CC BY
27
ИЗУЧЕНИЕ КУРСА ФИЗИКИ НА НЕФИЗИЧЕСКИХ НАПРАВЛЕНИЯХ БАКАЛАВРИАТА ВУЗА
В.И. Коломин,
кандидат педагогических наук, доцент кафедры о< государственного университета
Современная система высшего образования вместе с подготовкой высококвалифицированного специалиста-профессионала предусматривает формирование широкообразованной творческой личности. Формирование такой личности в условиях вуза невозможно без существенного усиления фундаментализации образования.
Под фундаментальностью образования следует понимать четкую ориентацию на стержневые знания (инвариантное ядро) основных дисциплин, формирующих научное мировоззрение, а также способствующих приобретению мощного арсенала общих методов и универсальных средств решения задач, возникающих на пути познания природы. Это, прежде всего, методы анализа, синтеза, индукции и дедукции, моделирования и системного мышления, учет всеобщей связи и универсального эволюционизма, математической постановки и алгоритмизации решения теоретических задач, классического, неклассического и постнеклассического мышления и т.д.
Рассмотренные методы, как и многие другие положения, возникли главным образом в физике и являются основой методологии научного познания. Это методы, которые «наиболее эффективно развивают творческий интеллект человека вообще и «инновационный потенциал» специалиста в частности» [8, с. 8].
Фундаментом современной научной картины мира является физическая картина мира. Физика рассматривает вопросы строения материи, особенности движения и взаимодействия материальных объектов, свойства пространства и времени, причинности, непрерывности и т.д. То есть главные мировоззренческие вопросы, связанные с исходными философскими идеями, понятиями и принципами. На основе изучения этих положений осуществляется связь между фундаментальной и гуманитарной составляющей высшего образования и становится возможным формирование высоких моральных качеств личности выпускника.
Перечисленные особенности физической науки, а именно, универсальность ее методов и ведущее значение в формировании научного мировоззрения придают ей статус фундаментальной науки, а образованию, полученному на основе глубоких физических знаний, - фундаментального образования.
Анализ современных подходов к структурированию курса физики показывает, что в основу кладется либо метод исследования, либо форма движения материи, либо типы фундаментальных взаимодействий. Существуют структуры, построенные на релятивистских идеях, а также структуры, в основе которых лежат иерархические уровни физических моделей (модель частицы, континуума, модель чистого ансамбля, модель смешанного ансамбля). Все они интересны, оригинальны, но не всегда удобны для обучения. Иногда это отмечают сами авторы, признавая, что «этот подход не может быть непосредственно и сразу предъявлен студентам в силу его глубины и сложности с одной стороны и в силу неподготовленности аудитории с другой» [2, с. 16].
Проблема, однако, заключается в том, чтобы сделать физику по возможности более понятной и доступной студенту первого и второго курса бакалавриата вуза.
Фундаментализация естественнонаучного и инженерного образования настоятельно требует, чтобы структура и содержание дисциплины также строились на основе принципов методологии научного познания. В основу структуры курса должна быть положена логика той науки, которая изучается в качестве учебной дисциплины. Под логикой мы понимаем общее учение об историческом развитии, самодви-
ей и экспериментальной физики Астраханского
жении предмета познания и его отражение в мышлении, в движении понятий.
Научный подход к структурированию курса физики может быть найден в современных философских и психолого-педагогических идеях. В современной дидактике считается, что последовательность изложения учебного предмета должна обязательно отражать логику той науки, основы которой содержит учебный предмет. Этот принцип является выражением общенаучного метода познания - логического. Согласно этому методу логика движения мысли в сознании отдельного человека, в общем и целом, в сокращенном и снятом виде воспроизводит логику исторического развития мышления, совпадает с ней.
Причем имеет место совпадение трех процессов:
- истории развития мышления,
- истории умственного развития человека,
- логики отдельного акта познания [6, с. 177].
Своеобразным проявлением этого метода является принцип систематичности и последовательности в педагогике и принцип параллелизма между познанием в общественно-историческом смысле слова и учебным познанием в методике преподавания, разработанные выдающимися учеными и педагогами [1, 4, 3].
Согласно последнему принципу в усвоении знаний учащимися должна отражаться логика развития научного познания, но она не должна копировать научное познание, а должна быть сжатой и дидактически преломленной. При этом «чем выше ступень обучения, тем менее сказываются дидактические преломления и тем более непосредственно в усвоении знаний выступают законы научного познания» [3, с. 11].
Изучая физические теории в соответствии с логикой познания, прежде всего, легко показать эволюцию физической картины мира как смену механической, электродинамической и квантово - полевой картины.
Логический метод предполагает главное внимание уделять физической теории как наивысшему выражению системы физических знаний. Этому способствует высокий уровень и большие возможности курса обшей физики. Анализируя отдельные этапы познания в физических теориях как конструктивных, так и фундаментальных, показывая их достоинства, законченность, гибкость и ясность (конструктивных), логическое совершенство и надежность исходных положений (фундаментальных), мы добиваемся более глубокого усвоения физических знаний и формируем теоретический способ мышления [9, с. 678].
Этот принцип (Логика развития физической науки ^ логика развития отдельной теории ^ логика изучения этой теории) должен лежать в основе изучения курса общей физики. Иные подходы к структурированию курса физики, основанные на философских и естественнонаучных идеях о типах научной рациональности, противоречащие данной образовательной парадигме, то есть логике развития научного познания, вряд ли могут более успешно использоваться в преподавании.
Логический подход позволяет «свернуть» громадный массив информации до вполне обозримых и легко воспринимаемых при обучении объемов, то есть способствует созданию структуры, которая одновременно будет являться и рациональной, и эффективной.
Следует заметить, что определение структуры и содержания курса физики как учебного предмета и его соотношение с содержанием науки-физики в соответствии с логикой научного познания рассматриваются в современной методике
физики в связи с обучением физике в школе. Однако ограниченный по объему материал, несоответствие математических знаний и слабая подготовка учащихся, а также ступенчатое изложение школьного курса не дают возможности в полной мере применять этот метод в школе. Поскольку курс общей физики представляет собой более высокий уровень изучения и располагается «ближе» к физике-науке, чем школьный курс физики, некоторые положения (в особенности те, которые касаются соотношения логики науки и логики учебной дисциплины) для курса общей физики более актуальны, чем для школьной физики, для которой они разрабатывались. Это необходимо учитывать в определении структуры и содержания курса общей физики и применять исследования выдающихся ученых педагогов и методистов, внесших огромный вклад в методику преподавания физики в школе [3], [5], [7].
Современный этап развития физики, для которого характерны проникновение информационных методов и постне-классический способ мышления, это продолжение развития науки. Эта логика, безусловно, должна войти в структуру и содержание курса обшей физики. Новые идеи, развивающиеся в настоящее время в физике - идеи динамического хаоса, самоорганизации и эволюции - должны рассматриваться в современном курсе общей физики. Включение этих вопросов будет способствовать развитию у студентов нового нелинейного типа физического мышления, в котором принимается во внимание не одностороннее, а взаимное влияние объекта и его окружения друг на друга. Это придаст курсу огромное методологическое и мировоззренческое значение.
В современной методике преподавания физики известны две структуры отражающие логику науки в учебном познании. Первая структура представлена в виде основания, ядра, следствия и интерпретации. Вторая структура основана на логике процесса познания. Она несколько отличается и представляет собой последовательность следующих элементов познания: факты, гипотеза, теоретические следствия, эксперимент [7, с. 78], [5, с. 77], [7, с. 205].
Очевидно, что и в той, и в другой структуре заложена логика научной теории. Различие структур в том, что первая представляет собой логику фундаментальной макроскопической теории (например, термодинамики), в основании которой лежит большое количество экспериментальных фактов, доступных для наблюдения и эмпирически установленных законов. Проверка этой теории сводится к подтверждению уже известных экспериментальных данных.
Вторая представляет собой классический пример логики конструктивной теории, объект исследования которой ненагляден и лежит за пределами чувственного восприятия (например, атом в теории строения атома Резерфорда-Бора). Эмпирический базис такой теории невелик. В данном случае уделяется большое внимание эксперименту. Поэтому во второй структуре отдельно выделяется еще один элемент познания - эксперимент.
Можно предложить для бакалавров несколько иную структуру, объединяющую как первую, так и вторую и отражающую логику процесса учебного познания. Она будет включать в себя основание теории, ядро теории, следствия теории и экспериментальную проверку. Коротко: основание, ядро, следствия, эксперимент.
В основание теории входит эмпирический базис, то есть экспериментальные факты, которые привели к возникновению теории (как правило, это факты, которые не могут быть объяснены уже существующими теориями), система понятий и физических величин, а также эмпирически установленные законы.
Ядро теории включает в себя модель, то есть идеализированный объект, для которого строиться теория, законы теории, постулаты, и принципы, а также фундаментальные физические постоянные.
В следствиях теории рассматривается выводное знание, получающееся в результате применения законов, входящих в ядро теории; объяснение известных ранее эмпирических фактов на основе законов теории, предсказание новых знаний.
К эксперименту относятся опыты, поставленные с целью проверки правильности законов теории и следствий, вытекающих из них. Основным критерием правильности теории является отсутствие экспериментальных данных, опровергающих теорию.
Главное внимание следует уделить двум элементам структуры теории: ядру и следствиям. Остальные элементы могут быть включены в рамках того объема, который определен государственным образовательным стандартом. Такой подход приведет к уменьшению объема учебного материала при отборе содержания курса, что очень важно из-за малого количества часов, предусмотренного на изучение общего курса физики на направлениях бакалавриата, где физика не является профильной дисциплиной.
Вместе со структурой разделов необходимо показать связанную с ней последовательность изучения отдельных тем курса: механики, молекулярной физики и термодинамики, электродинамики, специальной теории относительности и квантовой физики. В качестве примера приведем три из них: электродинамику, специальную теорию относительности и квантовую физику.
Структура современного курса электродинамики построена в соответствии с развитием представлений об электромагнитном поле, что, безусловно, соответствует логике ее развития (схема 1).
Логика решения противоречивой ситуации (между теорией и опытом), сложившейся в электродинамике на рубеже XIX и XX веков, положена в основу структуры специальной теории относительности (схема 2). Естественно это рассмотреть после изучения электродинамики, показать возникновение специальной теории относительности как необходимость и обратить на это внимание студентов. Заметим, что в подавляющем большинстве современных учебников по общему курсу физики изучение специальной теории относительности предусмотрено в курсе механики. Это нарушает логику научного познания и противоречит основным дидактическим принципам, а следовательно, создает проблемы при изучении физики уже с первого курса.
В основе структуры квантовой теории лежит логика возникновения и развития корпускулярно-волнового дуализма света и вещества, представляющего собой единство прерывных и непрерывных свойств материи (схема 3).
Построенный на предлагаемых принципах курс физики для бакалавров будет удовлетворять следующим важным требованиям:
1. Обеспечению глубоких знаний по физике, полученных на основе изучения физических теорий.
2. Формированию научного мировоззрения на примере эволюции физической картины мира.
3. Усвоению методологии научного познания в соответствии с этапами развития науки (классического, неклассического и постнеклассического).
4. Развитию теоретического способа мышления как основы интеллектуального развития.
5. Обеспечению преемственности общего курса физики со школьным курсом физики.
Электр о динамка
Схема 1
электромагнитные волны энергия и ишулъс электромагнитной волны свет как электромагнитная волна
с = 1 ДМ) ^ О
шкала электромагнитных волн
Схема 2
Специальная и общая теория относительности
Схема 3
К в анто вая физика
Такой курс физики будет являться фундаментальной основой для изучения последующих дисциплин, оставаться инвариантным при изменении деятельности человека в непрерывно меняющихся условиях.
Литература
1. Бройль де Л. По тропам науки. - М.: Изд-во И-Л, 1962.
2. Голубева О.Н., Суханов А.Д. Современный взгляд на структуру физики и ее отражение в учебном курсе. Физическое образование в ВУЗах. Журнал Московского физического общества, серия Б, т.2. №3, 1996.
3. Данилов М.А. Процесс обучения в советской школе. - М.: АПН РСФСР, 1980.
4. Мандельштам Л.И. Лекции по оптике, теории относительности и квантовой механике. - М.: Наука,
1972.
5. Основы методики преподавания физики. Под ред. А.В. Перышкина, В.Г. Разумовского, В.А. Фабриканта - М.: Просвещение, 1984.
6. Розенталь М.Н. Принципы диалектической логики. - М.: Изд. соц. эк. лит. 1970.
7. Теория и методика обучения физике в школе. Общие вопросы. Под ред. С.Е. Каменецкого и Н.С. Пу-рышевой - М.: ACADEMIA, 2000.
8. Шукшунов В.Е., Лозовский В.Н., Сысоев Н.И. Фундаментализация высшего технического образования. Известие международной академии наук высшей школы. №3 (21) 2002.
9. Эйнштейн А. Собрание научных трудов. т.1. -М.: Наука, 1965.
