Курс «Квантовий осцилятор»

Проєкт «Квантовий осцилятор» — дивовижна історія. Ідея опанувати з учнями 11-го класу квантовомеханічний підхід до описання принципу роботи маятника взагалі фантастична. Це дуже складно, і водночас дуже цікаво.

В шкільному курсі фізики наприкінці 11 класу є тема «квантова фізика», яка ставить перед вчителем складну задачу: обійтися байками чи взагалі її пропустити. Чому? Тому, що рівень «профі» у квантовій механіці недосяжний для старшокласників (так вважалося до цього курсу) і, якщо чесно, для шкільних вчителів фізики теж.

Учні Базису з задоволенням прослухали байки та страшилки, на скільки там все складно, і сказали «Складно? А ми спробуємо!» Так народилася ідея курсу «Квантовий осцилятор». Ініціатором цього курсу став вчитель фізики та співзасновник школи «Базис» Олександр Триліс. А реалізувати цей проєкт вдалося завдяки:

  • нашим старшокласникам, які не побоялися цієї складної теми та готові були із зацікавленням сприймати й виконувати усі необхідні завдання;

  • аспірантам Інституту ядерних досліджень НАН України, які здатні доступно та цікаво розповісти про квантовий осцилятор;

  • школі «Базис», яка на своїй базі змогла це все організувати

Коли ми запитали Олександра Триліса, навіщо учням опановувати такий складний курс, то він замислився і відповів: «Що це дасть учням важко сказати. Ніхто нічого подібного не робив раніше. Гадаю, у світі більше нема підлітків їхнього віку, які розуміють, як працює квантовий осцилятор. Наші учні спробували справжню науку на смак. Це допоможе їм визначитися чим займатися надалі, і якщо це буде фізика, то вони точно будуть на кілька кроків попереду від своїх друзів!»

Курс «Квантовий осцилятор» складається з 10 занять. Запис усіх зустрічей можна переглянути нижче (якщо не боїтеся за свій розум, бо квантова механіка то не іграшки).


Курс «Квантовий осцилятор»
1. Передісторія квантової механіки. Хвиля де Бройля
2. Хвильова функція. Основні принципи квантової механіки. Принцип суперпозиції
3. Середні значення координат та імпульсу. Невизначеність Гайзенберга
4.1. Диференціальні рівняння
4.2. Диференціальні рівняння
5. Матриці. Транспоновані, спряжені, обернені, ермітові матриці. Добуток матриць. Власні функції та власні значення
6. Оператори фiзичних величин. Власні функції та власні значення операторів та їх фізична інтерпритація. Властивості власних функцій і власних значень ермітових операторів.
7. Механіка Ньютона. Механіка Лагранжа. Механіка Гамільтона.
8. Хвильове рівняння. Рівняння Шредінгера. Закон збереження ймовiрностi. Рiвняння неперервностi
9. Гармонічний осцилятор. Хвильовий підхід
10. Проходження частинки крізь потенціальний бар'єр
Відгуки учнів:
Михайло Сегеда: На курсі "Квантовий осцилятор", проведеному студентами Інституту ядерних досліджень, матеріал було представлено зрозуміло для мого рівня сприйняття. Це дуже важливо, оскільки тематика складна й потребує високого рівня математичної підготовки. Я дізнався багато нового про квантову фізику та осцилятор, зрозумів основні концепції курсу. Крім того, проєкт допоміг мені покращити мої математичні навички, зокрема у розв'язуванні диференціальних рівнянь та роботі з матрицями.
Микита Голубецький: Цей курс був реально складний для розуміння, особливо математика. Але при цьому на всі питання які в мене виникали, мені давали обширні відповіді. І було реально цікаво коли розповідали щось крім матан (останній урок в цьому плані був особливо цікавим).
Відгуки аспірантів:
Олександр Куцик: Дуже вдячний за надану можливість провести педагогічну практику. Дуже задоволений рівнем підготовки учнів. Здивувало те, що є старшокласники, які цікавляться квантовою фізикою. Сподіваюсь, що отримані знання знадобляться їм у майбутньому.
Володимир Клавдієнко: Дякую вам за надану можливість викладати у майбутніх абітурієнтів, це був цікавий для мене досвід. Загалом мені все сподобалось, учні проявили себе уважними, кмітливими та досить розумними. Іноді задавали питання на які важко відповісти одразу. Думаю цей проект був корисний як для мене, так і для учнів.
Микола Зарицький: Аудиторія мене приємно вразила своєю щирою зацікавленістю, високим рівнем знань та відкритістю до комунікації. Вибір теми, думаю, теж вплинув на процес, оскільки квантова механіка це дійсно цікавий, та певною мірою "містичний" напрям фізики, який захоплює та заворожує. Я намагався подати інформацію так, як би мені самому було цікаво слухати. Де треба, "душну" математичну частину, а де відокремити саму фізичну суть та "філософію". Це було круто!
Я щиро вдячний усім за таку можливість та крутий досвід!
Фотогалерея