CC BY
14
ТЕМПОРАЛЬНО ОРИЕНТИРОВАННАЯ СИСТЕМА ОБУЧЕНИЯ ФИЗИКЕ
I А. Е. Тулинцев
Аннотация. В статье автор размышляет о том, что технологические изменения, происходящие в мире, приводят к увеличению разрыва между «передним краем науки» и «вершиной» знания, преподаваемого в вузах. По мнению автора, в условиях такого кризиса необходим поиск способа обновления образования, связанный с развитием открытых, инновационных образовательных практик и пониманием, освобожденным от процессов устаревшей формализации.
Ключевые слова: время, фундаментальные взаимодействия, структура курса (физики.
Summary. The author argues that the technological changes going on in the world lead to a greater gap between the "front line of science" and the "top" of knowledge taught in universities. The author concluded that in the conditions of such a crisis we need to search for a way to renew education which would have to do with developing opened, innovative educational practices and understanding released from the processes of out-of-date formalization.
Ф #
Keywords: time, fundamental interactions, Physics course structure.
Глубокие технологические изменения и, как их следствие, культурные и социальные трансформации второй половины ХХ в., привели к необходимости переосмысление личностью процесса обретения своей идентичности, а также роли и значения образования в современном мире. Следствием вышеуказанных процессов является устойчивый тренд, проявляющийся в интенсивном внедрении в практику образования большого количества инноваций, общая идейная направленность которых -принципиальный переход от знание-вой парадигмы к личностной.
Личностная парадигма предполагает, что в качестве доминирующего принципа образование имеет идею развития и воспитания обучаемого, глав-
ным образом, посредством внутренних ресурсов учебных предметов (через новую структуру, содержание, методологию...). Кроме того, в связи с подписанием РФ Болонской конвенции иначе стали определяться цели обучения -они сегодня формулируются в логике компетентностного подхода, то есть знания по физике включают отныне не только собственно теоретические физические знания, но и знания по основам методологии, истории науки и др. Вместе с тем важно понимать, что отказ от традиционной, «знаниевой» парадигмы образования вовсе не означает отказа от принижения роли знаний -просто они из основной и почти единственной цели образования становятся средством, «оружием» деятельности.
199
фундаментальная наука вузам
Одним из условий, способствующих реализации нового понимания целей образования, является как транслирование, так и отражение субъектом обобщенных существенных связей и отношений действительности, а такой подход требует выделить «главные» общенаучные понятия, которые в изменившихся условиях получили новое осмысление, новые интерпретации, новый статус и, следовательно, должны занять новое место в структуре и содержании учебного предмета. Одним из небольшого числа таких понятий является понятие времени.
Действительно, один из главных феноменов современной науки - переоткрытие времени ПВ [1], термин, предложенный Нобелевским лауреатом И. Пригожиным в контексте модели времени как процессуальной конструкции, предполагающей актуализацию как в естествознании, так и в гуманитарной сфере проблемы темпораль-ности (темпоральность по И. Приго-жину - чувствительность объекта к ходу времени, его «ритмика» обусловленная системным характером взаимо-200 действия с внешней средой). Согласно И. Пригожину - «наука вновь открывает для себя время» [там же], вследствие чего сформулирован интегральный тезис - «материя как объект современных физических законов не есть данность, а есть продукт истории» [там же]. Имеется в виду, что в зависимости от того как (то есть, изменяя какие параметры и в какой последовательности) мы приводим систему к определенному состоянию, зависит ее поведение в этом состоянии. Широкое распространение этого типа мировоззрения привело научную мысль к тому, что даже современная космология (например, в трактовке С. Хокинга и др.) ин-
терпретирует историю мироздания «от большого взрыва до черных дыр» в качестве «Истории времени» [2].
В результате анализа многочисленных исследований мы пришли к выводу, что в рамках, заявленных в заглавии аспектов исследования времени (тем-поральности как основы системы обучения), проблема времени остается весьма актуальной и требует поиска решения двух взаимосвязанных задач:
- понять, что представляет собой время как объективная реальность с точки зрения современной науки;
- изучить роль времени и знания о нем в процессе и результатах обучения.
Базисом для поиска решения этих задач является содержание лидера естественных наук - физики, потому что:
- во-первых, именно в зрелом научном знании с наибольшей отчетливостью выкристаллизовываются основные познавательные тенденции в понимании времени;
- во-вторых, именно в физике пространство-время стало идеализированным объектом фундаментальных теорий - СТО и ОТО;
- в-третьих, при решении проблемы времени главным является изучение простых материальных систем, а переход к системам большей степени сложности есть лишь обобщение полученного знания;
- в-четвертых, именно физика как наиболее зрелая в теоретическом отношении наука вплотную подошла по всем генеральным направлениям своего развития к этапу, когда анализ понятия времени стал насущной потребностью ее дальнейшего развития.
Физическая энциклопедия [3] дает следующее определение времени: «Время - это длительность, которая:
Преподаватель
3 / 2011
• параметрическим образом характеризует разницу, изменения в состояниях объекта;
• является элементарным и неопределяемым признаком, но зависимым от других свойств и отношений;
• является характеристикой процесса, от его начала до конца...».
Таким образом - в физике существуют только длительности процессов. Однако даже среди преподавателей физики широко распространенна иллюзия, состоящая в убеждении, что наряду с длительностями процессов, существует и особое время, независимое от них. В качестве примера приведем следующие цитату: «.до и после взаимодействия частицы существуют свободно, взаимодействие же происходит в точке пространства и в миг времени» [4]. Такое понимание времени (его часто называют ньютоновским) соответствует классической картине мира. Время при таком подходе характеризуется следующими особенностями:
• оно не связывается с какими-либо реальными взаимодействиями реальных объектов;
• оно существует как нечто субстанциональное;
• все неравномерные материальные процессы совершаются в равномерно текущей, абсолютной, ни отчего независимой длительности.
Другое понимание времени - это концепция Г. Лейбница, названная позднее концепцией относительности времени, реляционной концепцией, и именно она максимально близка по смыслу с основными положениями теории относительности А. Эйнштейна. В ней предполагается зависимость времени от реальных процессов изменения. Установление связи времени с процессом изменения позволяет вы-
вести проблему определения времени из круга тавтологий. Так проблема времени переводится на качественно новый уровень и рассматривается уже как проблема форм времени.
Теория форм времени долго не получала научной разработки и лишь начиная со второй половины XX в. к ней возрастает интерес. К этому периоду относится появление одной из продуктивных концептуальных идей московского философа и физика, доцента МГПИ им. В. И. Ленина Р. А. Аронова, получившая свое развитие в диссертационных исследованиях его учеников. Было высказано предположение о том, что качественно различные фундаментальные физические взаимодействия проявляются в качественно различных свойствах пространства и времени. Имелось в виду, что свойства пространства и времени изменяются от одного типа взаимодействий к другому, то есть в случае соответственно электромагнитных, слабых, ядерных и гравитационных взаимодействий свойства времени и пространства оказываются различными. Так, дальнейший анализ времени оказался связан с исследованием единства времени и взаимодействий, а проблема времени становится производной от проблемы анализа форм взаимодействий.
Роль фундаментальных взаимодействий как систематизирующего элемента построения курса физики исследовалась В. В. Мултановским [4] и др., правда, в отрыве от проблемы времени. Проблема времени же рассматривалась в МПФ косвенно, в контексте формирования пространственно-временных представлений при анализе методики преподавания специальной теории относительности (СТО) и общей теории относительности (ОТО). В 60-ые гг. ХХ в. возникло целое научно-методическое
201
вЕК
фундаментальная наука вузам
направление, которое достигает амплитуды своего развития в 1974 г., когда была защищена диссертация А. А. Пинского [5]. А. А. Пинским была разработана новая система построения курса физики в школе и общего курса физики в вузе, в котором релятивистские идеи последовательно и систематически изучаются по всему курсу и где они служат фундаментом для формирования современной физической картины мира. Вышесказанное создает на первый взгляд впечатление, что проблемы связанные с преподаванием теории относительности (ТО) и формированием научных представлений о времени полностью преодолены и исследованы глубоко и всесторонне, и можно утверждать о достижении решения. Однако это впечатление ошибочно, что и подтверждается результатами многочисленных педагогических экспериментов. Таким образом, актуальность новых исследований в этом направлении обуславливается рядом так и не разрешенных на практике противоречий между:
• сложившимся сателлитными местом и ролью теории относительности
202 в структуре физики и как науки, и как учебного предмета и ее фундаментальным значением для понимания теорий современной физики;
• «по сути» факультативным, формальным, порой просто как «набора парадоксов», изучением теории относительности в курсах физики различного уровня и важнейшим, «стержневым» ее научным содержанием составляющим основу современной научной картины мира;
• существующей традиционной практикой как научной, так и методической подготовки преподавателей физики по теории относительности и необходимостью организации такой
системы изучения теории относительности и ее следствий, которая бы соответствовала современным целям и задачам образования;
• прегнантностью «классического» понимания таких понятий, как пространство, время, движение и их деривативов, в результате рефлексии жизненного опыта и существующей практики преподавания и подлинно научными, релятивистскими пространственно-временными и динамическими понятиями, которые необходимо сформировать при изучении физики.
Действительно классические понятия укоренились в сознании обучаемых в результате изучения школьного курса физики (ШКФ), обыденного жизненного опыта. Подлинно научные представления - необычны, новы и не проявляются в реальном мире человека. Мы предположили, что если использовать такое обновление содержания курса физики, которое бы основывало преподавание на подлинно научных представлениях соответствующих релятивистским пространственно-временными и динамическими позициям, а значит и современным целям и задачам образования, то такой подход к обучению позволит преодолеть барьер обыденных представлений и разрешить все вышеуказанные противоречия. Реализация же такого обновления возможна через повышение логической строгости и подлинной научности излагаемого материала.
Рассмотрим этот вопрос подробнее. Упрощая, представим логику изучения произвольной дисциплины в виде теоретического ряда. При этом констатируем, что, в любом учебном курсе неизменно рассматривается большая связка теорий. Изобразим эту связку следующим образом:
Т ^ Т2 ^ Т3 ^ •
^ т
(1)
Преподаватель
3 / 2011
ф
Значок стрелочки символизирует преодоление затруднений, проблем предыдущей теории и переход к новой теории качественно более высокого уровня. То есть последняя теория в составе ряда (1) есть и самая развитая теория данной науки (дисциплины) -т . Она не содержит всех тех ошибочных суждений и построений, которые были выявлены до ее создания. Иначе, пройдя ряд (1) и дойдя до самой развитой теории, мы видим, какую именно теорию следует поставить на первое место нового «повернутого» ряда 2:
(2)
t ^ t . ^ t 2 ^... ^ т.
n n—1 n-2 1
В ряде (2) нет противоречий и ошибочных рассуждений, поэтому содержание любой теории интерпретируется строго непротиворечиво, отсюда ряд (2) является логически стройным, не проблемным, а интерпретационным и подлинно научным.
Рассмотрим, как работает этот подход (названный его автором профессором ИАТЭ НИЯУ МИФИ В. А. Канке - «трансдукционным») при решении задачи предложенных обновлений содержания курса физики. Имеем ряд типа 1, в котором представлена типичная хронология физики в рамках традиционного изложения раздела «Механика»:
Т (кинематика Ньютона) ^ т2 (динамика Ньютона) ^ т3 (Специальная теория относительности) ^ т4 (Общая теория относительности) ^ т5 (Теория поля).
Однако в курсах физики высшей школы, за исключением классических университетов теории Т4 и т5 рассматриваются обзорно и по этой причине не могут служить основой для по-
вернутого интерпретационного ряда типа 2. Следовательно, интерпретационный ряд типа 2 в самом общем случае принимает вид:
Обзорные представления об ОТО и тп ^ T3 (Специальная теория относительности) ^ t2 (динамика Ньютона) ^ t. (кинематика Ньютона).
То есть при изучении физики в вузе необходимо первоначальным полноценным элементом рассматривать СТО, а именно ее ключевое понятие - понятие «одновременности». Преподаватель, опираясь на СТО, которая известна студентам из ШКФ, подчеркивает обусловленность времени динамикой процессов. После этого он отмечает, что общая теория относительности описывает гравитационные явления и ставит вопрос об обусловленности свойств времени динамикой процессов, гравитационными взаимодействиями. Такое введение позволяет создать предпосылки для дальнейших рассуждений и поисков.
СПИСОК ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ
1. Пригожин И., Стенгерс И. Порядок из хаоса: Новый диалог человека с природой [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.i-ru/biblio/archive/prigojin_ porjadok/08.aspx
2. Хокинг C. Краткая история времени: От Большого Взрыва до черных дыр. - М.: Амфора, 2010. - 231 с.
3. Прохоров А. М. Физическая энциклопедия (в 5-ти томах). Том 1 [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http:// lib. mexmat.ru/books/ 52180
4. Мултановский В. В. Физические взаимодействия и картина мира в школьном курсе. - М.: «Просвещение», 1977. - 162 с.
5. Пинский А. А. Релятивистские идеи в преподавании физики: Автореф. дисс. ... д-ра пед. наук. - М., 1974. - 27 с. Ц
203
