CC BY
30
References
1. Purkina V.F., Raenko E.A. O preemstvennosti v izuchenii kombinatorno-veroyatnostnyh, statisticheskih ponyatij i metodov. Mirnauki, kul'tury, obrazovaniya. 2013; 2(39): 112-114.
2. Petrov A.V., Raenko E.A. Analiz novyh metodologicheskih tendencij nauchnogo poznaniya. Mir nauki, kul'tury, obrazovaniya. 2013; 3(40): 178-182.
3. Kraevskij V.V. Problemy nauchnogo obosnovaniya obucheniya. Moskva: Prosveschenie, 1977.
4. Babanskij Yu.K. Vzaimosvyaz' zakonomernostej, principov obucheniya i sposobov ego optimizacii. Sovetskaya pedagogika. 1982; 11.
5. Lerner I.Ya. Priroda principov obucheniya i puti ih ustanovleniya. Principy obucheniya v sovremennoj pedagogicheskoj teorii i praktike: Mezhvuzovskij sbornik nauch. trudov. Chelyabinsk: ChGPI, 1985.
6. Zagvyazinskij V.I., Atahanov R. Metodologiya imetodypsihologo-pedagogicheskogo issledovaniya. Moskva: Akademiya. 2001.
Статья поступила в редакцию 20.03.15
УДК 373.1.02:372.8
Torbogosheva V.M., assisting teaching, Department of Physics and Methods of Teaching Physics, Gorno-Altaisk State University (Gorno-Altaisk, Russia), E-mail: [email protected]
Petrov A.V., Doctor of Sciences (Pedagogy), Professor, Gorno-Altaisk State University (Gorno-Altaisk, Russia), E-mail: [email protected]
SPECIFICS OF STUDY OF PHYSICAL LAWS IN A CLASSICAL UNIVERSITY AT VOCATIONAL TRAINING OF TEACHERS OF PHYSICS. Learning of scientific laws is a complex and controversial process of reflection of reality. In this regard, getting knowledge of laws that exist in nature by students, who learn physics, is also a complex and difficult process from the stand point of teaching methods. The authors believe that the study of physical laws at a university in the course of training future teachers of physics is methodically mostly useful, when a pedagogical system of developing education is used. This system should be based on a competence-activity approach (in comparison to an activity-based approach), which allows comparing the theoretical and practical-oriented knowledge and helps to form necessary competences. At the same time there is an opportunity, which involves comparison of empirical, theoretical, practical, philosophical and methodological knowledge about the laws of nature, and, consequently, the evaluation of educational achievements of students according to a system of criteria and levels. All these procedures are part of the competence approach.
Key words: laws of nature, knowledge of laws of science, knowledge of laws in a learning process, methodology, methods, developing training, competence approach.
В.М. Торбогошева, ассистент каф. физики и МПФ Горно-Алтайского государственного университета, г. Горно-Алтайск, E-mail: [email protected]
А.В. Петров, д-р пед. наук, проф. Горно-Алтайского государственного университета, г. Горно-Алтайск, E-mail: [email protected]
СПЕЦИФИКА ИЗУЧЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ЗАКОНОВ В КЛАССИЧЕСКОМ УНИВЕРСИТЕТЕ ПРИ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ ПОДГОТОВКЕ УЧИТЕЛЕЙ ФИЗИКИ
Познание законов в науке - сложный, трудный и глубоко противоречивый процесс отражения реальной действительности. В связи с этим и познание законов природы при обучении учащихся физике представляет собой сложный и методически непростой процесс. Авторы полагают, что изучение физических законов в университете при подготовке будущих учителей физики методически целесообразно при использовании педагогической системы развивающего обучения, в которой используется не деятельностный, а компетентностно-деятельностный подход, позволяющий сопоставлять теоретические знания и прак-тико-ориентированные, что приводит к формированию соответствующих компетенций. При этом появляется возможность, которая предполагает сопоставление эмпирического, теоретического, практического, философского и методологического уровня знаний о законах природы, а, следовательно, и критериально-уровневое оценивание учебных достижений студентов, которое предполагается при компетентностном подходе.
Ключевые слова: законы природы, познание законов в науке, познание законов в учебном процессе, методология, методика, развивающее обучение, компетентностный подход.
Познание законов в науке - сложный, трудный и глубоко противоречивый процесс отражения реальной действительности. Познающий субъект не может отобразить весь реальный мир, тем более сразу, полностью и целиком. Он может лишь вечно приближаться к этому, создавая различные понятия и другие абстракции, формулируя те или иные законы, применяя целый ряд приемов и методов в их совокупности (эксперимент, наблюдение, идеализация, моделирование и т.п.). Характеризуя особенности законов науки, известный американский физик Р Фейнман писал, что, в частности, «законы физики нередко не имеют очевидного прямого отношения к нашему опыту, а представляют собой его более или менее абстрактное выражение... Очень часто между элементарными законами и основными аспектами реальных явлений дистанция огромного размера» [1, с. 110].
Характеризуя науку в целом, обычно выделяют ее основную функцию - открытие законов изучаемой области действительности. Без установления законов действительности, без выражения их в системе понятий нет науки, не может быть научной
теории. Поэтому «мы говорим наука - подразумеваем закон, мы говорим закон - подразумеваем наука» [2, с. 147].
Изучение законов действительности находит свое выражение в создании научной теории, адекватно отражающей исследуемую предметную область в целостности ее законов и закономерностей. Поэтому закон - это ключевой элемент теории, которая «есть не что иное как система законов, выражающих сущность, глубинные связи изучаемого объекта (а не только эмпирические зависимости) во всей его целостности и конкретности, как единство многообразного» [2, с. 147].
В самом общем виде закон можно определить как связь (отношение) между явлениями, процессами, которая является: а) объективной, в) необходимой, г) внутренней, д) повторяющейся, устойчивой.
Любой закон не есть нечто неизменное, а представляет собой конкретно-исторический феномен. С изменением соответствующих условий, с развитием практики и познания одни законы сходят со сцены, другие вновь появляются, меняются формы действия законов, способы их использования и т.д.
Для организации адекватного процесса познания законов природы при подготовке учителей физики в классическом университете необходимо, чтобы студенты не просто знакомились с ними, а проходили путь познания законов в науке и осваивали самые важные их аспекты: 1) ключевая задача научного исследования; 2) основные характеристики понятия «закон»; 3) основные пути, ведущие к открытию законов природы; 4) классификация научных законов; 5) роль законов в процессе научного объяснения.
1. Ключевая задача научного исследования
Важнейшая, ключевая задача научного исследования -«поднять опыт до всеобщего», найти законы данной предметной области, определенной сферы (фрагмента) реальной действительности, выразить их в соответствующих понятиях, абстракциях, теориях, идеях, принципах и т.п. Решение этой задачи может быть успешным в том случае, если учёный будет исходить из двух основных посылок: реальности мира в его целостности и развитии и законосообразности этого мира, т.е. того, что он «пронизан» совокупностью объективных законов. Последние регулируют весь мировой процесс, обеспечивают в нем определенный порядок, необходимость, принцип самодвижения и вполне познаваемы.
2. Основные характеристики понятия «закон»
Раскрытие содержания понятия закона тесно связано с раскрытием диалектики сущности и явления.
Как мы уже отмечали, закон определяется прежде всего как связь (или отношение), что указывает на связь понятия закона с понятием детерминации. Но не всякая связь или отношение является законом: закон не просто связь, но связь существенная. Закон есть отношение сущностей или между сущностями. Из определения закона как существенного отношения следует вывод о том, что все основные атрибуты сущности распространяются и на закон. Выделим основные характеристики понятия «закон»:
1. Закон отражает существенную связь.
2. Существенная связь, отражающаяся в законе, должна быть связью всеобщей.
3. Связь, отражающаяся в законе, присуща не отдельным предметам, а всем предметам и явлениям определенного рода.
4. Характерный признак закона - повторяемость.
5. Действие закона природы всегда зависит от условий его реализации. Изменение условий приводит к смене законов, или к изменению формы их действия.
6. Законы природы объективно существуют, отражают общие, устойчивые связи вещей и явлений природы, существенно влияют на изменения вещей и явлений.
7. Законы природы определяют структуру Вселенной, придают ей форму, определяют ее единство и целостность. Все вместе они определяют научную картину нашего мира.
8. Законы природы делают нашу Вселенную познаваемой.
9. Объясняют явления окружающей нас природы, что составляет одну из основных задач естествознания.
10. Законы служат тем концептуальным ядром, вокруг которого строится теория.
3. Основные пути, ведущие к открытию законов природы
Путь к закону лежит через гипотезу. Действительно, чтобы установить существенные связи между явлениями, мало одних наблюдений и экспериментов. С их помощью мы можем обнаружить лишь зависимости между эмпирически наблюдаемыми свойствами и характеристиками явлений. Таким путем могут быть открыты только сравнительно простые, так называемые эмпирические законы. Более глубокие научные или теоретические законы относятся к ненаблюдаемым объектам. Такие законы содержат в своем составе понятия, которые нельзя ни непосредственно получить из опыта, ни проверить на опыте. Поэтому открытие теоретических законов неизбежно связано с обращением к гипотезе, с помощью которой пытаются нащупать искомую закономерность. Перебрав множество различных гипотез, учёный может найти такую, которая хорошо подтверждается всеми известными ему фактами. Поэтому в самой предварительной форме закон можно охарактеризовать как хорошо подтвержденную гипотезу.
В своих поисках закона исследователь руководствуется определенной стратегией. Он стремится найти такую теоретическую схему или идеализированную ситуацию, с помощью кото-
рой он смог бы в чистом виде представить найденную им закономерность. Иными словами, чтобы сформулировать закон науки, необходимо абстрагироваться от всех несущественных связей и отношений изучаемой объективной действительности и выделить лишь связи существенные, повторяющиеся, необходимые.
Процесс постижения закона, как и процесс познания в целом, идет от истин неполных, относительных, ограниченных к истинам все более полным, конкретным, абсолютным. Это означает, что в процессе научного познания ученые выделяют все более глубокие и существенные связи реальной действительности.
Второй существенный момент, который связан с пониманием законов науки, относится к определению их места в общей системе теоретического знания. Законы составляют ядро любой научной теории. Правильно понять роль и значение закона можно лишь в рамках определенной научной теории или системы, где ясно видна логическая связь между различными законами, их применение в построении дальнейших выводов теории, характер связи с эмпирическими данными. Как правило, всякий вновь открытый закон ученые стремятся включить в некоторую систему теоретического знания, связать его с другими, известными уже законами. Это заставляет исследователя постоянно анализировать законы в контексте более широкой теоретической системы.
4. Логико-гносеологический аспект понятия «научный закон»
В простейших случаях закон представляет обобщение эмпирически наблюдаемых фактов и поэтому может быть получен индуктивным путем. Но так обстоит дело только с эмпирическими законами. Более сложные, теоретические законы возникают, как правило, из гипотез. Поэтому наиболее очевидным условием, чтобы гипотеза стала законом, является требование, чтобы эта гипотеза была хорошо подтверждена фактами. Однако хорошо подтвержденная гипотеза не обязательно выражает закон. Она может представлять и предсказание какого-либо отдельного явления или события и даже какого-то нового факта. Вот почему необходимо внимательнее рассмотреть логическую форму тех высказываний, которые называют законами науки.
Первый критерий, который относится скорее к количественной характеристике высказываний, дает нам возможность отличать законы от фактов. Факты всегда выражаются с помощью единичных, утверждений, законы же формулируются с помощью общих высказываний. В каком же смысле можно говорить об общности, или универсальности, высказываний? В науке выделяют, по крайней мере, три таких смысла, когда говорят о высказываниях, выражающих ее законы:
1) общность, или универсальность, может относиться к понятиям или терминам, встречающимся в высказывании о законе. Такую общность называют концептуальной или понятийной. Если все понятия, входящие в формулировку закона, являются общими, или универсальными, то и сам закон считается универсальным. Эта особенность присуща наиболее общим, универсальным и фундаментальным законам. Так, закон всемирного тяготения устанавливает существование гравитационного взаимодействия между любыми двумя телами во Вселенной. Но многие законы естествознания имеют форму частных утверждений. Поэтому в них наряду с универсальными терминами встречаются также и термины, характеризующие индивидуальные тела, события или процессы. Например, законы Кеплера, описывающие движение планет Солнечной системы, не относятся к фундаментальным, так как содержат в своем составе термины, обозначающие Солнце, планеты и некоторые частные константы.
И все же признак общности, универсальности в каком-либо отношении представляет характерную черту всех законов.
В связи с этим разделяют законы на фундаментальные и производные. Фундаментальные законы должны удовлетворять требованию концептуальной универсальности: они не должны содержать никаких частных, индивидуальных терминов и констант, ибо иначе не смогут служить в качестве посылок для выводов. Производные законы можно вывести из фундаментальных вместе с необходимой для этого дополнительной информацией, содержащей характеристику параметров системы или процесса. Так, например, законы Кеплера можно логически вывести из закона всемирного тяготения и основных законов классической механики вместе с необходимой для этого эмпирической информацией о массах, расстояниях, периодах обращения планет и другими характеристиками.
2) пространственно-временная общность. Часто законы называют фундаментальными или универсальными также потому, что они применяются к соответствующим объектам или процессам, независимо от времени и места. В физике и химии к таким законам относят законы, являющиеся универсальными относительно пространства и времени. Как впервые подчеркнул выдающийся английский ученый Д.К. Максвелл, основные законы физики ничего не говорят об индивидуальном положении в пространстве и времени. Они являются совершенно общими относительно пространства и времени. Максвелл был твердо убежден в том, что сформулированные им законы электромагнетизма в форме математических уравнений являются универсальными во Вселенной и поэтому выполняются и на Земле, и на других планетах, и в космосе. В отличие от этого частные законы применимы лишь в определенной области пространства-времени.
3) возможность количественной характеристики (квантифи-кации) суждения, выражающего закон. Такая характеристика позволяет отражать в суждениях факт более широкой или узкой области действия закона. Строго универсальные или фундаментальные законы, справедливые для всех частных случаев их проявления, логически можно выразить с помощью высказываний с универсальным квантором.
В методологическом отношении важнейшее требование, предъявляемое к гипотезе, чтобы она стала законом, состоит в возможности ее отнесения к некоторой теории. Этот признак позволяет отличать обобщения, которые делаются в обыденном познании и даже на эмпирической стадии исследования, от подлинных законов науки. По своей логической форме эмпирические обобщения представляют универсальные высказывания, но их надежность и познавательная ценность сравнительно невелики, ибо они остаются обособленными, изолированными утверждениями. Другое дело - законы науки. В развитых науках законы объединяются в единое целое в рамках определенной теории, представляющей систему взаимосвязанных принципов, законов и гипотез. Благодаря логической связи между отдельными компонентами теории становится возможным выводить производные законы из основных, а эмпирические - из теоретических.
5. Классификация научных законов
Эмпирические и теоретические законы
Классификация научных законов может производиться по самым различным признакам или, как принято говорить в логике, основаниям деления. Наиболее естественной кажется классификация по тем областям действительности, к которым относятся соответствующие законы. В естествознании такими областями являются отдельные формы движения материи или ряд связанных между собой форм. Так, например, механика исследует законы движения тел под воздействием сил, физика -закономерности молекулярно-кинетических, электромагнитных, внутриатомных и других процессов, которые в совокупности и составляют физическую форму движения материи. Биология занимается изучением специфических законов органической жизни. Биофизика исследует закономерности физических процессов в живых организмах, а биохимия - химические особенности этих процессов.
Классификация законов по формам движения материи
по сути дела совпадает с общей классификацией наук. И хотя она весьма существенна как отправной пункт анализа, но нуждается в дополнении классификациями, выделяющими те или иные гносеологические, методологические и логические особенности и признаки научных законов. По степени общности законов, точнее по широте сферы их действия - всеобщие (диалектические), общие (особенные), частные (специфические); по механизму детерминации - динамические и статистические, причинные и непричинные; по их значимости и роли - основные и неосновные; по глубине фундаментальности - эмпирические и теоретические и т.д.
Из других классификаций наиболее важными нам представляются классификации по уровню абстрактности понятий, используемых в законах, и по типу самих законов. Первая из них основана на делении законов на эмпирические и теоретические. Эмпирическими законами принято называть законы, которые подтверждаются наблюдениями или специально поставленными экспериментами.
Большинство наших повседневных наблюдений приводит нас к индуктивным обобщениям, которые во многом аналогичны эмпирическим законам науки. Так же как и последние, эти обоб-
щения относятся к таким свойствам, которые можно воспринимать с помощью органов чувств. Однако эмпирические законы науки являются гораздо более надежными, чем простые обобщения повседневного опыта. Это объясняется тем, что законы чаще всего устанавливаются с помощью экспериментов и с использованием специальной измерительной техники, благодаря чему обеспечивается значительно большая точность при их формулировке. На развитой стадии науки отдельные эмпирические законы связываются в единую систему в рамках теории, а самое важное - они могут быть логически выведены из более общих теоретических законов.
Чтобы понять ее и, следовательно, объяснить эмпирические законы, мы вынуждены обратиться к теоретическим законам, отличие которых от эмпирических, проявляется прежде всего в характере тех методов, которые используются для их открытия.
Эмпирические законы, как показывает само их название, обнаруживаются на опытной, эмпирической стадии исследования. В этих целях наряду с наблюдением и экспериментом обращаются, конечно, и к теоретическим методам, таким, как индукция и вероятность, вместе с соответствующей математической техникой.
Теоретические законы никогда не могут быть открыты с помощью индуктивного обобщения частных фактов и даже существующих эмпирических законов. Причина этого состоит в том, что они имеют дело не с чувственно воспринимаемыми свойствами вещей и явлений, а с глубокими внутренними механизмами процессов. Здесь мы должны внести уточнение в прежнюю формулировку, где различие между теоретическими и эмпирическими законами сводилось к различию методов, используемых для открытия законов. Фактически, при более глубоком анализе оказывается, что само это различие имеет свои объективные основания в степени проникновения в сущность исследуемых процессов. Поэтому соотношение между теоретическими и эмпирическими законами можно рассматривать как выражение отношения между сущностью и явлением.
Возникает вопрос: в какой связи находятся сущности, выражаемые с помощью эмпирического и теоретического законов? Характеристика закона как отражения «существенного в движении универсума» поможет нам разобраться в этой связи, а также в гносеологическом отличии эмпирических законов от теоретических.
По отношению к отдельным, конкретным, частным фактам и эмпирические и теоретические законы выступают как сущности явлений. Однако сущность, выражаемая в теоретическом законе, имеет более глубокий характер, ибо по отношению к частным фактам она представляет сущность второго порядка, в то время как эмпирические законы выступают для них сущностью первого порядка.
Поскольку теоретический закон по отношению к эмпирическому выступает как сущность к явлению, то его открытие не может быть достигнуто на эмпирической стадии исследования. Следует подчеркнуть, что увеличение количества опытов само по себе не делает эмпирическую зависимость достоверным фактом, потому что индукция всегда имеет дело с незаконченным, неполным опытом.
Сколько бы мы ни проделывали опытов и ни обобщали их, простое индуктивное обобщение опытов не ведет к теоретическому знанию. Теория не строится путем индуктивного обобщения опыта. Это обстоятельство во всей ее глубине было осознано в науке сравнительно недавно, когда она достигла высоких ступеней теоретизации. Эйнштейн считал этот вывод одним из важнейших гносеологических уроков развития физики XX века [3, с. 375. ].
Заметим, что эмпирические и теоретические законы отличаются по предмету, средствам и методам исследования. Однако выделение и самостоятельное рассмотрение каждого из них все-таки представляет собой абстракцию. В реальной действительности это два слоя знания всегда взаимодействуют друг с другом. Выделение же эмпирических и теоретических законов в качестве средств методологического анализа позволяет выяснить, как устроено и как развивается научное знание.
6. Общая структура научного объяснения
По своей логической структуре объяснение представляет рассуждение или умозаключение, посылки которого содержат информацию, необходимую для обоснования результата или заключения такого рассуждения.
Доминирующая роль законов в процессе научного объяснения наиболее сильно проявляется тогда, когда смысл объяснения сводится к раскрытию сущности реальных явлений и событий.
Сущность явлений, особенно сложных, может быть раскрыта зачастую лишь с помощью теории, представляющей не простую совокупность и даже не систему, состоящую из одних законов, а включающую в себя элементы и другого рода (исходные принципы, определения, гипотезы и различные утверждения теории). Подобно тому, как теоретический закон превосходит эмпирический по своей объясняющей силе, так и теория в целом дает более глубокое обоснование, чем любой отдельный закон или совокупность таких законов.
Очевидно, что можно сделать заключение более широкого характера: для любого научного объяснения или даже объяснения на уровне здравого смысла можно использовать обобщения самого различного характера, но наиболее совершенными считаются обычно объяснения, посылки которых содержат законы и теории науки универсального характера. При этом существуют две модели научного объяснения: дедуктивная и индуктивная.
Дедуктивная модель научного объяснения является наиболее распространенной. Особенно широко ею пользуются в тех науках, законы которых могут быть выражены в точной математической форме (астрономия, механика, физика, физическая химия, молекулярная биология, математическая экономика и др.). Поскольку посылки дедуктивного вывода обеспечивают логически необходимый характер заключения, то естественно, что эта модель объяснения предпочитается индуктивной, где связь между посылками и заключением имеет не достоверный, а только вероятный характер. Важно при этом обратить внимание на то, что дедукция здесь понимается не в старом смысле традиционной логики, как умозаключение от общего к частному, а как любой вывод, заключение которого следует из имеющихся посылок с логической необходимостью, точно по принятым правилам дедукции.
В логике и методологии широкое применение имеет и индуктивная модель или схема научного объяснения, которая, правда, не обладает той убедительной силой и достоверностью, какая присуща дедуктивной модели. На этом основании ее иногда считают лишь временной попыткой объяснения, своего рода суррогатом, к которому приходится прибегать лишь в силу невозможности достижения более полного объяснения.
Такой подход во многом определяется самим отношением к индукции, которая лежит в основе указанной модели объяснения. В самом деле, в то время как дедукция - это способ рассуждения, посредством которого из общих посылок с необходимостью следует заключение частного характера, а индукция - это способ рассуждения, в котором общий вывод строится на основе частных посылок. Иными словами, если заключение дедукции имеет достоверный характер, то индукция обеспечивает лишь вероятные заключения. Вот почему сами индуктивные рассуждения иногда рассматривают лишь как эвристический способ мышления.
Только при рассмотрении всех перечисленных аспектов становится ясным, что познание законов природы при обучении будущих учителей физики в университете представляет собой сложный и методически непростой процесс.
Усвоение понятия «научный закон» предполагает, что студент должен:
1. Понимать, что научные законы есть форма выражения всеобщей, объективной, внутренней, необходимой, повторяющейся связи между явлениями или процессами природы.
2. Понимать, что действие закона всегда проявляется при наличии определенных условий, т.е. существуют границы применимости закона.
3. Осознавать целесообразность применения обобщенного плана познавательной деятельности при изучении физических законов.
4. Знать законы, изучаемые в курсе общей физики, указывать их границы применимости.
5. Применять законы для решения физических задач, при построении теоретических моделей.
6. Знать основные типы классификаций научных законов, приводить примеры законов различного типа.
7. Различать эмпирические и теоретические законы, уметь выделять их специфику и достоинства.
7. Знать место закона в научной системе знаний и роль их в физической и естественнонаучной картине мира.
8. Осваивать все этапы формирования знаний о физических законах: эмпирический, теоретический, практический, философ-ско-методологический.
9. Рассматривать физические законы как понятийные комплексы, позволяющие использовать методологическую программу познавательной деятельности при формировании знаний о законах [4, с. 175-181].
Мы полагаем, что изучение физических законов в школе методически целесообразно при использовании педагогической системы личностно ориентированного развивающего обучения, которое предполагает сопоставление эмпирического, теоретического, практического и философско-методологического уровня знаний о законах [5]. При этом вместо классического деятель-ностного подхода в развивающем обучении мы рекомендуем внедрять компетентностно-деятельностный подход, который позволяет не искусственно, а с необходимостью формировать соответствующие профессиональные компетенции учителя физики. Они возникают сами собой при взаимосвязи теории (теоретические знания лежат в основании развивающего обучения) и опыта практической деятельности (лежит в основе компетент-ностного подхода).
Покажем, каким образом мы организуем поэтапное изучение студентами законов механики Ньютона в курсе общей физики. Этапы и уровни познавательной деятельности студентов при изучения законов механики I. Эмпирический уровень знаний
Опытным путем найти эмпирическую зависимость между Р, т и а.
Контрольные вопросы
1. Имеет ли полученная зависимость статус теоретического закона?
2. Является ли полученная зависимость Р= та вторым законом Ньютона?
3. Каково содержание полученной зависимости Р= та?
4. Какова область применимости этой зависимости? II. Теоретический уровень знаний
Первый подуровень теоретического знания - частные теоретические модели
Определить теоретический частный закон колебания маятника, не используя законы Ньютона. С этой целью рассмотрите кинематику гармонических колебаний и динамику математического маятника. Получите дифференциальное уравнение движения маятника: х" + Ю02 х = 0. Контрольные вопросы
1. Почему полученная зависимость х" + ю02х = 0 имеет статус теоретического закона?
2. Какие общенаучные методы и как используются для получения данного теоретического закона?
3. Какова область применимости этого закона?
Второй подуровень теоретического знания - развитая теория
Раскрыть содержание ньютоновской механики. Контрольные вопросы
1. Раскрыть содержание структурно-логической схемы физической теории механики Ньютона.
2. Каково содержание основного закона динамики Ньютона?
3. Чем отличается основной закон динамики Р= та от полученной экспериментально зависимости Р= та?
4. Продемонстрируйте фундаментальность основного закона динамики при рассмотрении поведения колеблющихся тел. Получите частный теоретический закон колебания математического маятника с использованием II закона Ньютона.
5. Каковы границы применимости законов Ньютона?
6. В чем преимущество теоретических знаний по сравнению с эмпирическими?
В качестве примера приведем фрагмент развернутой программы деятельности учащихся по формированию понятия «научный закон» на примере законов Ньютона.
Развернутая программа деятельности учащихся по формированию понятия «научный закон» на примере законов Ньютона I. Эмпирический уровень знаний
Опытным путем найти эмпирическую зависимость между F, т и а.
Выполняется традиционная работа с использованием стандартной установки по кинематике и динамике. Меняются величины F, т, измеряются соответствующие ускорения и студенты убеждаются, что между указанными физическими величинами выполняется соотношение: F = та.
Контрольные вопросы
1. Имеет ли полученная зависимость статус теоретического закона?
Ответ студента
Различение эмпирического и теоретического уровней следует осуществлять с учетом специфики познавательной деятельности на каждом из этих уровней. Основные критерии, по которым различаются эти уровни, следующие: 1) характер предмета исследования, 2) тип применяемых средств исследования и 3) особенности метода.
Эмпирическое исследование в основе своей ориентировано на изучение явлений и зависимостей между ними. На уровне эмпирического познания сущностные связи не выделяются еще в чистом виде, но они как бы высвечиваются в явлениях, проступают через их конкретную оболочку.
Эмпирическая зависимость является результатом индуктивного обобщения опыта и представляет собой вероятностно-истинное знание.
Эмпирическое исследование изучает явления и их корреляции; в этих корреляциях, в отношениях между явлениями оно может уловить проявление закона. Но в чистом виде он дается только в результате теоретического исследования.
Следует подчеркнуть, что увеличение количества опытов само по себе не делает эмпирическую зависимость достоверным фактом, потому что индукция всегда имеет дело с незаконченным, неполным опытом.
Сколько бы мы ни проделывали опытов и ни обобщали их, простое индуктивное обобщение опытов не ведет к теоретическому знанию. Теория не строится путем индуктивного обобщения опыта.
Эмпирическое исследование базируется на непосредственном практическом взаимодействии исследователя с изучаемым объектом. Оно предполагает осуществление наблюдений и экспериментальную деятельность. Поэтому средства эмпирического исследования необходимо включают в себя приборы, приборные установки и другие средства реального наблюдения и эксперимента.
Соответственно своим особенностям эмпирический и теоретический типы познания различаются по методам исследовательской деятельности. Основными методами эмпирического исследования являются реальный эксперимент и реальное наблюдение.
Таким образом, полученная зависимость F = та не является теоретическим законом. Она получена на одной выделенной установке и перенос этих знаний на все остальные случаи не имеет под собой никаких оснований. Поэтому это лишь эмпирическая зависимость, которая является результатом индуктивного обобщения опыта на отдельно взятой установке и представляет собой вероятностно-истинное знание.
1. Является ли полученная зависимость F= та вторым законом Ньютона?
Ответ студента
По форме да, но по своему содержанию нет. Ньютон высказал свой второй закон динамики как аксиому, обобщающую многочисленный опыт, а не отдельный тщательно выполненный эксперимент.
Другими словами, если бы мы не знали второго закона Ньютона и получили бы зависимость F = та на данной установке, то нельзя утверждать, что мы открыли закон Ньютона.
Таким образом, Ньютон осуществил творческий акт, получив индуктивным методом такое содержательное обобщение, которое стало играть роль основополагающего принципа динамики, из которого методом дедукции вытекают многочисленные частные случаи механических явлений.
1. Каково содержание полученной зависимости F= та?
Ответ студента
Так как это эмпирическая зависимость, то содержание, сущность ее скрыта.
2. Какова область применимости этой зависимости?
Ответ студента
Эта эмпирическая зависимость может быть использована для установок, подобных исследуемой нами. Все остальные случаи должны быть исследованы специально. Априорно нельзя
гарантировать, что полученная зависимость представляет собой всеобщий закон природы.
II. Теоретический уровень знаний
Первый подуровень теоретического знания - частные теоретические модели
1. Определить теоретический частный закон колебания маятника, не используя законы Ньютона. С этой целью рассмотрите кинематику гармонических колебаний и динамику математического маятника. Получите дифференциальное уравнение движения маятника:
mx" + ю02т x = 0 или тх" + k x = 0. Ответ студента
Рассмотрим гармонические колебания. Колебательное движение, выражаемое функцией синуса или косинуса, называют простым гармоническим колебанием. Уравнение гармонического колебания можно представить в виде: x = А sin m0t.
Найдем выражение для ускорения гармонически колеблющейся точки:
или, учитывая, что ускорение а можно представить как d2x/dt2 = х", мы получим дифференциальное уравнение простого гармонического колебания в виде: х" + ю02 х = 0. Умножая обе части уравнения на массу т колеблющейся материальной точки, получим дифференциальное уравнение в виде: тх"+к х = 0.
Контрольные вопросы
1. Почему полученная зависимость х" + ю02х = 0 имеет статус теоретического закона?
Ответ студента
Это первый теоретический уровень знания, который охватывает частные теоретические модели и законы. Они выступают как теории, относящиеся к достаточно ограниченной области явлений. Примерами таких частных теоретических законов могут служить закон колебания маятника в физике или закон движения тел по наклонной плоскости, которые были найдены до того, как была построена ньютоновская механика.
В этом слое теоретического знания, в свою очередь, обнаруживаются такие взаимосвязанные образования, как теоретическая модель, которая объясняет явления, и закон, который формулируется относительно модели. Модель включает идеализированные объекты и связи между ними. Например, если изучаются колебания реальных маятников, то для того чтобы выяснить законы их движения, вводится представление об идеальном маятнике как материальной точке, висящей на недеформиру-емой нити. Затем вводится другой объект - система отсчета. Это тоже идеализация, а именно - идеальное представление реальной физической лаборатории, снабженной часами и линейкой. Наконец, для выявления закона колебаний вводится еще один идеальный объект - сила, которая приводит в движение маятник. Сила - это абстракция от такого взаимодействия тел, при котором меняется состояние их движения.
Система из перечисленных идеализированных объектов (идеальный маятник, сила, система отсчета) образует модель, которая и представляет на теоретическом уровне сущностные характеристики реального процесса колебания любых маятников. Исследуя эту модель и описывая ее связи на языке математики, можно получить формулу:
тх" + кх = 0,
которая является законом малых колебаний.
2. Какие общенаучные методы и как используются для получения данного теоретического закона?
Ответ студента
Как мы уже говорили в предыдущем пункте, для получения данного теоретического закона использовались следующие методы научного познания: 1) идеализация; 2) абстрагирование; 3) моделирование. Кроме того, использовался метод дедукции. Действительно, исходя из общих представлений о гармонических колебаниях, представленных в виде математического выражения, используя лишь математические операции, мы получили дифференциальное уравнение гармонических колебаний. Естественно, что в ходе получения теоретического закона использовался анализ исходных позиций, а результат использования всех перечисленных методов позволил получить синтетические знания более высокого уровня. Использовался при этом и метод обобщения, так как мы полученное уравнение распространяем, обобщаем на колебания любых маятников.
v = dx/dt = ю0 cos ra0t, a = dv/dt = d2x/dt2
ю02А sin ra0t = - ю02 x
Потенциально в нашем случае используется и индукция. Она проявляется в том, что у всех колеблющихся объектов при определенной идеализации и абстракции мы нашли общее свойство, которое назвали гармоническим колебанием, получили для него содержательное обобщение в виде уравнения гармонического колебания, которое и позволило теоретически методом дедукции получить новый закон.
3. Какова область применимости этого закона?
Ответ студента
Этот закон относится к идеальной модели. Но если доказано, что эта модель выражает сущностные отношения реальных опытных ситуаций, то мы можем закон отнести ко всем ситуациям данного класса. Таким образом, непосредственно закон характеризует отношения идеальных объектов теоретической модели, а опосредованно он применяется к описанию эмпирической реальности.
Второй подуровень теоретического знания - развитая теория
Раскрыть содержание ньютоновской механики.
Контрольные вопросы
1. Раскрыть содержание структурно-логической схемы физической теории механики Ньютона.
Ответ студента
К классической механике обычно относят механику свободной точки, ограниченной связями системы точек, твердого тела. Принято делить механику на кинематику, статику, динамику.
И т.д.
Практика использования такого подхода показывает, что в нем особо выделяется принцип «усиления методологической
Библиографический список
составляющей содержания образования», обеспечивающей универсальность получаемых знаний, изучение основ физических теорий, законов, принципов, понятий, научных методов и приемов познавательной деятельности, возможность применения полученных знаний в новых ситуациях; отмечается формирование критического и прогностического мышления учащихся, высокая степень самостоятельности, самооценка, умение выстраивать доказательства. Методика формирования знаний о физических законах позволяет весь процесс познавательной деятельности учащихся представить в виде следующих основных этапов: эмпирический уровень - теоретический - практический - философский уровень познавательной деятельности - сопоставление указанных уровней между собой, выделение их особенностей и преимуществ.
Реализуя все перечисленные нами представления, связанные с формированием законов природы в учебном процессе в условиях педагогической системы личностно ориентированного развивающего обучения [5], в основании которого лежит не деятельностный, а компетентностно-деятельностный подход, появляется реальная возможность использования критериаль-но-уровневое оценивание учебных достижений студентов, которое требуется при компетентностном подходе [6; 7; 8; 9; 10; 11]. Критерии могут быть привязаны к конкретным уровням проявления компетенции, например: эмпирический, теоретический, практический, философско-методологический уровни. Если мы хотим подчеркнуть степень самостоятельности или уровень творческой активности студента, то можно использовать следующие критерии: репродуктивный, продуктивный, частично-поисковый, исследовательский.
1. Фейнман Р. Характер физических законов. Москва, 1987.
2. Кохановский В.П. Философия и методология науки. Учебник для высших учебных заведений. Ростов на Дону: Феникс, 1999.
3. Введение в философию. Учебник для вузов: в 2 частях.. Под редакцией И.Т. Фролова, Э.А. Араб-Оглы, Г.С. Арефьевой и др. Москва: Политиздат, 1989; Ч. 2.
4. Торбогошева В.М., Петров А.В. Использование физических законов как учебных понятийных комплексов. Мир науки, культуры, образования. 2014; 1(44): 175-181.
5. Петров А.В. Развивающее обучение. Основные вопросы «теории и практики вузовского обучения физике. Челябинск: ЧГПУ Факел, 1997.
6. Торбогошева В.М. Развивающее обучение как целостная педагогическая система. Мир науки, культуры, образования. 2009; 6(18): 231-233.
7. Торбогошева В.М. Компетентностный подход в обучении студентов общей физике. Мир науки, культуры, образования. 2012; 6(34): 155-1547.
8. Торбогошева В.М. Различные уровни изучения физических законов при обучении учащихся физике. Мир науки, культуры, образования. 2011; 1(26): 84-86.
9. Рупасова Г.Б. Роль научных методов и приемов познавательной деятельности в условиях компетентностного подхода к профессиональной подготовке учителя физики в педвузе. Мир науки, культуры, образования. 2011; 1(26): 99-103.
10. Петров А.В. Необходимые условия модернизации образования в России. Мир науки, культуры, образования. 2011; 1(26): 107-110.
11. Петров А.В. Использование понятийных комплексов в учебном процессе. Мир науки, культуры, образования. 2009; 7(26): 116-120.
References
1. Fejnman R. Harakter fizicheskih zakonov. Moskva, 1987.
2. Kohanovskij V.P. Filosofiya imetodologiya nauki. Uchebnik dlya vysshih uchebnyh zavedenij. Rostov na Donu: Feniks, 1999.
3. Vvedenie v filosofiyu. Uchebnik dlya vuzov: v 2 chastyah.. Pod redakciej I.T. Frolova, 'E.A. Arab-Ogly, G.S. Aref'evoj i dr. Moskva: Politizdat, 1989; Ch. 2.
4. Torbogosheva V.M., Petrov A.V. Ispol'zovanie fizicheskih zakonov kak uchebnyh ponyatijnyh kompleksov. Mir nauki, kul'tury, obrazovaniya. 2014; 1(44): 175-181.
5. Petrov A.V. Razvivayuschee obuchenie. Osnovnye voprosy «teoriiipraktiki vuzovskogo obucheniya fizike. Chelyabinsk: ChGPU Fakel, 1997.
6. Torbogosheva V.M. Razvivayuschee obuchenie kak celostnaya pedagogicheskaya sistema. Mir nauki, kul'tury, obrazovaniya. 2009; 6(18): 231-233.
7. Torbogosheva V.M. Kompetentnostnyj podhod v obuchenii studentov obschej fizike. Mir nauki, kul'tury, obrazovaniya. 2012; 6(34): 155-1547.
8. Torbogosheva V.M. Razlichnye urovni izucheniya fizicheskih zakonov pri obuchenii uchaschihsya fizike. Mir nauki, kul'tury, obrazovaniya. 2011; 1(26): 84-86.
9. Rupasova G.B. Rol' nauchnyh metodov i priemov poznavatel'noj deyatel'nosti v usloviyah kompetentnostnogo podhoda k professional'noj podgotovke uchitelya fiziki v pedvuze. Mir nauki, kul'tury, obrazovaniya. 2011; 1(26): 99-103.
10. Petrov A.V. Neobhodimye usloviya modernizacii obrazovaniya v Rossii. Mir nauki, kul'tury, obrazovaniya. 2011; 1(26): 107-110.
11. Petrov A.V. Ispol'zovanie ponyatijnyh kompleksov v uchebnom processe. Mir nauki, kul'tury, obrazovaniya. 2009; 7(26): 116-120.
Статья поступила в редакцию 20.03.15
УДК 37.02
Trubina G.F., Cand. of Sciences (Pedagogy), senior lecturer, Ural State Economic University (Nizhni Tagil, Russia),
E-mail: [email protected]
SOCIALLY-ORIENTED AND PERSON-ORIENTED LINGUISTIC EDUCATION IN SCHOOL. The article deals with the organization of teaching students a foreign language as part of a socially-oriented language education. The author registers social goals,
objectives, learning contents, forms, methods of teaching, educational technology goals and objectives of socially-oriented and
