Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Методологические основы курса физики. Учебно-методичеcкое пособие
.pdf
ношении необходимо, так как в противном случае у учащихся может воз-
никнуть своеобразный «нигилизм» - убеждение, что им рассказывают о
неправильных, а потому и ненужных законах. Знакомство с границами
применимости знаний дает возможность сформировать у учащихся пред-
ставления о диалектическом пути человеческого познания природы, при
котором «неполное, неточное знание становится более полным и более
точным».
Учебный материал, предлагаемый для изучения в старших классах,
включает целый ряд примеров, позволяющих ознакомить учащихся с гра-
ницами применимости физических понятий и законов.
Преемственность в развитии физических явлений
Ознакомление учащихся с границами применимости каждого от-
дельного закона или теории должно идти параллельно с усвоением другой
важной закономерности развития физической науки - преемственностью
знаний. Физика не должна представляться учащимся как последователь-
ность катастроф, возникновения и крушения физических теорий, отри-
цающих одна другую. Развитие физических знаний - это закономерное и
последовательное обобщение, в процессе которого обнаруживается преем-
ственность научного знания и объективная ценность физических теорий.
Контрольные вопросы
1. Какая разница между физическим экспериментом и техническим изме-
рением?
2. В чем отличие науки от суеверия и религии?
3. Всегда ли надо следовать изречению Ньютона: «Гипотез не измыш-
ляю»?
4. Можно ли на основе физических и химических законов полностью объ-
яснить деятельность живого организма?
71
5. Как применяются такие методы теоретического познания, как идеали-
зация, моделирование, аналогия?
6. Какую роль играют методы теоретического познания при изучении от-
дельных вопросов курса физики, такие, как идеализация, моделирование, аналогия?
Задания:
1. Рассмотрите мысленный эксперимент в курсе физики в разделе «Меха-
ника».
2. Выделите основные стержневые методологические идеи, охарактери-
зуйте их и систематизируйте их в таблице.
Терминологический минимум
Моделирование – построение понятийной, знаковой или процессу-
альной конструкции, внутренней связи отражающей наиболее важные
свойства изучение объекта (В.Г. Крысько).
Наблюдение (Г.М. Голин) - это целенаправленное восприятие явле-
ний окружающей действительности, в ходе которого получают знания о
внешних сторонах, свойствах и отношениях изучаемых объектов.
Под экспериментом понимают такую практически познавательную
деятельность человека, когда последний активно вмешивается в протека-
ние изучаемого процесса.
Термин «опыт» в науке используют предельно широко – как вся со-
вокупность практических взаимоотношений между человеком и матери-
альным миром, как результат освоения действительности.
В истории физики термин «опыт» означает эксперимент или на-
блюдение, проведенные ученым.
В методике преподавания физики термин «опыт» используют чаще
других, когда речь идет о самостоятельном эксперименте или наблюдении
72
учащегося в процессе лабораторного практикума и фронтальных лабора-
торных работ или демонстрации учителя, за которой учащийся наблюдает.
Теория – совокупность взглядов, суждений и умозаключений, пред-
ставляющих собой результат познания и осмысления изучаемых явлений и
процессов объективной действительности. (В.Г. Крысько)
Теоретическое познание школьника включает как уровень овладе-
ния отдельными методами, так и уровень усвоения целостной физической
теории.
Идеализация – мысленный, идеализированный объект, не сущест-
вующий в действительности, и только в таком виде он рассматривается в
теории.
Физические модели – это не точные копии в определенном масшта-
бе какого-то объекта, нечто вроде технической модели самолета или автомобиля, воспроизводящей во всех деталях внешний вид оригинала.
В физике под моделями понимают природные или идеальные объек-
ты, воссоздающие общую картину, в которой переданы наиболее харак-
терные черты рассматриваемых процессов или объектов.
Аналогия – прием теоретического познания, когда по сходству одних признаков каких – то явлений делается вывод о сходстве других признаков.
Мысленный эксперимент – операции, которые предшествуют реальным опытам, являясь их детальным продумыванием, мысленной «репетицией».
Гипотеза – предположение, на основе которой ученый объясняет
наблюдаемое явление.
Гипотеза научная – научное предположение, выдвигаемое для объяснения какого-либо явления, требующее проверки на опыте.
Рекомендуемая литература
73
1. Голин, Г.М. Вопросы методологии физики в курсе средней школы: кн.
для учителя. – М.: Просвещение, 1987.
2. Ефименко, В.Ф. Методологические вопросы школьного курса физики.
– М., 1976
Тема 6. Формирование знаний о научном эксперименте
План:
1. Введение;
2. Понятие физического эксперимента;
3. Классификация физического эксперимента;
4. Методологические обобщения при проведении различных видов экспе-
риментов: наблюдений, опытов, лабораторных работ.
1. Введение
Объектом изучения является эксперимент как научный метод. Экс-
перимент можно изучать с различных точек зрения: истории возникнове-
ния, развития, классификации, описание особенностей и так далее. Оста-
новимся на таких важных элементах рассмотрения, как практический ба-
зис экспериментального исследования, его общее строение, логические
средства и методологические обобщения при проведении наблюдений,
опытов и лабораторных работ.
2. Понятие физического эксперимента
Прежде чем говорить о том, как осуществляется экспериментальное
исследование, необходимо иметь ясное представление о том, что такое
эксперимент, каковы его отличительные особенности, как он соотносится с
другими методами познания.
Сложность заключается в том, что эксперимент как метод науки
стоит в центре пересечения практических и познавательных деятельно-
стей, включает признаки чувственного и рационального, эмпирического и
74
теоретического, объективного и субъективного. Другими словами, экспе-
римент интегрально заключает в себе признаки различных сторон позна-
вательной деятельности, и именно этим определяется сложность его природы, трудности определения.Таким образом, сущность эксперимента за-
ключается в том, что в нем сочетаются приемы практического, чувствен-
ного и рационального познания. Анализ этих сторон и позволяет рас-
крыть природу эксперимента – научного метода. По форме эксперимент
сближается с деятельностью, в которой принимают участие субъект и
объект, средства их взаимного воздействия и сама деятельность, в резуль-
тате которой реализуется субъективная цель, видоизменяется объект,
принимающий удобную форму для обеспечения потребностей человека.
В эксперименте выделяются также субъект и объект познавательного
действия, практические средства познания (приборы и инструменты) и
само действие, направленное на изменение объекта.
Итак, эксперимент с самого начала выделяется в особый вид прак-
тики, предпринимаемой с целью получения нового знания и проверки
старого. В процессе эмпирического исследования на изучаемый объект
действительно влияет прибор, а иногда полностью его моделирует, но это
не искажает реальных свойств изучаемых явлений, наоборот, служит
единственным средством практического их выявления. Дело в том, что
прибор (экспериментальная установка), хотя и сделан руками человека,
представляет собой часть реального мира, функционирует в полном соот-
ветствие с законами природы. Конструируя сложные технические систе-
мы в качестве средств познания, человек не удаляется от мира, а прибли-
жается к нему. Как известно в природе предметы и явления существуют
не изолированно друг от друга, а находятся во взаимодействии, образуя
тем самым целостную систему материального мира.
75
Таким образом, прибор – важнейшее средство познания, а его ис-
пользование – отличительная особенность эмпирического, в том числе и
экспериментального исследования. Специфика прибора в той или иной
мере обусловливает и специфику разновидностей эмпирического позна-
ния. Поэтому большое значение имеет классификация приборов. Их
можно подразделить на пять основных групп:
1. Приборы, увеличивающие силу и диапазон чувственного воспри-
ятия (микроскопы, телескопы, приборы ночного видения, рентге-
новские установки);
2. Измерительные приборы (линейки, часы, барометры, термометры,
счетчики Гейгера);
3. Технические устройства, позволяющие расчленить предметы, про-
никнуть в их внутреннюю структуру (ускорители, центрифуги, пе-
регонные кубы, фильтры, призмы);
4. Технические системы, обеспечивающие необходимые для экспери-
мента условия (барокамеры, аэродинамические трубы, виброси-
стемы);
5. Фиксирующие приборы (кино-, фото-, телеаппаратура, электроско-
пы, осциллографы, различные индикаторы, флюоресцирующие эк-
раны и т.д.).
В современном научном познании, как правило, применяются не от-
дельные приборы, а их комплекс.
Эксперимент как деятельность, имеющая внешние и внутренние,
объективные и субъективные признаки, распадается на ряд этапов, соче-
тание которых раскрывает его логическую структуру. До некоторого (не-
давнего) момента времени его специфика ограничивалась лишь сбором
опытных данных, то есть непосредственным экспериментированием, из
которого выпадали подготовительная и заключительная стадии. Счита-
76
лось, например, что логическая обработка данных выходит за рамки чисто
экспериментального исследования и относится к разряду теоретического
познания.
В настоящее время стало ясно, что простые логико-математические
операции входят в структуру эмпирического исследования, частью кото-
рого является эксперимент. И без некоторой, хотя бы минимальной обра-
ботки данных опыта, то есть без особой теоретической части, эмпириче-
ское исследование не существует.
Исходя из этого можно утверждать, что эксперимент вовсе не огра-
ничивается лишь проведением опыта и получением исходной информа-
ции, а складывается из этапов, на каждом из которых по-своему сочетают-
ся элементы чувственного, практического и теоретического познания. К
ним можно отнести следующие: 1) подготовительный, 2) этап проведения
эксперимента и получение опытных данных; 3)этап обработки опытных
данных или заключительный. Анализ структурных особенностей экспе-
риментального исследования помогает раскрыть его природу с гносеоло-
гической точки зрения, то есть с позиции соотношения объекта и субъекта
познавательной деятельности.
В состав эксперимента входят два элемента: средства познания и
предмет познания. Обычно в познавательный цикл приходится вводить
конкретный предмет природы, видоизмененный человеком. При этом та-
кие изменения обусловлены необходимостью создания внешней по отно-
шению к человеку подсистемы «средство познания - предмет познания»,
обеспечивающий решение определенной познавательной задачи. В про-
цессе познания изменение объекта должно быть фиксировано человеком.
Состояние объекта – это характеристика компонентов строения объекта в
такой промежуток времени, в течение которого объект не претерпевает
изменений на определенном уровне его строения. Другими словами, для
77
любого объекта, имеющего конкретный для определенного уровня строе-
ния состав, взаимодействия и структуру, должен быть и такой промежуток
времени, в течение которого сохраняются его состав, взаимодействия и
структура. Нулевых промежутков времени не существует, поэтому всегда
можно выбрать такой интервал, в течение которого те или иные компо-
ненты строения объекта не изменяются. Это, однако, не означает, что его
строение будет сохраняться на всех уровнях. Постоянству в определенные
промежутки времени состава, взаимодействий и структуры на одном
уровне строения, как правило, сопутствуют изменения на других.
Кроме того, в каждом эксперименте вводимый в элементарный акт
объект познания претерпевает конкретные изменения. Эти изменения
должны обладать следующими свойствами:
1. Фиксироваться исследователями;
2. Быть однородными;
3. Относиться к изменениям объекта познания.
Кроме этого, в науке ставятся и сложные эксперименты. Они пред-
ставляют собой различные комбинации экспериментов всех трех типов:
эксперименты, фиксирующие состав и взаимодействия элементов состава;
состав и его структуру; взаимодействия и его структуру.
В тех случаях, когда ученый имеет дело с исследованием такого
объекта, целостность которого не может быть нарушена при решении оп-
ределенных познавательных задач, тогда сложный эксперимент представ-
ляет собой совокупность всех трех типов.
Знания о физическом научном эксперименте формируются прежде
всего в процессе ознакомления с историческом опытами.
78
3. Классификация физического эксперимента
№
п/п
Класс физических опытов
Опыты, относящиеся к данному классу
1
Опыты, благодаря которым было
положено начало новым разде-
лам (направлениям) физики (та-
кие опыты следует называть
фундаментальными)
Опыт Эрстеда по отклонению магнитной
стрелки вблизи проводника с током;
Опыт Фарадея по электромагнитной индук-
ции;
Опыты Беккереля по обнаружению радиоак-
тивности;
Опыты Резерфорда по рассеянию α-частиц и
др.
2
Опыты, позволившие открыть
отдельные физические явления
Опыты Ньютона по дисперсии света;
Опыты Юнга и Френеля по интерференции
света;
Опыт обнаружения Герцем фотоэффекта;
Опыты Резерфорда по превращению ядер;
Опыты Гана и Штрассмана по делению тяже-
лых ядер;
Опыты Черенкова-Вавилова по обнаружению
нового вида излучения и др.
3
Опыты, позволившие установить
свойства и закономерности открытых ранее явлений (самый
распространенный класс физического эксперимента, осуществ-
ляемый ежедневно в научно-
исследовательских лаборатори-
ях)
Опыты Галилея по кинематике равноускорен-
ного движения;
Опыт Бойля с газами;
Опыт Кулона по определению электростати-
ческого взаимодействия;
Опыты Джоуля-Ленца по тепловому действию
тока;
Опыты Фарадея по электролизу;
Опыты супругов Кюри по изучению свойств
радиоактивного излучения и др.
4
Опыты, с помощью которых была доказана справедливость фун-
даментальных теорий
Опыты Герца и Лебедева (подтверждающие
справедливость теории электромагнитного
поля Максвелла);
Опыты Штерна и Перрена (подтверждающие
справедливость молекулярно-кинетической
теории);
Опыты Франка-Герца (подтверждающие
атомную теорию Бора);
Опыт Комптона (подтвердивший справедли-
вость квантовую теорию света);
Опыт Девиссона-Джермера (подтвердивший
идею де-Бройля о волновых свойствах электронах) и др.
5
Опыты – «решающие экспери-
менты», окончательно отверг-
Опыты Паскаля по атмосферному давлению;
Опыт Ньютона с трубкой;
Таблица 2
79
нувшие или подтвердившие
справедливость теоретического
положения (гипотезы)
Опыт Фуко с маятником;
Опыт Фуко по определению скорости света в
воздухе и воде;
Опыт Мейхельсона-Марли и др.
6
Опыты в которых определяется
точное значение физических ве-
личин и постоянных
Опыт Кавендиша по определению постоянной
всемирного тяготения;
Опыты Джоуля по определению точного зна-
чения механического эквивалента теплоты;
Опыты по определению скорости света;
Опыты Милликкена по определению посто-
янной Планка и заряда электрона и др.
7
Опыты и исследования по созданию новых экспериментальных
средств и методов новых материалов, техническому использо-
ванию открытых явлений.
Опыты Вольта;
Опыты Якоби;
Опыты Фарадея;
Опыты Попова;
Создание камеры Вильсона и счетчика Гейге-
ра;
Создание уранового котла;
Создание ускорителей элементарных частиц;
Опыты Басова и Прохорова;
Создание установки «Токомак» и др.
4. Методологические обобщения при проведении наблюдений
Изучая физику, учащиеся знакомятся с двумя методами эмпирического познания: наблюдением и экспериментом.
Физические наблюдения — исторически первый вид исследования,
ставящий себе целью изучение и описание общей качественной картины
явлений. Наблюдение — это рассмотрение явления в его естественном состоянии.
Примеры различных наблюдений, в том числе и исторических— та-
ких, как наблюдения свободного падения Аристотелем и Галилеем, элек-
трического тока Гальвани, действия тока на магнитную стрелку Эрстедом,
рентгеновских и радиоактивных лучей Рентгеном и Беккерелем и др. помогут учащимся:
глубже осознать материальность и познаваемость природных явле-
ний,
научиться отличать внешнюю, кажущуюся видимость от реальности,
80
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]