Вступ. 
Комп'ютерне забезпечення вивчення фізики

Впровадження нових технологій у навчальний процес сприяє всебічному розвитку й формуванню світогляду учнів, студентів. Сучасний розвиток інформаційних технологій дає можливість застосовувати їх на уроках фізики як в основній школі так і в університеті.

Фізика — наука експериментальна, для її вивчення необхідно використовувати досліди. Добре відомо, що курс фізики включає розділи, вивчення і розуміння яких вимагає розвиненого образного мислення, уміння аналізувати, порівнювати. Насамперед мова йде про такі розділи, як «Ядерна фізика» і «Квантова фізика» і ін. Багато явищ в умовах фізичного кабінету не можуть бути продемонстровані, виникають значні труднощі при постановці та виконанні демонстраційних дослідів з розділів, які пов’язані з неможливістю спостерігати без спеціальних приладів і необхідних умов для їх здійснення. В результаті учні, студенти зазнають труднощів при вивченні цих тем, оскільки не взмозі їх уявити. Частковим рішенням цієї проблеми є моделювання дослідів на комп’ютері, так звана комп’ютерна підтримка вивчення складних тем та дослідів квантової фізики.

Комп’ютер може не лише створити модель таких явищ, а й дозволити змінювати умови протікання процесу, «прокрутити» із оптимальною для засвоєння швидкістю. Найдоцільнішим є використання комп’ютерної моделі для демонстрацій під час пояснення нового матеріалу, розв’язування практичних задач. Найбільш фундаментальними дослідами квантової фізики є досліди Резерфорда, Франка і Герца, Штерна і Герлаха, ефект Комптона, фотоефект. Дуже важливими у ядерній фізиці є дослідження радіоактивності, ядерних реакцій та ядерного реактора.

Краще і простіше, а також наочніше показати, як електрон за моделлю Бора перескакує в атомі з орбіти на орбіту, що супроводжується поглинанням чи випромінюванням кванта, ніж пояснювати це за допомогою дошки і крейди. А якщо взяти до уваги те, що ця модель дає можливість одночасно показати переходи електрона й на інші орбіти в динамічному режимі роботи електронних рівнів і вигляд спектральних ліній, тоді стає зрозумілим, що подану демонстраційну модель неможливо забезпечити іншими засобами., або дослід Резерфрда по бомбардуванню альфа-частинками тонких металевих пластинок, показує як альфа частинки розсіюються в речовині,і в результаті Е. Резерфорд припустив, що атом має складну будову, схожу на Сонячну систему: всередині його міститься позитивно заряджене ядро, навколо якого обертаються електрони.

На сайті нашого університету є розроблений навчально-методичний посібник «Квантова фізика» автор Соколенко О.І. В якому розглянуті всі розділи квантової фізики:квантові властивості випромінювання, хвильові властивості мікрочастинок, будова атомів, фізика атомного ядра, елементарні частинки. У кожному з цих розділів коротко розглянуті основні питання теорії, подані основні формули з розділу і методичні вказівки щодо розв’язування задач, а також наведені приклади типових задач.

Практика показала що цей посібник має широкий спектр використання як студентами так і магістрантами нашого ВУЗу, для більш ефективного використання навчального посібника була необхідність доповнити його комп’ютерними демонстраційними матеріалами анімаціями, візуалізаціями та відео фрагменти явищ, що і будо виконано в даній роботі.

Всі демонстраційні матеріали було апробовано при викладанні квантової фізики в «ДНЗ Одеський професійний ліцей морського транспорту» і в «Південноукраїнському національному педагогічному університеті імені К.Д. Ушинського» на 4 курсах спеціальності «фізика менеджмент», а також на асистентській практиці з фізики магістрантами. Як показали результати контролю якість і упішність знань підвищилась на 3%-6%.

Я вважаю що тема моєї магістерської роботи є актуальною.

Метою даної магістерської роботи є забезпечення вивчення квантової фізики використовуючи засоби комп’ютерного моделювання, обґрунтування необхідності використання комп’ютерних моделей при вивченні фізики.

Об'єкт дослідження: Забезпечення навчального процесу з тем квантової фізики з використанням засобів комп’ютерного моделювання.

Предмет дослідження: Форми, методи та засоби реалізації вивчення квантовоъ фізики за допомогою комп’ютерного моделювання.

Гіпотеза дослідження використання комп’ютерного моделювання при викладанні квантової фізики повинно підвищити ефективність і якість засвоєння знань формування відповідних умінь та навичок. Відповідно до предмету і гіпотези дослідження були визначенні його конкретні завдання:

• 1. Провести аналіз літературних джерел, наукових праць, статей з питання використання комп’ютерних моделей при викладанні фізики.
• 2. Розглянути психолого-педагогічні аспекти ефективного використання комп’ютерного моделювання при викладанні фізики.
• 3. Розробка методичних рекомендацій, щодо використання комп’ютерного моделювання.