- •Научно-методические основы ознакомления учащихся с экспериментальными методами физической науки. Структура физического эксперимента (на примере темы)
- •3. Основные этапы формирования знаний школьников о методологической идее единства физической картины мира (на примере темы)
- •5.Физические задачи, их место в учебном процессе. Классификация физических задач. Методика обучения учащихся решению физ. Задач (на примере темы)
- •2.3. Формирование научного мировоззрения
- •7. Методы обучения физике в школе. Классификация, характеристики, реализация в учебном процессе (на примере темы)
- •8. Дидактические средства обучения физике в школе. Классификация средств обучения по функциональному назначению и методика использования в учебном процессе (на примере темы)
- •9.Информационно-коммуникационные технологии обучения физике в школе: классификации, назначение и методика применения (на примере темы).
- •11. Цели обучения физике в школе в рамках компетентностного подхода: способы задания и таксономии (на примере темы)
- •1.3. Таксономии целей обучения физике
- •2. Методика формирования у учащихся знаний о цикле познания (на примере темы)
- •10. Методические особенности обучения физике в профильных классах (гуманитарных, физико-математических и др.) (на примере темы).
- •3. Фундаментальные физические теории как основа содержания и структуры школьного курса физики. Отражение теоретического уровня познания (на примере темы)
- •14.Формы организации учебного процесса по физике (элективные курсы, факультативы, внеклассная работа): цель, назначение, место в учебном процессе.(на примере темы)
- •11.1. Значение факультативных занятий
- •12.1. Виды и формы внеклассной работы по физике
3. Основные этапы формирования знаний школьников о методологической идее единства физической картины мира (на примере темы)
Физическая картина мира как предмет изучения в школьном курсе физики
Содержание школьного курса физики составляют основы науки-физики, которая представляет собой систему знаний об окружающем мире. Идеальную модель природы, включающую в себя общие понятия, принципы, гипотезы физики и характеризующую определенный этап ее развития, называют физической картиной мира (ФКМ). В физической картине мира конкретизируются философские представления о материи и движении, пространстве и времени, взаимосвязи и взаимодействии.
Физическая картина мира является частью естественнонаучной картины мира, представляющей собой высший уровень обобщения и систематизации всей совокупности естественнонаучных знаний, которая в свою очередь является частью общенаучной картины мира.
Важнейшими компонентами понятийной структуры ФКМ являются: исходные философские идеи и представления о материи, пространстве и времени, движении и взаимодействии; физические теории с присущими каждой из них характеристиками (система основополагающих постулатов и принципов, понятийный аппарат, эмпирический базис и т.д.), а также система фундаментальных физических идей и принципов, выражающих взаимосвязи между физическими теориями (схема 4).
|
ФИЗИЧЕСКАЯ КАРТИНА МИРА |
|
||||
|
↓ |
|
↓ |
|
↓ |
|
Исходные философские идеи и понятия |
|
Физические теории |
|
Связи между теориями |
В истории физики существовали три физические картины мира: механическая (МКМ), электродинамическая (ЭДКМ), квантово-полевая (КПКМ). Каждая из них характеризуется определенными представлениями о материи, пространстве и времени, движении и взаимодействии; в каждую из них входит определенная система теорий и законов. Смена картин мира - качественное, коренное изменение этих представлений.
В настоящее время существует современная квантово-полевая картина мира, а механическая и электродинамическая картины входят в нее как частные предельные случаи, содержащие законы и теории, описывающие определенный круг физических явлений.
Одним из структурных элементов ФКМ является физическая теория. Любое знание по своей природе системно, т.е. состоит из определенных элементов, связано с другими элементами знания, способно развиваться и т.д.
В современной физике до создания квантовой механики различные аспекты квантовомеханических процессов описывались и объяснялись с помощью таких частных теоретических схем, как боровская модель атома, теория фотоэффекта, теория излучения абсолютно черного тела и др. При построении фундаментальной теории частные теории включаются в ее состав в качестве компонентов ее содержания. При этом частные теории сохраняют свою значимость в области явлений, для объяснения которых они были созданы. Именно на уровне частных теорий происходит эмпирическое обоснование и опытная проверка основных положений фундаментальных теорий. И фундаментальные, и частные теории имеют одинаковую структуру, которая включает основание, ядро, следствия и интерпретацию. В основание теории входят эмпирический базис, т.е. экспериментальные факты, которые послужили отправной точкой развития теории; модель, т.е. тот идеализированный объект, для которого строится теория; система понятий, включая физические величины и процедуры измерения последних. В ряде случаев в основание входят эмпирически установленные законы, например законы движения.
Ядро теории представляет собой законы, описывающие изменение состояния материального объекта, законы сохранения, постулаты и принципы, а также фундаментальные физические постоянные. К следствиям относятся выводное знание, применение законов, входящих в ядро теории, объяснение эмпирических фактов, предсказание нового. К интерпретации относятся истолкование основных понятий и законов, а также осмысление границ применимости теории. Связи между физическими теориями многообразны и осуществляются на разных уровнях. Они проявляются прежде всего в том, что существуют общие для всех теорий понятия (скорость, масса, импульс и др.), общие законы (закон сохранения энергии-импульса). Связи между теориями осуществляются и на уровне общих физических принципов, которые в настоящее время имеют статус методологических общенаучных принципов. К ним относятся принципы соответствия, дополнительности, симметрии и причинности.
Принцип соответствия предполагает, что теории, «...справедливость которых установлена для той или иной предметной области, с появлением новых более общих теорий не устраняются как нечто ложное, но сохраняют свое значение для прежней области как предельная форма и частный случай новых теорий»1. Принцип соответствия ввел Н.Бор при разработке теории атома и установлении связи между движением электронов в атоме и излучением. В дальнейшем он стал исходным при построении квантовой механики. Однако действие принципа соответствия не ограничивается рамками классической и квантовой механики. Так, он связывает классическую и релятивистскую механику, волновую и геометрическую оптику, классическую и квантовые статистики и т.д. Более того, принцип соответствия «работает» и в математике (геометрия Лобачевского и геометрия Евклида), и в биологии (хромосомная теория и теория Менделя). Таким образом, принцип соответствия, возникнув как полезный эвристический прием, превратился в один из методологических принципов современного естествознания.
Принцип дополнительности также был введен в науку Бором при обсуждении проблем интерпретации квантовой теории. Им дополнительность понималась как дополнительность волновых и корпускулярных представлений, что в пределах квантовой механики является дополнительностью классических понятий и квантового отрицания этих понятий, причем само понятие «дополнительность» означает, что каждый из дополнительных аспектов теряет без другого физический смысл.
В дальнейшем Бор распространил этот принцип на световые явления.
Принцип дополнительности, подобно принципу соответствия, является в настоящее время общенаучным принципом, поскольку ему подчиняются процессы любой природы. Так, рассмотрение биологических явлений возможно на клеточном, молекулярном уровнях, на уровне организма в целом. Знания, полученные на этих уровнях, взаимно дополняют друг друга и позволяют создать более полную картину явления.
Принцип симметрии также понимается как методологический общенаучный принцип познания. Понятие симметрии неразрывно связано с понятиями однородности и неоднородности, изотропности и анизотропности, равномерности и неравномерности, однообразия и разнообразия, порядка и беспорядка, покоя и движения, сохранения и изменения, равенства и неравенства и т.д. Наиболее заметную роль играет принцип симметрии в физике, поскольку все физические законы пронизаны теми или иными свойствами симметрии, которые отражаются в них. С симметрией непосредственно связаны законы сохранения. Содержание принципа причинности менялось с течением времени. В рамках механической картины мира сложилось представление о динамической причинности, суть которой заключается в существовании однозначных связей между причиной и следствием. В частности, состояние тела во время механического движения однозначно определяется его начальным состоянием и действующими силами.
Возникновение и развитие квантовой теории привело к пересмотру представлений о соотношении динамических и статистических законов и теорий. Сформировалось представление о том, что и те, и другие выражают объективно существующие причинно-следственные связи, однако статистические теории и законы