CC BY
11
Scientific journal PHYSICAL AND MATHEMATICAL EDUCATION
Has been issued since 2013.
Науковий журнал Ф1ЗИКО-МАТЕМАТИЧНА ОСВ1ТА
Видасться з 2013.
http://fmo-journal.fizmatsspu.sumy.ua/
Повар С.В. Алгоритми цикл'в створення ф'!зичних теорiй як зааб актив'&ацИ' науково-досл'дноf самостйноfроботи студент'в. Ф'!зико-математична освта. 2018. Випуск 3(17). С. 79-82.
Povar 5.V. Algorithms Of Cycle Of The Creation Of Physical Theories As A Means Of Activation Of Scientific And Researching Self-Working Students. Physical and Mathematical Education. 2018. Issue 3(17). Р. 79-82.
DOI 10.31110/2413-1571-2018-017-3-014
УДК: 378
С.В. Повар
ДВНЗ «Криворiзький нацональний ушверситет», Укра/на
sv.povar@bk.ru
АЛГОРИТМИ ЦИКЛ1В СТВОРЕННЯ Ф1ЗИЧНИХ ТЕОР1Й ЯК ЗАС1Б АКТИВ1ЗАЦИ НАУКОВО-ДОСЛ1ДНО1 САМОСТ1ЙНО1 РОБОТИ СТУДЕНТ1В
Анотац'я. Матер'юл статт'1 мае конструктивно-пошуковий характер i стосуеться доповнень методологи орга^зацп науково-досл'дницькоf самостйноf роботи студент'!в (НДСРС). Спираючись на проведений автором анал'!з процедур створення ряду ф'!зичних теорш з точки зору послiдовностi процеав iнтеграцii'знань, виокремлено два види цикл/'в науково/ творчост'1 та побудовано fx схеми - алгоритми. Алгоритми цикл'!в науково/ творчост'1 (ЦНТ) виокремлюють найважлив'шi ланки науково/ творчост'1 та показують iх зв'язки i роль у ход'1 науково/ роботи, допомагають студенту усв'домити класифiкацiю метод'!в наукового досл'дження у ф'1зиц'1 та посл'довн'сть fx застосування у конкретнш науково-досл'днш робот'1, а також усв'домити оргашчну еднсть циклу науково/ творчост'1.
Алгоритми цикл'!в формування ф'зичних теорш (цикт'в науково/ творчост'1) як ущльнення iнформацii'можуть слугувати в'!зуальним стимулюючим орiентиром у творч'ш самостшнш роботi.
У статт'1 також наводяться приклади з iсторп ф'!зики: 1) створення Альбертом Ейнштейном спе^ально/ теорИв'дносност'1 (СТВ) на основi вже iснуючих на початку двадцятого столiття експериментальнихфакт'!в (тобто демонструеться узгодження з алгоритмом цикл'!в науковоf творчост'1 першого виду); 2) створення Альбертом Ейнштейном загально/ теорП'в'дносност'1 (ЗТВ) (теори тяжiння)завдяки„мисленному експерименту", вдалому вибору математичних метод'в та iнтеграцii' математичних знань (узгодження з алгоритмом цикл'!в науково! творчост'1 другого виду). Автором анал'зуються передумови створення цихтеорй. Наведенiприклади м'!стять iнтелектуально-емоцiйнi моменти i зв'язки, як позитивно впливатимуть на формування особист'!снихякостей науковця.
Запропонований аспект подання алгоритм'!в цикл'в науково/ творчост'1 допоможе студенту створити прообраз науково/ д'тльност'!, усв'домити класиф'ка^ю метод'в наукового досл'дження, /х застосування на р'зних етапахроботи, спонукатиме до самоосв'ти, до самовдосконалення.
Ключов! слова: iнтеграцiя знань, фiзична iнтуi'цiя, модель, цикл творчост'1, самост'йна робота.
Постановка проблеми. На сучасному етат розвитку сусптьства головною метою процесу ocBi™ стае розвиток творчо''' особистосп, а набуття знань, умшь, навичок - засобом цього розвитку.
Навчити творчост неможливо, але можна створити умови, як сприятимуть формуванню i розвитку творчо''' особистосп.
У вищих навчальних закладах стимулювання i мотива^я навчання та «вивтьнення» творчих здiбностей студента посилюються шляхом постановки перспектив та орiентирiв у самостшнш робот студенев i, зокрема, у науково-дослщницько!' самостшно''' роботи студенев (НДСРС). Розробляються необхщы методичн рекомендаций Дослщницька дiяльнiсть студента зазвичай розпочинаеться з розгляду чуттево-конкретно! дшсносп, в той час як навчальна дiяльнiсть розпочинаеться з розгляду загально!' основи те''' чи шшо''' закономiрностi, видтено!' шшими дослщниками.
З метою вивчення свого об'екта або вироблення нового знання в науц використовуеться перенесення методiв i мови з шшо''' науки. 1нтегращя наукового знання - процес взаемопроникнення фактв, мови, принцитв, наукових методiв та прийомiв рiзних наук. Зараз поняття штеграцп широко використовуеться для характеристики науково' дiяльностi.
Для визрiвання готовност студента до написання самостшно''' роботи потрiбен деякий час. Але щоб за цей час у студента не пропав штерес i бажання, щоб робота активiзувалась, потрiбно поновлювати тематичнi зв'язки свiдомостi з пщсвщомктю [2, с.44]. На нашу думку, одним iз збудникiв таких зв'яз^в може слугувати показ алгоритмiв цикл'!в науковоf творчост'1 (у статт наводиться авторська розробка). Вони будуть орiентиром планування i ходу самостшно''' роботи,
ISSN 2413-158X (online) ISSN 2413-1571 (print)
допомагатимуть студенту усвщомити класифта^ю методiв наукового дослiдження, 'х застосування на рiзних етапах роботи.
Аналiз актуальних джерел. У науково-методичнiй лiтературi, як показуе огляд, наводиться виокремлення творчих робп- двох спрямувань - робп-, де передбачаеться зумовлення переходу вщ дослiду до теорп та робп- з переходу в^д теори до дослiду. У першому випадку дослщжуеться конкретне явище, якому по™ треба дати наукове пояснення, сформулювати нову закономiрнiсть. У другому випадку через лоты мiркування та математичн викладки вiдшлiфовуеться формулювання певного ефекту, створюеться нова закономiрнiсть, i треба знайти тдхоже фiзичне явище, яке можна було б використати для одержання заданого ефекту (за В.Г.Разумовським) [4, с.6].
Закономiрностi й мехаызми творчого процесу сьогоднi проаналiзованi далеко не повыстю, вiдповiднi дослiдження тривають. За Я.О. Пономарьовим, функuiонування мехаызму творчостi проходить чотири фази, а саме: 1) лопчного аналiзу проблеми (задачО - використання наявних знань, виявлення потреби в новому; 2) Ыту'(тивного розв'язання - задоволення потреби в новому знаны; 3) вербалiзацN штутивного рiшення; 4) формалiзаuií нового знання - формулювання лопчного ршення [3, с. 328].
Доцтьно буде визначити також послiдовнiсть проuесiв Ытеграцп знань у створеннi фiзичних теорй
Мета статтi: розробити доповнення методичних рекомендацш з виконання науково-дослiдниuькоí самостшно''' роботи студентiв, звiвши основнi закономiрностi iнтеграuiйних проuесiв у створеннi фiзичних теорiй до алгоритмiв для демонстрацп 'х як uiлiсних конструкuiй.
Методи дослщження. Для досягнення поставлено' мети дослщження застосовано комплекс теоретичних методiв: анал'з систематиза^я, узагальнення праць впчизняних i закордонних дослiдникiв щодо науково' творчостi задля визначення закономiрностей i механiзму творчого процесу та послщовносп проuесiв iнтеграиií знань у створенш фiзичних теорiй; метод абстрагування, анал'!зу i синтезу - для видтення окремих ланок ЦНТ та виявлення 'х властивостей; логiчно-аналiтичнi методи (дедук^я та 1'ндукц1'я) - для показу причинно-наслщкових зв'яз^в у запропонованих алгоритмах ЦНТ; в'!зуальш (графiчнi) методи - створення алгоритмiв для наочно' демонстрацп функцюнування механiзму науково'' творчостi.
Виклад основного матертлу. Якщо детально проаналiзувати процедуру формування тiеí чи Ышо'( фiзичноí теорГ'' з точки зору послщовносп проuесiв iнтеграиií знань, то можна виокремити цикли формування фiзичних теорiй (цикли науково' творчостi) двох видiв.
Перший вид циклу в нашому баченнi поданий алгоритмом, зображеним на рисунку 1. Розпочинаеться творчий цикл з дослщу, з експериментальних фак^в (ланка 1). Далi вщбуваеться iндуктивний перехiд (ланка 2) вщ узагальнення дослiдних фактiв до плану побудови абстрактно'' фiзичноí моделi через Ытегращю елементiв рiзногалузевих базових знань. Цей перехщ вiдбуваеться iнтуíтивно (Ысайт), блискавично, як „осяяння", як „божа ккра", i вже потiм виливаеться в лопчну схему побудови абстрактно'' фiзичноí моделi (ланка 3). З прийнято'' моделi аналiтичним шляхом поступово йде вивiд наслiдкiв (ланка 4). Це дедуктивний перехд iнтеграuiя внутр^алузевих знань. Одержанi наслiдки (ланка 5) разом з моделлю утворюють теорю яка потребуе пiдтвердження. Пошуки плану експериментально' перевiрки теорГ'' вiдбуваються на фон iнтеграuií мiжгалузевих знань (ланка 6). Цей перехщ в^д теори до експерименту теж вiдбуваеться стрибкоподiбно (як i ланка 2) i далi включаеться в певну лопчну схему експеримен^в (ланка 7), як повиннi пiдтвердити iстиннiсть наслiдкiв, ^ отже, придатнiсть абстрактно' моделi для пояснення дослщжуваного фiзичного явища. Новi експериментальнi факти (якщо вони з'являються) ведуть до уточнення теори (ланка 8). У разi потреби пщлягае змiнi м основа - змЫюеться вхiдна абстрактна модель. Нова теорiя функuiонуе, включаеться до нових знань (ланка 9).
Рис. 1. Алгоритм циклу науковоТ творчосп (перший вид)
Коли нова щея перемогла, вона стае старою. При появi новоТ ^деТ та формуванн нового знання включаеться i старе знання в ущтьненому та пiдпорядкованому виглядi.
Другий вид циклу науковоТ творчостi подано алгоритмом, зображеним на рисунку 2. Початком i опорою циклу творчосп е маыпуляцп з математичним об'ектом, „мисленний експеримент" (ланка 1). Завдяки вдалому вибору математичних методiв (ланка 2) та Ытеграцп математичних знань у науковця виникають iнсайти (ланка 3) i створюеться формальна (математична) модель (ланка 4). Завдяки Ытеграцп фiзико-математичних знань (ланка 5) формуються наслiдки з математичноТ моделi (ланка 6), яким по™ надають певного фiзичного змiсту (мiжпредметна iнтеграцiя) та вщшукують фiзичнi пiдтвердження теорп (ланка 7). З появою пiдтвердження (ланка 8) нова теорiя включаеться до нових знань (ланка 9).
Такому алгоритму пщлягае, зокрема, створення загальноТ теорп вiдносностi: не було ыяких фактiв, якi б вказували на необхщысть ТТ створення; роль вхщного пункту дослiдження А. Ейнштейна в^гравала математика. Лише пiзнiше вдалося установити три емп/'ричних факти: 1) викривлення св™ового променя поблизу великих мас, 2) змЩення перигелiю Меркурiя та 3) „червоне змщення". 1х виявилось достатньо, щоб визнати загальну теор^ вiдносностi як бiльш адекватну гравп^ацмну теорiю, нiж теорiя Ньютона. (Стосовно факту 1 слщ зауважити, що у 1962 роцi група вчених зробила висновок за Ышими результатами рiзних затемнень, що через труднош^ не варто робити такi замiри). Розглянутий метод дослiдження одержав назву „математичноТ ппотези". Вiн е загальним для ваеТ теоретично' фiзики.
Рис. 2 Алгоритм циклу науковоТ творчосп (другий вид)
Як бачимо, алгоритми ци^в науковоТ творчосп можуть бути досить простими. А ось робота самого мозку людини - надто складна i поки що не пщдаеться алгоритмiзацiТ. Коли людина обмiрковуе певну проблему, що потребуе творчого ршення, то включаеться в роботу не ттьки свщомкть, а й пщсвщомкть, яка е бiльш потужною. Але пщсвщомкть може легко перемикатись на шшл питання, хоч це i не бажано! [2, с.47]. Ми переконанi, що доцiльно буде ознайомити студенев з алгоритмами ци^в науковоТ творчостi. Коли у зоровм пам'ятi студента буде знаходитись зразок алгоритму, то це позитивно вплине на пщтримання чи вщновлення тематичних зв'язкв свiдомостi з пiдсвiдомiстю, пщсилюючи психологiчне налаштування студента на виконання науково-дослщноТ самостiйноТ роботи.
Пропонуемо порiвняння передумов створення спец!ально! теорИв1дносност1 (СТВ) i загально/ теорИв1дносност1 (ЗТВ). На межi 19 - 20-го столпъ з розвитком технти експериментiв з'явилися факти, не пояснюван з позицiй класичноТ фiзики Галтея - Ньютона. Потрiбнi були новi принципи, нова теорiя вiдносностi. На основi цих експериментальних фактiв була створена СТВ Г. Лоренцом, А. Пуанкаре, А. Ейнштейном. У 1905 роц Ейнштейн сформулював ТТ найбтьш просто (на 30 сторiнках журналу), без урахування ефiру. Математичний апарат додав Г. МЫковський у 1908 роцк СТВ розширюе класичну ТВ на випадки великих швидкостей, сумiрних зi швидкiстю свiтла, на електромагнпн та оптичнi явища.
«Якби не Ейнштейн сформулював спещальну теорiю вщносносп, то нема сумнiву, що ця теорiя незабаром була б створена Ышими фiзиками. Пуанкаре був одним iз тим, хто майже пщшшов до неТ. У своТй знаменнш промовi, виголошенiй у 1904 роц^ Пуанкаре передвiстив виникнення «зовам новоТ механти», у якiй нiяка швидккть не може досягти швидкостi свгтла... Буде встановлено принцип вiдносностi, за яким закони фiзичних явищ повинн бути однаковими незалежно в^д того, чи у спокоТ спостерiгач, чи знаходиться у рiвномiрному прямолiнiйному руа» [1, с. 82].
«1з загальною теорiею вiдносностi положення зовсiм Ыше. Вона була ... прекрасною несподiванкою, роботою дивовижноТ орипнальносп... Якби не народився Ейнштейн, то нема сумыву, що ЫшМ вченi могли б дати фiзицi таку теорiю, але ттьки через столггтя чи бтьше» [1, с. 83].
Що ж спонукало Ейнштейна на такий подвиг? Як зазначалось вище, ыяких опорних експериментальних фактв не було. Ейнштейн розумiв, що осторонь вщ СТВ залишився закон всесвiтнього тяжiння Ньютона, що треба узагальнювати СТВ так, щоб було включено прискорений рух систем вщлшу, Ыер^ю i тяжiння. £ проблемна ситуацГя i е ряд керуючих iдей. Ось деякi з них:
- математичн iдеí використовуються замкть дослiдних даних;
- новi знання не повинн вступати у протирiччя з теорiею Ньютона;
- при змшГ системи вiдлiку рiвняння повинн перетворюватись за певними законами;
- якщо у теорГ'' тяжiння Ньютона фГгуруе тiльки маса, то у ЗТВ поле тяжшня повинно визначатися масою, енерпею та Гмпульсом матери у даному просторк
ВГдшукуються вщношення мГж вГдомим i невiдомим, вщшукуються методи i засоби, вiдпрацьовуеться стратепя розв'язання проблеми. Тривалий час за участ пГдсвГдомостГ рiшення визрiвае. Протягом 10 роюв Ейнштейн будуе ФГзику поля, справедливу для будь-яких систем вщлшу. У нГй геометрiя 4-вимГрного простору-часу визначаеться розподГлом мас. Замкть закону тяжГння Ньютона з'являються тензоры диференцГальн рГвняння.
«Десь там був цей величезний свп-, що кнував незалежно вГд нас, людей, i сто'ть перед нами як величезна вiчна загадка. Вивчення цього свГту манило як визволення...» - читаемо в «Автобiографiчних записках» Ейнштейна. Як бачимо, вчений творить себе своМи д'ями!
Висновки. У людиш закладена потреба до тзнання i творчостГ. I обов'язок людини та сусптьства - пiдтримати й активiзувати прояви творчостГ. Формування творчо' особистост - головний компонент системи освти.
У вищих навчальних закладах сформован методологГ'' поеднання навчального процесу з науково-дослщницькою роботою студентГв. ЗапропонованГ у статт алгоритми ЦНТ можуть принаймш послугувати додатком до Гснуючих методичних рекомендацГй з виконання науково-дослГдних робГт у ВНЗ (а також у СШ i МАН), оскГльки цГ алгоритми допомагають усвГдомити поняття творчостГ, Ытеграцп знань, циклГв науково'' творчостГ та 'х видГв; будучи сприйнятГ зоровою пам'яттю як цГлГсний образ, вони стимулюють повторы пщключення свщомост до пГдсвГдомостГ - поновлюють творчу роботу; пщкртлення алгоритмГв ЦНТ прикладами з ГсторГ'' фГзики заражатиме студентГв пафосом роботи науковця.
Таким чином, запропонований аспект подання алгоритмГв циклГв створення фГзичних теорГй можна вважати засобом активГзацГ'' науково-дослщницько''' самоспйно''' роботи студентГв, оскГльки це подання допомагае студенту створити прообраз науково'' дГяльносп, творчо' самостГйностГ, вибрати шляхи розв'язання проблеми та поповнити запас знань, зайнятись самовдосконаленням.
Список використаних джерел
1. Гарднер М. Теория относительности для миллионов. Перевод с англ. Москва: Атомиздат, 1967. 192 с.
2. Лавров С. Творчество и алгоритмы. Наука и жизнь. 1985. №3. С. 40-49.
3. Психолопя: Шдручник для ВНЗ / за ред. Е.Л. ТрофГмова. Ки'в: Либщь, 2001. 561 с.
4. Разумовский В.Г. Творческие задачи по физике в средней школе. Москва: Просвещение, 1966. 155 с.
References
1. Gardner M. The theory of relativity for millions. Translation from English. Moscow: Atomizdat, 1967. 192 p.
2. Lavrov S. Creativity and algorithms. Science and Life. 1985. №3. P. 40-49.
3. Psychology: Textbook for Higher Educational Institutions / by editing E.L. ТгоА|г^а. Kiev: Lybid, 2001. 561 p.
4. Razumovsky V.G. Creative tasks in physics in high school. Moscow: Enlightenment, 1966. 155 p.
ALGORITHMS OF CYCLE OF THE CREATION OF PHYSICAL THEORIES AS A MEANS OF ACTIVATION OF SCIENTIFIC AND RESEARCHING SELF-WORKING STUDENTS
S.V. Povar
State institution of higher education «Kryvyi Rih National University», Ukraine Abstract. The material of the article is structurally exploratory and concerns the additions to the methodology of the organization of research and development of independent work of students (RDIWS). Based on the author's analysis of procedures for the creation of a number of physical theories in terms of the sequence of knowledge integration processes, two types of cycles of scientific creativity are identified and their algorithms are constructed. Algorithms of the cycles of scientific creativity (CSC) distinguish the most important links of scientific creativity and show their connections and role in the course of scientific work, help the student to understand the classification of methods of scientific research in physics and the sequence of their application in a particular research work, as well as to realize organic unity cycle of scientific creativity.
Algorithms of cycles of formation of physical theories (cycles of scientific creativity) (as a compaction of information) can serve as a visual stimulating benchmark in creative independent work.
Examples from the history of physics are also given in the article: 1) the creation of a special theory of relativity (STR) by Albert Einstein on the basis of experimental facts already existing at the beginning of the twentieth century (that is, the agreement with the algorithm of the cycles of scientific creativity of the first kind is demonstrated); 2) the creation of Albert Einstein's general theory of relativity (GTR) (gravitation theory) due to "thought experiment", a successful choice of mathematical methods and the integration of mathematical knowledge (alignment with the algorithm of the cycles of scientific creativity of the second type). The author analyzes the preconditions for the creation of these theories. The examples presented include intellectual-emotional moments and connections that will positively affect the formation of the personality traits of a scientist.
The proposed aspect of presentation of algorithms of cycles of scientific creativity will help the student to create a prototype of scientific activity, to understand the classification of scientific research methods, their application at different stages of work, to encourage self-education, to self-improvement.
Key words: integration of knowledge, physical intuition, model, cycle of creativity, independent work.
