Старовиков

Михаил

Иванович

- кандидат физико-математических наук, доцент, декан физико-математического факультета Бийского государственного педагогического института.

Старовикова

Ирина

Владимировна

- кандидат педагогических наук, старший преподаватель кафедры алгебры, геометрии и информатики Бийского государственного педагогического института.

МЕТОДОЛОГИЯ ФИЗИКИ

КАК СИСТЕМА

В СОДЕРЖАНИИ

ШКОЛЬНОГО

ФИЗИЧЕСКОГО

ОБРАЗОВАНИЯ

Любая физическая теория, будучи основной структурной единицей знания в физике как науке и физике как учебной дисциплине, включает в себя так называемый динамический компонент - совокупность форм и методов, посредством которых осуществляется рост, изменение, развитие знания. То же можно сказать и об основных структурных элементах теорий, обычно рассматриваемых в аспекте "знание - результат": понятиях, законах, принципах. Тем самым теория выполняет методологическую функцию. Обе составляющие физических теорий ("динамическая" и "статическая") органично и неразрывно взаимосвязаны и могут быть разделены лишь в абстракции. Объективность существования и значимость знания как "результата" и знания как "метода" требуют адекватного представления их в структуре учебного материала.

Специфика предмета физики такова, что в процессе решения даже элементарных задач (научных или учебных) неизбежно возникает потребность в использовании не только специальных, но и общих форм и методов познания. Через

общие методы научного познания на философском уровне методологии раскрывается философская сущность процесса научного познания как движение знания от эмпирического к абстрактно-общему и последующему восхождению к теоретически-конкретному, все более полному и всестороннему. В предельно общем виде процесс познания представляется через категории материалистической диалектики, которая выступает как методология философского уровня. Значение методологии философского и общенаучного уровней в современной физике постоянно возрастает.

Неадекватное представление в структуре учебного материала методологии высших уровней, т.е. таких принципиально важных элементов знания, которые позволяют учащемуся понять, как познается сущность физических явлений, процессов, объектов, приводит, в конечном счете, к отрыву знаний от предмета, замене знания о предмете "системой фраз", усвоенных "безотносительно к последнему или в мнимой, непрочной и легкорвущейся связи с ним"[1, C.381]. Отсюда, как показал Э.В. Ильенков, возникает проблема формализма знаний, проблема "применения знаний в жизни, в практике". Решение проблемы возможно только в том случае, если у учащихся будет целенаправленно формироваться деятельность по соотнесению теоретического знания с предметной действительностью. Однако "задача соотнесения образа с предметом перед ним (учеником - авт.), как правило, в школе вообще не ставится". Тем самым "решающий участок пути познания от предмета к образу (и обратно - от образа к предмету) так и остается за пределами деятельности самого ученика" [1, С.381-387]. Для решения данной гносеологической по своей сути проблемы "соотнесения знания с предметом" Э.В. Ильенков предлагает увеличить долю предметной деятельности. Применительно к процессу изучения физики это означает повышение роли различных видов учебного физического эксперимента, экскурсий и т.п.

Не умаляя значения эксперимента в учебном физическом познании, нельзя, вместе с тем согласиться с абсолютизацией этого метода обучения. Сама по себе предметная деятельность может способствовать лишь стихийному формированию требуемых умений. На наш взгляд, целенаправленное формирование деятельности по соотнесению знания, выраженного в вербальной, знаковой форме с предметом изучения (т.е. физической реальностью, проявляющейся, в том числе, в эксперименте) может и должно осуществляться только через рефлексивное овладение учащимися той системой средств (форм, методов, понятий, принципов), которые выработаны в гносеологии, логике и методологии науки. Описанное в работе [2] "дополнение познавательной деятельности "действием скольжения" мысли учащихся от абстрактного к конкретному и обратно, выполняемым под руководством учителя" не должно осуществляться иначе, чем с использованием упомянутых выше средств, истинность и эффективность которых надежно подтверждена длительной общественно-исторической практикой. Разумеется, доступным и востребованным учащимися методологический материал может стать только в результате его глубокой дидактической переработки.

Проблема повышения методологического уровня преподавания физики рассматривается как актуальная уже в течение длительного времени (около трех десятилетий). Так, в работах А.В. Усовой с целью формирования у учащихся обобщенных познавательных умений разработаны отражающие логику научного познания планы изучения выделенных элементов физического знания: явлений, понятий, теорий и др. Должное внимание в ее работах уделяется формированию умений систематизировать, обобщать, классифицировать, давать определения (системный подход), наблюдать, выполнять эксперименты. А.В. Усова указывает на необходимость овладения учащимися такими общими методами научного познания, как абстрагирование, моделирование, принцип историзма, рекомендует показывать учащимся, как вновь введенное понятие становится средством познания нового [3, С.10-23]. В этой же книге В.Н. Мощанским убедительно показано, что методология современной физики как никогда тесно связана с философской методологией, поэтому формирование целостного физического знания (физической картины мира) невозможно без ознакомления учащихся с рядом категорий диалектического материализма. Автором представлены соответствующие методические материалы [3, C. 23-31]. Существенный вклад в решение рассматриваемой проблемы вносят труды В.Ф. Ефименко, А.С. Кондратьева, В.А. Любичанковского, Н.П. Семыкина, Л.В. Тарасова, Д.Ш. Шодиева и др. В последние годы тенденция повышения методологического уровня преподавания физики отчетливо просматривается в содержании проектов государственного образовательного стандарта, учебных программ общеобразовательных школ и, что особенно важно, учебников. Так, в пробном учебнике физики для учащихся 9 классов В.Н. Мощанского содержится гносеологическое определение материи, приводятся в общей форме некоторые сведения о формах и методах научного познания, которые, однако, слабо конкретизируются в основном содержании учебника. Та же картина характерна для большинства действующих учебников.

Анализ состояния проблемы совершенствования методологической подготовки учащихся в процессе изучения физики показывает, что в целом эта проблема еще не получила удовлетворительного решения. Прежде всего отмечаем, что в методической литературе, по-видимому, отсутствуют работы, посвященные рассмотрению методологии физики как дидактической системы. Отсюда та неполнота, произвольность в отборе методологического материала, которая имеет место.

При определении содержания методологического материала, изучаемого в рамках школьного курса физики будем руководствоваться положениями системного подхода, а также принципами и критериями отбора учебного материала, которые, как показала М.Д. Даммер, совпадают с дидактическими принципами или непосредственно выводятся из них. Отобранный материал должен быть минимальным по объему, но достаточным для достижения поставленных педагогических целей: повышения качества знаний учащихся (научного уровня, системности, действенности), формирования научного мировоззрения, а также таких личностных качеств, как активность и самостоятельность; развития мышления за счет рефлексивного овладения той системой средств ("инструментов") умственной деятельности, которую заключает в себе методология физики.

Философский уровень методологии. Категория материи (гносеологическое определение), ее атрибуты (пространство, время, движение, структурность), виды (вещество и поле), классы материальных систем (элементарные частицы и физический вакуум, атомы ... метагалактика), формы движения (в неживой природе, биологическая, социальная), типы (с сохранением и с изменением качества предмета). Материальное единство мира. Эволюция естественно-научных картин мира.

Материалистическая диалектика как учение о всеобщих законах развития природы, общества и мышления и как всеобщий метод научного познания. Принципы диалектики: рассмотрения предмета в его развитии, всесторонности рассмотрения, детерминизма (в т.ч. статистического), противоречия, конкретности. Законы диалектики: единства и борьбы противоположностей (в т.ч. как метод познания сущности предмета через выявление противоположностей, опосредующего звена, рассмотрения их взаимодействия); закон взаимного перехода количественных и качественных изменений (в т.ч. количественный подход, системный подход, генетический метод); закон отрицания отрицания (диалектическое отрицание как триединый процесс деструкции, кумуляции и конструкции, цикличность развития, в т.ч. по схеме тезис - антитезис - синтез, цикл научного познания по В.Г. Разумовскому, принцип соответствия).

Познаваемость мира. Эмпирический и теоретический уровни познания, их взаимодействие. Понятие как основная форма рационального познания. Истина объективная, относительная и абсолютная. Конкретность истины. Истина как процесс. Истинность метода.

Общенаучный уровень методологии. Общенаучные и общелогические методы познания: наблюдение, эксперимент, анализ и синтез, абстрагирование, идеализация, формализация, моделирование, мысленный эксперимент, индукция и дедукция, использование аналогий, использование гипотез, исторический, генетический, логический, статистический, динамический, системный подход. Формы знания: проблема, гипотеза, теория. Структура теории. Методы построения теорий: гипотетико-дедуктивный (в т.ч. метод математической гипотезы), аксиоматический. Понятия и категории, соответствующие указанным методам.

Частнонаучный уровень методологии разделим на два подуровня:

1) фундаментальных понятий и методологических принципов физики;

2) конкретных (имеющих меньшую область применимости) понятий, законов, методик, приемов.

Отметим, что выделять дисциплинарный и междисциплинарный уровни методологии в рассматриваемой методологической системе нет смысла ввиду отсутствия специальных дисциплин в составе школьного курса физики. К первому подуровню относим понятия "вещество", "поле", "энергия", понятие об атомно-молекулярном строении вещества и некоторые другие, а также принципы сохранения, симметрии, относительности, суперпозиции, дополнительности. Ко второму уровню относим все то многообразие элементов содержания физического знания, которое не вошло в состав высших уровней. Любой из этих элементов так или иначе функционирует и как элемент метода, способа, приема рассматриваемого уровня методологии. Так, закон Ома используется при анализе электрических цепей непосредственно, либо в качестве основы таких методов, как метод узловых потенциалов, контурных токов и т.п. Часть методов данного уровня можно соотносить с приборами (методы измерения температуры с помощью термометра или термопары, осциллографический метод и т.п.). Наконец, общенаучный метод формализации на данном уровне раскрывается через метод размерностей и ряд математических понятий и методов, среди которых следует выделить такие методы, как алгебраический (в т.ч. координатный и векторный), графический, использования элементов дифференциального и интегрального исчисления.

В рамках настоящей работы не представляется возможным раскрыть то многообразие связей, которые образуют элементы рассматриваемой системы между собой, а также с внешней средой (методами других естественно-научных дисциплин, формами и методами обучения и т.д.). Раскрытие богатства этих связей перед учащимися следует рассматривать как одну из приоритетных дидактических задач. Овладение методологией физики должно осуществляться с помощью специально разработанных упражнений. Отметим также, что методология физики, будучи подсистемой любого физического знания, выполняет системообразующую функцию. В соответствии с этим, в дидактике физики понятия, методы, принципы, относящиеся к высшим уровням методологии, служат основой для "генерализации" знаний.

На настоящем этапе исследований нами разработан и внедрен в учебный процесс ряда школ спецкурс (факультатив) по решению физических задач повышенной трудности [4], эффективность которого подтверждена результатами педагогического эксперимента [5], а так же тем фактом, что ученики, посещавшие спецкурс, неизменно становятся призерами Бийских городских физических олимпиад. Программа спецкурса предусматривает овладение учащимися метазнаниями о "предмете труда", т.е. физической учебной задаче (структура, типология) и сущности процесса ее решения, изучение психологических основ деятельности (структура и содержание деятельности по решению задач), рефлексивное овладение методологией физики различных уровней как "инструментарием". Методологический материал той или иной физической теории выделяется, конкретизируется в ходе обобщающего повторения, предваряющего решение задач. Решение задач и соответствующий методологический анализ, как правило, осуществляется по схеме: формулировка задачи - задача, принятая субъектом на том языке, на котором она сформулирована - первоначальная физическая модель задачи - уточненная физическая модель задачи, допускающая ее решение в рамках нормативного или наличного объема знаний - знаковая модель задачи - математическая модель задачи - преобразованная математическая модель задачи - физическая модель предмета задачи, содержащая искомые характеристики - физическая реальность. Отметим, что на последнем этапе решения выполняются такие действия, как интерпретация полученных математических результатов, проверка результатов и процесса решения (в т.ч. решение задачи другим способом), определение границ применимости, практической значимости результатов и найденного пути решения, формулировка ответа.

В процессе решения задач по данной схеме возникает насущная потребность в использовании методов различной степени общности, в т.ч. и общенаучного уровня, что способствует их эффективному усвоению. Рефлексивное владение данной совокупностью методов позволяет учащимся грамотно соотносить теоретические знания и предметную действительность, практику, осуществлять многочисленные переходы от чувственно-наглядных образов к абстрактно-понятийным и наоборот, из одной знаковой системы в другую.

Приведенная выше схема преобразования задачи в процессе ее решения в полном объеме воспроизводится лишь при использовании задач определенных видов. Прежде всего, это открытые познавательные задачи, в которых учащимся предъявляется целостный фрагмент действительности - "задачи с лабораторного стола" и видеозадачи (т.е. задачи, содержание которых записано на видеопленку преимущественно в иконической форме). Из задач, предъявляемых в вербальной форме, более ценными являются задачи-оценки и задачи, сформулированные на бытовом языке. Весьма полезно использование "сюжетных" задач. Меняя условия (численные значения, количество и состав данных) при сохранении сюжетной основы, учитель побуждает учащихся целенаправленно преобразовывать физическую и математическую модели, отражающие задачную ситуацию, осуществлять мысленное экспериментирование, оценивать границы применимости моделей и т.д. Один раз убедившись в эффективности общих методов, учащиеся затем широко используют их самостоятельно. Получая (относительно) истинные результаты, учащиеся убеждаются в истинности (относительной) самих методов.

Литература:

1. Ильенков Э.В. Философия и культура. М.: Политиздат, 1991.

2. Певин Н.М., Певина Р.Д. Управление чувственным познанием школьников на основе знаковой учебной модели //Педагог: Наука, технология, практика. 1996. ╣1. С.110-116.

3. Методика преподавания физики в 8-10 классах средней школы. Ч.1. /Под ред. В.П. Орехова, А.В. Усовой. М.: Просвещение, 1980.

4. Тулькибаева Н.Н., Старовикова И.В. Спецкурс по решению физических задач повышенной трудности. Ч.1. Кинематика: Учеб. пособие для учителей и учащихся старших классов. Бийск: НИЦ БиГПИ, 1995.

5. Тулькибаева Н.Н., Старовикова И.В., Старовиков М.И. Обучение решению творческих задач - как основное звено подготовки школьников к выступлениям на физических олимпиадах //Совершенствование работы сельской малокомплектной школы: Сб. научн. трудов. Вып. 2. Бийск: НИЦ БиГПИ, 1996. С.73-80.

Содержание