Научная статья на тему 'Идея единства самоорганизации и самодезорганизации в школьном курсе физики'

Идея единства самоорганизации и самодезорганизации в школьном курсе физики Текст научной статьи по специальности «Физика»

CC BY
270
42
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Область наук
Ключевые слова
ЕДИНСТВО / САМООРГАНИЗАЦИЯ / САМОДЕЗОРГАНИЗАЦИЯ / МЕТОДИКА / ЛАЗЕРНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ / ПРИНЦИП САМООРГАНИЗАЦИИ / ПРИНЦИП САМОДЕЗОРГАНИЗАЦИИ / ПРИНЦИП МИНИМУМА ЭНЕРГИИ СИСТЕМЫ / ПРИНЦИП НЕОБРАТИМОСТИ / UNITY / SELF-ORGANIZATION / SELF-DISORGANIZATION / TECHNIQUE / LASER RADIATION / THE PRINCI PLE OF SELF-ORGANIZATION / THE PRINCI PLE OF SELF-DISORGANIZATION / THE PRINCI PLE OF MINIMUM ENERGY OF THE SYSTEM / THE PRINCI PLE OF IRREVERSIBILITY

Аннотация научной статьи по физике, автор научной работы — Кочергина Нина Васильевна, Машиньян Александр Анатольевич

Выяснено содержание понятий самоорганизации и самодезорганизации в методологии науки. При описании самодезорганизации в различных явлениях используются принципы необратимости и минимума энергии системы, а при самоорганизации принципы сложности,нелинейности и неравновесности. Обосновано единство названных процессов. Приведены примеры физических, химических, биологических и социальных явлений, относящихся к явлениям самоорганизации и самодезорганизации. Показана методика формирования знаний об идее единства самоорганизации и самодезорганизации при изучении школьного курса физики связанная с изучением фундаментальных физических теорий: классической механики, молекулярной физики, электродинамики,квантовой физики. Для закрепления материала учащимися предложен перечень контрольных вопросов и обобщенный план по изучению основных идей и принципов единства самоорганизации и самодезорганизации в школьном курсе физики.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

The idea of the unity of self-organization and selfdisorganization in school physics courses

Clarified the concepts of self-organization and self-disorganization in the methodology of science. When describing self-disorganization in various phenomena are the princi ples of irreversibility and the minimum energy of the system,and for the self-organization princi ples of complexity, nonlinearity and nonequilibrium. Justified unity of these processes. Examples of physical, chemical, biological and social phenomena related to the phenomena of self-organization and self-disorganization. It is shown how knowledge about the idea of the unity of self-organization and self-disorganization in the study of the school physics course associated with the study of fundamental physical theories: classical mechanics, molecular physics, electrodynamics, quantum physics. For fixing material by students proposed checklist and a generalized plan for the study of the b asic ideas and princi ples of the unity of self-organization and selfdisorganization in the school course of physics.

Текст научной работы на тему «Идея единства самоорганизации и самодезорганизации в школьном курсе физики»

Н. В. Кочергина, А. А. Машиньян

Идея единства самоорганизации и самодезорганизации в школьном курсе физики

Выяснено содержание понятий самоорганизации и самодезорганизации в методологии науки. При описании самодезорганизации в различных явлениях используются принципы необратимости и минимума энергии системы, а при самоорганизации — принципы сложности нелинейности и неравновесности. Обосновано единство названных процессов.

Приведены примеры физических, химических, биологических и социальных явлений, относящихся к явлениям самоорганизации и самодезорганизации.

Показана методика формирования знаний об идее единства самоорганизации и самодезорганизации при изучении школьного курса физики связанная с изучением фундаментальных физических теорий: классической механики, молекулярной физики, электродинамики, квантовой физики.

Для закрепления материала учащимися предложен перечень контрольных вопросов и обобщенный план по изучению основных идей и принципов единства самоорганизации и самодезорганизации в школьном курсе физики.

Ключевые слова: единство, самоорганизация, самодезорганизация, методика, лазерное излучение, принцип самоорганизации , принцип самодезорганизации , принцип минимума энергии системы, принцип необратимости

N. V. Kochergina, A. A. Mashin'ian

The idea of the unity of self-organization and self-disorganization in school physics courses

Clarified the concepts of self-organization and self-disorganization in the methodology of science. When describing self-disorganization in various phenomena are the princi ples of irreversibility and the minimum energy of the system,and for the self-organization princi ples of complexity, nonlinearity and nonequilibrium. Justified unity of these processes.

Examples of physical, chemical, biological and social phenomena related to the phenomena of self-organization and self-disorganization.

It is shown how knowledge about the idea of the unity of self-organization and self-disorganization in the study of the school physics course associated with the study of fundamental physical theories: classical mechanics, molecular physics, electrodynamics, quantum physics.

Jor fixing material by students proposed checklist and a generalized plan for the study of the basic ideas and principles of the unity of self-organization and self-disorganization in the school course of physics.

Keywords: unity, self-organization, self-disorganization, technique, laser radiation, the principle of self-organization, the principle of self-disorganization, the principle of minimum energy of the system, the princi ple of irreversibility

Понятия самоорганизации и самодезорганизации в методологии науки ГТу";»^ онятия «самоорганизация» и «само-ЦТ^ // дезорганизация» — основные по-Ч^Х (у нятия, раскрывающие содержание общенаучной методологической идеи единства самоорганизации и самодезорганизации (далее жогорая иШодит садеа проявление во

всех системах мира — природных, технических и социальных. Основу идеи составляет диалектика единства и борьбы противоположностей: эти процессы, с одной стороны, отрицают дрУГ друга, с другой — невозможны друг без другая В методологии ниуки первой сформировалась! диалектическая составляющая идеи, раскрываю-■Лая процессы самодшорганизайии в ЙнреЙЭм-

ИирИЧещИрНИаЗр для ее'- ОббоЩений^сОетавляли рткрытия в физике 19 века, связанные с направленностью природных процессов в замкнутых ¡Системах, и выраженные во втором начале тер-¡Мбдинамики. Вторая диалектическая составляющая идеи сформировалась в 20 веке благодаря развитию синергетических представлений. В данном случае эмпирической базой выступали открытия в химии, физики и биологии, происходящие в открытых системах.

Самодезорганизация — это процесс, в ходе которого упрощается организация сложной динамичной (подвижной) системы. Любая замкнутая система стремится к самодезорганизации, например, замкнутая физическая система самопроизвольно переходит в равновесное состояние, характеризующееся повышением энтропии, часто описываемое через уменьшение потенциальной энергии. Примерами таких процессов являются переход механической энергии тела во внутреннюю энергию, переход тела в состояние теплового равновесия, приобретение мыльным пузырем сферической формы и освобожденным объемом воды в невесомости — формы шара.

В физике для описания самодезорганизации введены принцип необратимости и принцип минимума энергии системы. Принцип необратимости устанавливает, что необратимый процесс самопроизвольно происходит только в прямом, но не в обратном направлении. Прямой переход связывается, как правило, с самодезорганизацией, обратный — с самоорганизацией. Согласно принципу минимума энергии любая физическая система самопроизвольно переходит в состояние, соответствующее минимуму ее энергии. Как известно, минимум энергии соответствует максимуму энтропии системы. Поэтому такой переход также является самодезорганизацией системы. Для динамических систем он конкретизируется как переход в состояние, при котором потенциальная энергия системы минимальна. Для статистических систем он формулируется в виде второго начала термодинамики, указывающего направление тепловых процессов.

В новой философской энциклопедии приводится определение понятия самоорганизации: «Самоорганизация — процесс, в ходе которого создается, воспроизводится или совершенствуется организация сложной динамической системы» [1, с. 487]. Таких систем великое множество: к ним относятся клетка, организм, биологическая популяция, биогеоценоз, человеческий коллектив и т.д. «Под самоорганизацией в синергетике понимают процессы возникновения макроскопических упорядоченных про-¡íгранственнб-временньIх структур в сложных нелинейных системах, находящихся в далеких от равновесия состояниях, вблизи особых кри-Цических точек — точек бифуркации, в окрестности которых поведение системы становится неустойчивым» [жм Же,--с. 546].

'"^как видно ИS'бирl^lЛении, основными хЯ рактеристиками способных к самоорганизации систем являются сложность, нелинейность, неравновесное состояние. Сложность системы понимается как ее многокомпонентный состав и многообразие связей между элементами системы, среди них: причинно-следственные, кондициональные, отношения основания и т.п. Нелинейность системы характеризуется как невозможность реализации в ней принципа суперпозиции: результат совместного действия щ систему не равен сумме результатов отдельных действий.

Нарушение принципа суперпозиции (линейного изменения состояния системы под внешним воздействием) возможно, например, если в различных фазовых состояниях системы одинаковые внешние воздействия вызывают неодинаковые ответные реакции (изменения) системы. Физическими примерами такой нелинейности является реакция гироскопа на внешние воздействия, изменение электропроводности терморезисторов, диодов и транзисторов и др. В химии нелинейность проявляется в образовании дочерних веществ, обладающих новыми свойствами, которыми не обладали материнские вещества (например, озон). В биологии наиболее ярким проявлением нелинейности является видовая мутация. В социологии примером нелинейности является изменение общественного сознания, проявляющееся, прежде всего, в радикальном изменении основных императивов.

Неравновесное состояние описывается в системах по-разному, например, в неравновесных механических системах равнодействующая сила или момент сил не равны нулю, в неравновесных термодинамических — параметры системы температура и давление изменяются по всему объему вещества и т.д. Общим для неравновесных систем является их неустойчивость, что означает податливость системы внешнему воздействию.

Классическим, едва ли не первым, примером самоорганизации является химическое явление — вихри Бенара. Вихри Бенара образуются в тонком слое жидкости, если довести разницу температур между нижней (подогреваемой) и верхней поверхностью до определенного уровня. Обнаруживается появление вихрей, разделяющих объем жидкости на регулярные ячейки. Неупорядоченное на микроскопическом уровне движение частиц жидкости с повышением температуры не становится более хаотичным, а, наоборот, самоорганизуется и образует порядок на макроскопическом уровне.

Таким образом, в любой природной системе происходят процессы самоорганизации и самодезорганизации, последовательно сменяя друг друга. Это позволяет говорить о единстве самоорганизации и самодезорганизации, что позволяет сфбрмулирбpажiiйiiбимaйнуюйидею.

Методика формирования знаний об идее единства самоорганизации и самодезорганизации при изучении школьного курса физики

В настоящее время существует достаточно много исследований, рассматривающих примеры самоорганизации в области физики. Однако часто в них не различается самоорганизация в синергетическом смысле и консервативная самоорганизация. Примерами первой в курсе физики средней школы являются лазерное излучение, развитие турбулентности, процесс автогенерации механических и электрических колебаний, примерами второй — всевозможные фазовые

переходы вещества, приводящие к росту его упорядоченности (кристаллизация, конденсация и т.п.). В этой связи методика формирования знаний об идее единства самоорганизации и самодезорганизации должна выстраиваться, с одной стороны, в соответствии с логикой содержания учебного предмета физики, с другой — с учетом логики рассматриваемой идеи [2].

В этой связи, мы выделяем 4 этапа методики формирования у учащихся знаний об идее единства самоорганизации и самодезорганизации (далее — методики). Они связаны с изучением фундаментальных физических теорий (см. таблицу 1).

Таблица1

Этапы методики формирования знаний об идее единства самоорганизации и самодезорганизации в школьном курсе физики

Этапы методики Понятия и законы Самоорганизация Самодезорганизация

1 этап - Классическая механика Открытая, закрытая, динамическая системы, закон сохранения и изменения механической энергии, принцип минимума энергии Турбулентное течение жидкости Переход механической энергии во внутреннюю энергию тела

2 этап - Молекулярная физика Статистическая система, тепловое равновесие, порядок и беспорядок, энтропия как мера беспорядка Кристаллизация Второй закон термодинамики

3 этап - Электродинамика Динамическая система, направленность процессов в открытых и закрытых системах Автогенерация электромагнитных колебаний Потеря электрических и магнитных свойств вещества

4 этап - Квантовая физика Статистическая квантовая система, открытая система, принцип самоорганизации Лазерное излучение, работа устройств, регистрирующих элементарные частицы Деление и синтез ядер

Как видно из таблицы 1, первый этап ме -тодики связан с изучением классической механики. На этом этапе вводятся понятия открытая и закрытая система, динамическая система, закон сохранения и превращения механической энергии, принцип минимума энергии системы. Примерами самодезорганизации и самоорганизации являются переход механической энергии во внутреннюю энергию тела и турбулентное течение жидкости, соответственно.

Переход механической энергии во внутреннюю энергию начинает рассматриваться в основной школе (8 класс) в параграфе «Внутренняя энергия». По результатам проведения опыта — падения свинцового шара на такую же плиту — был сделан вывод: при соударении изменилась и кинетическая и потенциальная энергия молекул свинца. Следовательно, механическая энергия, которой обладал шар в начале опыта, не исчезла. Она перешла в энергию молекул — внутреннюю энергию тела [3, с. 6]. Самодезорганизация в этом процессе состоит в М, что происходит переход от упорядоченного механИ^е|Kбiбii|ижiiИя Шii^УHбPяДSЙSiiб-

му (вследствие их большого числа) движению молекул.

В 10 классе переход энергии из механической формы во внутреннюю обсуждается в параграфе «Уменьшение механической энергии системы под действием сил трения». Предложение: «При действии сил трения кинетическая энергия тела превращается в кинетическую энергию хаотического движения молекул» [4, с. 131] позволяет утверждать, что переход от механического движения к движению молекул и все связанные с ним энергетические превращения являются самодезорганизацией.

Примером самоорганизации в механике с целой серией бифуркаций является развитие турбулентности течения жидкости. При малых скоростях жидкости ее течение ламинарное, т.е. имеет спокойный и плавный характер. С ростом скорости, после некоторого порогового значения ламинарное движение становится неустойчивым, возникают стационарные колебания скЙЯ рости течения. Затем этот вид движения, в свою очередь, становится неустойчивым, возникает более сложное движение с двумя характерны-

ми Частотами. Наконец, 'ЧеЧение^хЬр'ак^еризу-¡ртся большим числом колебаний с несоизмеримыми в общем случае частотами. В результате возникает очень сложное квазипериодическое движение, которое иногда называют динамическим хаосом. В смысле наличия структур такое движение является более упорядоченным, чем первоначальное ламинарное течение [5, с. 34].

Второй этап методики реализуется при изучении молекулярной физики. Здесь вводятся понятия статистической системы, теплового равновесия, порядка и беспорядка, энтропии как меры беспорядка. Примерами самоорганизации являются кристаллизация жидкостей, конденсация пара, а примером самодезоргани-зЩии — второй закон термодинамики.

Переход реального газа в жидкость или конденсация газа (пара) относится к консервативной самоорганизации. Она связана с фазовыми переходами, которые можно рассматривать как процессы самоорганизации, если они приводят к образованию упорядоченности. Примерами такого вида самоорганизации являются также рост кристаллов и намагничивание железа при отжиге. Все эти процессы происходят, когда система находится в состоянии равновесия.

Состояние реального газа описывается уравнением Ван-дер-Ваальса. График зависимости давления от объема при постоянной температуре имеет вид изотермы. При уменьшении значения объема эволюция системы до определенного значения объема имеет однозначный характер: давление газа возрастает. Далее изменение состояния идеального газа происходит либо в соответствии с уравнением Ван-дер-Ваальса (давление газа возрастает), либо давление газа остается неизменным. Первый переход возможен при отсутствии примесей газа и квазистатичности процесса, при этом образуется перенасыщенный пар. Второй переход приводит к качественно новому состоянию: в объеме одновременно существуют газ и жидкость, то есть происходит фазовый переход.

Второй закон термодинамики изучается в 10 классе. Он имеет огромное мировоззренческое значение: показывает направление возможных в природе процессов и является самой яркой иллюстрацией явления самодезорганизации. Во-первых, вводится понятие необратимого процесса: «необратимыми называются такие процессы, которые могут самопроизвольно протекать лишь в одном определенном направлении; в обратном направлении они могут протекать только при внешнем воздействии». Например, тепло всегда переходит от горячего тела к холодному, а механическая энергия макроскопических тел — ^о внутреннюю. А затем, рассмотрев элементы теории вероятности, формулируется общее ут-Церждение: необратимость процессов в природе связана со стремлением систем к переходу в наиболее вероятное состояние, которому отве-

Щет шкЬимаИныйоеспорядок [4,Щ:'222-230]. Переход к беспорядку — проявление самодезорганизации аспект идеи единства самоорганизации и самодезорганизации.

Третий этап методики связан с изучением классической электродинамики. На этом этапе развиваются понятия динамической системы, направленности процессов в открытых и закрытых системах, вводится идея единства самоорганизации и самодезорганизации. Примерами самоорганизации и самодезорганизации являются автогенерация электромагнитных колебаний и потеря электрических и магнитных свойств вещества при нагревании или механическом воздействии, соответственно.

Автоколебания являются примерами образования временных структур в неживых системах. Звуковые автоколебания возникают в смычковых и духовых инструментах, когда равномерное (бесструктурное во времени) движение смычка или струи воздуха приводит к возникновению периодической волны. Электрические или электромагнитные автоколебания образуются в генераторах электрических сигналов [5, с. 19].

Автогенерация электрических колебаний обнаруживается с помощью следующей установки: к усилителю подключены микрофон (к входу) и громкоговоритель (к выходу). Затем микрофон подносят к громкоговорителю. При малом усилении и большом расстоянии между микрофоном и громкоговорителем возникают бесструктурные шумы. Они вызваны флуктуа-циями электрического тока, проходящего через громкоговоритель. Если увеличивать усиление и подносить микрофон ближе к громкоговорителю, то возникает гудение, обусловленное автогенерацией электрического сигнала. Объясняется это тем, что в силу обратной связи, осуществляемой подачей выходного сигнала на вход, процессы в усилителе являются нелинейными. При слабой обратной связи отклонения от линейного приближения малы, и флуктуации не приводят к существенному изменению тока. При усилении обратной связи изменения тока, обусловленные флуктуациями, начинают разрастаться. Колебательная система выходит из первоначального состояния, и возникает автогенерация электрических колебаний [там же, с. 28].

Потеря электрических и магнитных свойств при нагревании, механическом воздействии и т.п. обсуждается в курсе физики старшей школы. Например, в теме «Магнитные свойства вещества» (11 класс) утверждается, что «магнитные свойства любого тела определяются замкнутыми электрическими токами внутри его. В намагниченном состоянии элементарные токи в теле ориентированы так, что их действия складываются. ... Наиболее сильные магнитные поля создают вещества, называемые ферромагнетиками. . При температуре, большей некоторо-

го определенного для данного ферромагнетика (температуры Кюри), ферромагнитные свойства исчезают» [6, с. 21-24]. Понятно, что это связано с дезориентацией молекулярных токов. Таким образом, в данном случае происходит рост ннеупорядоченности в веществе, т.е. самодезорганизация.

Четвертый этап методики связан с изучением квантовой физики. Здесь развиваются понятия статистической системы на примере кван-p■бвбй системы, открытой системы, принципа самоорганизации. Примерами самоорганизации в синергетическом смысле и консервативной самоорганизации являются лазерное излучение и работа устройств, регистрирующих элементарные частицы (счетчик Гейгера, камера Вильсона, пузырьковая камера), соответственно.

Приборы для регистрации элементарных частиц представляют собой сложную макросистему, находящуюся в неустойчивом состоянии, Под действием пролетевшей элементарной частицы, переходят в более устойчивое состояние, что и позволяет регистрировать эту частицу. Такой неустойчивой системой в счетчике Гейгера является ионизированный газ, в камере Вильсона — перенасыщенный пар, в пузырьковой камере — перегретая жидкость. При прохождении элементарных частиц через эти среды, образуются лавины электронов в счетчике Гейгера, конденсация пара на ионах в камере Вильсона и пузырьки пара на ионах в пузырьковой камере. Самоорганизация состоит в связанной с переходом в равновесное состояние ростом упорядоченности квантовых систем.

Все макроскопические системы, применяемые для регистрации заряженных частиц, переходят из неравновесного состояния в равновесное в соответствии с принципом необратимости. В самом деле, упомянутый процесс является необратимым, следовательно, обратный переход самопроизвольно не происходит. Под равновесным состоянием в широком смысле понимают равновесие разных видов: в молекулярной физике — это тепловое равновесие, равновесие системы «жидкость-пар»; в электродинамике — это равновесие системы, находящейся под действием электрических и магнитных сил и т.п. В такой трактовке переходы макроскопической системы в равновесное состояние могут осуществляться при любых взаимодействиях ее элементов.

Деление и синтез ядер происходит в соответствии с принципом минимума энергии системы и иллюстрирует идею самодезорганизации. В данном случае имеют в виду энергию связи атомных ядер. В 11 классе при изучении квантовой физики школьники узнают, что удельная энергия связи зависит от массового числа и она пример-Ьо постоянна (8 МэВ /нуклон). Минимальные значения эта величина принимает и легких (водорода и гелия) и тяжелых (урана и др.) ядер [6, с. 322- 329]. Это значит, что энергетически

выгодными являются процессы слияния легких ядер и деления тяжелых ядер, так как в них выделяется большая энергия. Сами же квантовые системы — ядра — переходят в состояние, сббlfl ветствующее минимуму своей энергии.

Как известно, делятся тяжелые ядра. Они имеют большую энергию связи, чем легкие, что обусловлено большим числом нуклонов. Переход системы «тяжелое ядро» к системе «легкие ядра» — это переход в состояние с меньшей энергией (последней системе соответствует большее значение энтропии). В широком смысле это можно интерпретировать как самодезорганизацию системы. Таким образом, все замкнутые системы стремятся в состояние с минимальным значением энергии, к беспорядку, к самодезорганизации.

Лазерное излучение — классический пример самоорганизации в синергетическом смысле — изучается в квантовой физике. Классическая методика изучения лазерного излучения в школе включает рассмотрение следующих вопросов: лазерное излучение как индуцированное излучение; свойства лазерного излучения; принцип действия лазеров; трехуровневая система среды, устройство рубинового лазера, другие типы лазеров и применение лазеров [6, с. 294-299] .

Методика изучения лазерного излучения, по нашему мнению, должна строиться исходя из основных понятий и законов в рамках идеи единства самоорганизации и самодезорганизации. Во-первых, следует обосновать, что эта физическая система (лазер) обладает всеми свойствами самоорганизующихся систем. Во-вторых, проанализировать условия и закономерности явления самоорганизации на ее примере.

Так, лазерное излучение, с одной стороны, это физическое явление, которое обнаруживается по излучению возбужденных атомов под действием света (индуцированное излучение). С другой стороны, это излучение представляет собой открытую, нелинейную и неустойчивую физическую систему. Система является открытой, так как получает энергию от газоразрядной лампы, за счет чего происходит возбуждение атомов рабочего тела лазера (рубина). В результат! создается среда с инверсной населенностью, в которой в состояниях с большей энергией находится большее число атомов, чем в состояниях с меньшей энергией. Это свидетельствует о том, что система является неустойчивой.

Тот факт, что излучение подчиняется нелинейным законам, характеризует рассматриваемую систему как нелинейную. Об этом же свидетельствует и механизм индуцированного излучения. В самом деле, при прохождении электромагнитной волны сквозь вещество большая часть атомов возбуждается, переходит в высшее энергетическое состояние. Если череЦ среду пройдет электромагнитная волна той же частоты, то она будет не ослабляться, айжйи-

¡шиваться. Под!!дештвием!этш "волны вЩЩы Цор гласованно переходят в низшие энергетические состояния, излучая волны, совпадающие по ча-Втоте и фазе с падающей волной. Высокая когерентность индуцированного излучения свидетельствует о самопроизвольном установлении его согласованности. В этом случае упорядоченность возникает в состояниях, далеких от равновесия системы, что является подтверждением синерге-тического характера процесса самоорганизации.

В определении лазерного (вынужденного, индуцированного) излучения, как правило, аспекты самоорганизации не отражаются. Например: «Лазерное излучение — это явление усиления электромагнитной волны за счет вынужденного излучения возбужденных атомов в средах с инверсной населенностью, которое характеризуется большой когерентностью и интенсивностью светового пучка, а также малым углом расхождения» [там же]. Однако они должны выявляться как при рассмотрении механизма образования индуцированного излучения, так и при выяснении устройства лазера.

В самом деле, механизм лазерного излучения раскрывается следующим образом: импульс тока от источника питания вызывает вспышку газоразрядной лампы, возникает инверсная населенность в рубиновом стержне. В результате происходят самопроизвольные переходы электронов в атоме на более низкий энергетический уровень. Излучение, направленное вдоль оси кристалла, многократно отражается от торцов, вызывает индуцированное излучение возбужденных атомов хрома и быстро усиливается. Затем излучение выходит через полупрозрачный конец рубинового стержня. Это и есть лазерное излучение. Под самоорганизацией в данном случае понимается возникновение согласованного излучения возбужденных атомов рубинового стержня под действием падающей на них электромагнитной волны.

Для закрепления этого учащимся можно предложить такие вопросы:

1. По каким признакам лазерное излучение можно отнести к самоорганизующимся системам?

2. Всегда ли данная физическая система находится в неустойчивом состоянии?

3. Опишите процесс работы рубинового ла-зйра. Что в данном случае свидетельствует о самоорганизации системы?

Как было показано выше, в содержание идеи единства самоорганизации и самодезорганизации входят принцип необратимости, принцип минимума энергии системы, принцип самоорганизации и принцип самодезорганизации. Все эти принципы могут изучаться с помощью обобщенного плана:

1. Сформулируйте определение принципа.

2. Охарактеризуйте сферу применения принципа.

3. Укажите, к какому уровню методологических знаний относится принцип.

4. Приведите примеры реализации принципа в физике.

5. Охарактеризуйте связи принципа с разными уровнями методологических знаний.

6. Укажите цели применения принципа в методологии науки.

Например, принцип самоорганизации в соответствии с обобщенным планом раскрывается так:

1. Определение: «Любая открытая нелинейная система в состояниях, далеких от равновесия, приходит в упорядоченное состояние, характеризующееся понижением энтропии».

2. Принцип используется для обоснования фундаментальной физической идеи единства самоорганизации и самодезорганизации.

3. Принцип является общеметодологическим.

4. Лазерное излучение характеризуется большой согласованностью (когерентностью, одинаковым значением фазы и поляризации).

5. На уровне общенаучной методологии принцип связан с синергетическим подходом, а на уровне диалектического метода — с принципом развития: самоорганизация — аспект развития.

6. С помощью данного принципа выясняются тенденции развития любых открытых, нелинейных, неустойчивых систем.

Вывод, идея единства самоорганизации и самодезорганизации является ведущей общеметодологической идеей. Она находит свое выражение в многочисленных физических явлениях. Методика формирования знаний о идее единства самоорганизации и самодезорганизации при изучении школьного курса физики позволяет учащимся не только более глубоко понять физические явления, но и приобщиться

к современной научной методологии. ЛИТЕРАТУРА

1. Новая философская энциклопедия: В 4 т. / Ин-т философии РАН, Нац. общ-научн. фонд; Научно-ред. совет; Пред. В.С. Степин. М.: Мысль, 2001. Т. 3. 692 с.

2. Кочергина Н.В. Теоретико-методологические основы формирования системы методологических знаний при обучении физике в средней школе: монография. Благовещенск: БГПУ, 2002. 288 с.

3. Перышкин А.В. Физика. 8 кл.: учеб. Для общеобразоват. учреждений / А.В.Перышкин. 8-е изд., доп. М.: Дрофа, 2006. 191 с.

4. Мякишев Г.Я. Физика: учеб. для 10 кл. общеобразоват. учреждений: базовый и профил. Уровни / Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев, Н.Н. Сотский; под ред. В.И. Николаева Н.Е. Парфентьевой. М.: Просвещение, 2008. 366 с.

5. Лямцев А.В. Самоорганизация в природе: Материалы к учебному курсу «Концепции современного естествознания». СПб.: СПбГУПМ, 2000. 47 с.

6. Мякишев Г.Я. Физика: учеб. Для 11 кл. общеобразоват. учреждений / Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев. 15-е изд. М.: Просвещение, 2006. 381 с.

REFERENCES

1. Novaiafilosofskaia entsiklopediia: V4 t. [The new encyclopedia of philosophy: in 3 Vol.]. Moscow, Mysl' Publ., 2001. T.3. 692 p.

2. Kochergina N.V. Teoretiko-metodologicheskie osnovy formirovaniia sistemy metodologicheskikh znanii pri obucheniifizike v srednea shkole: monografiia [Theoretical and methodological foundations of a system of methodological knowledge for teaching physics in the secondary school: a monograph]. Blagoveshchensk, BGPU, 2002. 288 p.

3. Peryshkin A.V. Fizika. 8 kl.: ucheb. Dlia obshcheobrazovat. uchrezhdenii [Physics. 8th grade: textbook for secondary schools]. Moscow, Drofa Publ., 2006. 191 p.

4. Miakishev G.Ia. Fizika: ucheb. dlia 10 kl. obshcheobrazovat. uchrezhdenii: bazovyi i profil. urovni [Physics: textbook for grade 10 educational institutions: basic and professional levels]. Moscow, Prosveshchenie Publ., 2008. 366 p.

5. Liamtsev A.V. Samoorganizatsiia v prirode: Materialy k uchebnomu kursu «Kontseptsii sovremennogo estestvoznaniia» [Self-| organization in nature: Materials for a training course "Concepts of modern natural science"]. Saint-Petersburg, SPbGUPM Publ., 2000. 47 p.

6. Miakishev G.Ia. Fizika: ucheb. Dlia 11 kl. obshcheobrazovat. uchrezhdenii [Physics: textbook for grade 11 educational institutions: basic and professional levels]. Moscow, Prosveshchenie Publ., 2006. 381 p.

Информация об авторах Кочергина Нина Васильевна

(Россия, Москва) Доктор педагогических наук, профессор,

ведущий научный сотрудник Институт содержания и методов обучения E-mail: kachergina@mail.ru

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Information about the authors

Kochergina Nina Vasil'evna

(Russia, Moscow) Doctor of Pedagogical Sciences Professor, Leading Researcher Institute of Content and Teaching Methods E-mail: kachergina@mail.ru

Машиньян Александр Анатольевич

(Россия, Москва) Доктор педагогических наук, профессор,

ведущий научный сотрудник Институт содержания и методов обучения E-mail: mash404@mail.ru

Mashin'ian Aleksandr Anatol'evich (Russia, Moscow)

Doctor of Pedagogical Sciences Professor, Leading Researcher Institute of Content and Teaching Methods mash404@mail.ru

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.