сути каждого этапа, а необходимо раскрыть механизм научного познания, т.е. причины, побуждающие к выдвижению тех или иных идей, причины смены одних идей другими, методы обоснования новых взглядов, трудности, стоящие на пути утверждения новых идей.
Каждый из пронумерованных элементов таблицы является фрагментом и вариантом ответа на соответствующий вопрос алгоритма изучения физической теории (см. Приложение).
На рис. А/1(наблюдения) символически изображено нагретое тело, излучающее в широком диапазоне частот. Попытки классической физики объяснить тепловое излучение приводили к бессмысленному выводу о том, что тепловое равновесие между излучением и веществом невозможно и любое нагретое тело за очень короткий промежуток времени должно охладиться до абсолютного нуля, чего в природе не наблюдается. Соседний рисунок указывает на наличие у света корпускулярных свойств.
На рис. А/2 (эксперименты) показаны основные результаты опытов по изучению распределения энергии в спектре нагретого тела и экспериментальные установки для изучения фотоэффекта, о закономерностях которого рассказывают ученики в ходе повторения. Объяснение этих экспериментов с классических позиций приводили к неверным выводам. М.Планком была предложена квантовая теория излучения, основанная на известном постулате (рис. Б/1), согласно которому атомы теряют энергию не в непрерывном процессе, а излучают ее в виде отдельных порций – квантов. Отсюда следует, что энергия самих источников электромагнитного излучения квантуется, т. е. может принимать только дискретный ряд значений, определяемых частотой.
Квантовая теория позволила получить график распределения энергии в спектре нагретого тела, соответствующий эксперименту. Представления о кванте и корпускулярно-волновом дуализме стали основными понятиями (рис. А/3) в квантовой физике. Квант, таким образом, обладает всеми свойствами частицы, и его, как и электрон, можно моделировать шариком (рис. А/4). В показанной здесь установке фотоны в зависимости от их энергии моделируются стальными шариками разного цвета. Их значения энергии определяются тем, что они поочередно привязываются к нити и опускаются с соответствующей для каждого шарика высоты. Свободный электрон в металле, находящийся на дне потенциальной ямы, моделируется другим шариком, помещенным в положение равновесия маятника. Поведение электрона и фотона поясняет модельный опыт: если массы шариков почти одинаковы, то движущийся “фотон” полностью передает свою энергию “электрону”; получив достаточную энергию “электрон” выскакивает из потенциальной ямы и катится по горизонтальной плоскости с некоторой скоростью. Пренебрегая потерями, можно записать закон сохранения энергии для данного процесса: Е = А + Ек, который объясняет основные закономерности фотоэффекта, в том числе и существование красной границы для каждого из металлов.
Опыт, полученный физиками при изучении и объяснении свойств света не прошел бесследно, их квантовые идеи получили развитие: Луи де Бройль высказал, например, мысль, что “сосуществование” волн и корпускул, открытое А.Эйнштейном для света, должно также иметь место для всех частиц материи. Это и есть основной закон квантовой физики (рис. Б/2), обсуждаемый в школьном курсе и выдержавший проверку в экспериментах Дэвиссона - Джермера. В условиях школьного кабинета физики невозможно наблюдать дифракцию электронов, поэтому знакомлю учащихся с помощью таблицы или рисунка. Обращаю внимание учащихся на то, что формула ?=h/p имеет прямое экспериментальное подтверждение и хорошо согласуется с опытом.
Ядром квантовой теории являются соотношения неопределенностей, уравнение де Бройля, постулат и постоянная Планка (рис. Б/3).Выводы и следствия, которые вытекают из квантовой теории, отображены на рисунке. В /1.
В опытах Комптона и экспериментах по дифракции электронов была осуществлена экспериментальная проверка теории (рис. В/2) и определены границы ее применимости (рис. В/3). Завершается таблица перечислением некоторых практических применений квантовой физики (рис. В/4).
Второй этап.
После изучения физической теории переходим к обсуждению вопросов:
1. Каковы основные положения квантовой теории света?
Ответ:
а) свет может излучаться, поглощаться и
распространятся только отдельными порциями –
квантами (фотонами);
б) энергия кванта зависит от частоты и
определяется формулой: 
в) интенсивность излучения зависит от плотности
потока фотонов и их энергии;
г) при взаимодействии с веществом квант может
поглотиться целиком или отразиться целиком,
поэтому в природе нет дробных квантов;
д) процесс поглощения энергии кванта веществом
происходит мгновенно, поэтому процесс
поглощения квантов безинерционный;
2. Что называется фотоэффектом?
Ответ: явление вырывания электрона с поверхности вещества.
3. Почему выход фотоэлектронов при возникновении фотоэффекта не зависит от освещенности металла?
Ответ: при увеличении освещенности увеличивается количество фотонов, попадающих в металл, но энергия каждого фотона остается неизмененной. Выход фотоэлектронов зависит только от энергии фотона, но не от количества фотонов.
4. В чем состоит различие между внешним и внутренним фотоэффектом?
Ответ: различие состоит в том, что при внешнем фотоэффекте электроны вырываются из вещества, а при внутреннем - остаются внутри него.
5. Почему явление фотоэффекта имеет красную границу?
Ответ: Явления фотоэффекта характеризуется отрывом электронов, связанных с атомом, от атома. Для отрыва электрона от атома необходимо совершить работу. У атомов каждого химического элемента существует определенная энергия связи электронов с ядрами атомов, поэтому для отрыва электрона от атома требуется различная энергия для атомов различных веществ.
Поиск ответов на эти и подобные вопросы стимулирует к применению знаний и тем самым развивает способности ребят.
Третий этап.
Далее можно перейти к решению задач для развития практических навыков и закреплению знаний.
Задача № 1
Определите энергию, массу и импульс фотона, соответствующую наиболее длинным и наиболее коротким волнам видимой части спектра?
Решение:
Задача № 2
Для света с длиной волны 
= 500нм порог зрительного
восприятия W = 2,1*10-19Дж (м2*с).
Рассчитайте число фотонов, воспринимаемых глазом на пороге зрительного восприятия?
Решение:
Вычислим энергию одного фотона 
Число фотонов равно: 
Задача № 3
Найдите порог фотоэффекта для калия, если работа выхода А =1,32 ЭВ?
Решение:
В уравнение Эйнштейна 
Задача № 4
Определите скорость фотоэлектронов при освещении калия фиолетовым светом с длиной волны 4,2*10-7м, если работа выхода электронов 1,92ЭВ?
Решение:
По уравнению. Эйнштейна 
Задача № 5
В каком случае давление света больше: при падение его на зеркальную поверхность или на черную?
Задача № 6
Наступит ли фотохимическая реакция в веществе при поглощении им фотонов с длиной волны 500нм, если энергия активации молекулы данного вещества равна 2*10-19Дж?
Решение:
= 5*10-7м
Д = 3*10-19Дж/ мол
С = 3*108м/с
H = 6.62*10-34Джс
Е - ?
При поглощении одного фотона энергия молекулы
увеличивается на 
Если Е > Д наступит фотохимическая реакция,
если Е < Д, то она не наступит.
Вычислим Е и сравним с энергией активации Д.
Если Е > Д, то фотохимическая реакция наступит.
Четвертый этап.
Наконец, для контроля и оценки знаний учащихся провожу самостоятельную работу в два варианта.
Самостоятельная работа
1-й вариант
1. Работа выхода электронов из кадмия равна 4,08
ЭВ. Какой должна быть длина волны излучения,
падающего на кадмий, чтобы при фотоэффекте
максимальная скорость фотоэлектронов была равна
2*106м/с?
2. Сколько квантов красного излучения с длиной
волны 662 нм имеют массу 1 г?
3. Работа выхода электронов у закиси меди 5,15 ЭВ.
Вызовет ли фотоэффект ультрафиолетовое
излучение длиной волны 300нм?
2-й вариант
1. Определите максимальную кинетическую
энергию фотоэлектрона калия при его освещении
лучами с длиной волны 400нм, если работа выхода
электронов у калия равна 2,26 ЭВ?
2. Работа выхода электронов у золота равна 4,59 ЭВ.
Определите поверхностный скачок потенциала у
золота?
3. Определите длину волны ультрафиолетового
излучения, импульс кванта которого при полном
поглощении равен 3*10-27Нс?
Домашнее задание: §95,96
Моя методика изучения квантовой теории позволяет сэкономить до 40% учебного времени использовать его для решения задач и обсуждения творческих домашних заданий.
Творческие домашние задания:
1. Объясните все известные свойства света с
квантовых позиций.
2. Известно,что хорошее зеркало отражает около 50%
падающего света. Как выяснить ,чем обусловлены
потери: тем, что 20% фотонов не отражается, или тем
что каждый отраженный фотон теряет 20% начальной
энергии.
3. Выясните каковы были бы размеры атома водорода
в основном состоянии ,если бы они определялись
только гравитацией, а не взаимодействием между
электрическими зарядами.
Поиск ответов на эти и подобные им вопросы стимулирует творческий подход к применению знаний и тем самым развивает способности ребят.