На правах рукописи

УДК 372.853

Ситнова Елена Владимировна

Развитие парадоксальности мышления как фактор обеспечения качества ФИЗИЧЕСКОГОобразования

Специальность: 13.00.02 ? теория и методика обучения

и воспитания (физика, уровень общего образования)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора педагогических наук

Санкт - Петербург

2009

Работа выполнена на кафедре методики обучения физике государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Российский государственный педагогический университет им. А.И. Герцена»

Научный консультант:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

академик РАО, доктор физико-математических наук, профессор

КОНДРАТЬЕВ АЛЕКСАНДР СЕРГЕЕВИЧ

доктор физико-математических наук, профессор

УЗДИН ВАЛЕРИЙ МОИСЕЕВИЧ

доктор педагогических наук, профессор

СОКОЛОВА ИРИНА ИВАНОВНА

доктор педагогических наук, профессор

ЕФРЕМОВ ОЛЕГ ЮРЬЕВИЧ

Санкт-Петербургская академия

постдипломного педагогического образования

Защита состоится « ____ » _______________ 2009 года в _______ часов на заседании диссертационного совета Д 212.199.21 по защите диссертации на соискание ученой степени доктора наук при Российском государственном педагогическом университете им. А.И. Герцена по адресу: 191186, Санкт-Петербург, наб. р. Мойки, 48, корп.3, ауд. 52.

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке Российского государственного педагогического университета им. А.И. Герцена

Автореферат разослан « ______ » _______________ 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного Совета

кандидат физико-математических наук,

доцент Н.И. Анисимова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

В процессе повышения качества школьного образования, обеспечения более его высокого уровня должно быть решено несколько задач. Основные из которых: обеспечить овладение учащимися твердо установленным объемом знаний и умений и создание возможности углубленного изучения школьных курсов для учащихся, проявляющих повышенный интерес и склонность к тем или иным предметам, что приводит к развитию их творческих способностей. Именно этим объясняется актуальность проблемы развития мышления, являющегося важнейшим условием становления личности в целом.

Одно из направлений развития методики обучения физике должно осуществляться в таком ключе, чтобы ориентировать учебный процесс на выявление лиц склонных к исследовательской деятельности, способных к физике учащихся, создающих на уроке особого рода «физическую атмосферу». Образование от «справочного» знания должно перейти к образованию «научному».

В соответствии с одним из основных принципов дидактики - принципом развивающего обучения, а также в соответствии с целями физического образования, одной из которых является - формирование научного мышления и мировоззрения учащихся, овладение ими методами научного познания природы, на данном этапе перехода к образованию научному, решению ряда исследовательских задач, необходимо вести речь о развитии физического мышления обучаемых. Физическое мышление является специфическим в том плане, что оно проявляется в исследовании (изучении) содержания физики с помощью физических методов с использованием всех структурных элементов знаний.

Приведенный в диссертационном исследовании анализ показал, что именно физическое мышление может в настоящее время рассматриваться как эталон научного мышления. Физическое мышление вовсе не есть само собой разумеющийся прием, к нему надо привыкать, оно достигается длительным упражнением и обучением, и одна из главных задач преподавания физики - в воспитании этого мышления.

Особое место в условиях повышения качества обучения физике занимает проблема развития определенной черты физического мышления, обычно понимаемой как его «парадоксальностью». Парадоксальность - характерная черта современного научного познания мира. Понятие парадоксальности мышления весьма многогранно. Одной из его основных характеристик, является способность увидеть различные варианты трактовки полученного результата, а также связь между различными, на первый взгляд, не связанными между собой явлениями и описывающими их понятиями.

Вот как оценивал эту проблему А. Эйнштейн: «Как человек, пытающийся описать мир, не зависящий от актов восприятия, он (ученый) кажется реалистом. Как человек, считающий понятия и теории свободными (не выводимыми логическим путем из эмпирических данных) творениями человеческого разума, он кажется идеалистом. Как человек, считающий свои понятия и теории обоснованными лишь в той степени, в которой они позволяют логически интерпретировать соотношения между чувственными восприятиями, он является позитивистом. Он может показаться точно так же и платоником и пифагорийцем, ибо он считает логическую простоту непреложным и эффективным средством своих исследований». Трудно дать более исчерпывающую характеристику мышления действительно гениального исследователя, которая так ярко отражала бы его парадоксальность.

Развитие парадоксального характера мышления обучаемых, не отменяет все остальные цели обучения физике, начиная от усвоения определенной совокупности конкретных физических знаний, овладения основными методологическими принципами физики и ее математическим аппаратом, развития высшей степени физического понимания и т.д. Напротив, выработка парадоксального характера мышления производится именно на основе этих фундаментальных моментов физического образования, и параллельно с ними представляя собой, восхождение на вершину, которая включает в себя все эти моменты. Фактически это последний штрих в полноценном физическом образовании, знаменующий становление компетентности ученого как исследователя природы.

Выработку парадоксального характера физического мышления следует начинать буквально с первых шагов обучения физике, четко определяя при этом педагогическую задачу - какую именно черту парадоксальности следует подчеркивать, разбирая тот или иной конкретный вопрос. Школа должна обеспечивать условия для формирования в каждом ученике свободной критически мыслящей творческой личности, способной осознать и развивать свои задатки и склонности, найти свое место в жизни. В процессе создания условий для самообразования учащихся, учитель должен готовить их к оценке парадоксальности физических теорий систематическим включением физических парадоксов в практику преподавания.

Обнаружение парадоксального, раскрытие назначения парадокса, как источника новых приобретений в знаниях, его роли в достижении плодотворных идей - является важным этапом освоения методологии физики и одним из важнейших компонентов обучения физике. Физические парадоксы повышают эффективность обучения физике в высшей и средней школе, что ведет к развитию физического мышления, а, следовательно, повышению качества физического образования. Задача учителя заключается в сообщении учащимся максимально возможной суммы знаний, в обучении его основам наук, развития парадоксального характера физического мышления, способности приобретать знания самостоятельно. Следует отметить, что идеализация и моделирование является одним из основных методов теоретического познания.

Актуальность исследования на современном этапе обусловлена:

-- социальной потребностью в элементах образования, отражающих методологические достижения физики адекватно возрастным и индивидуальным особенностям учащихся,

-- методической неопределенностью минимума знаний общенаучного уровня, лежащего в основе непрерывного физического образования,

-- социальной потребностью в поиске и внедрении принципиально новых подходов и возрастающим требованиям к качеству образования, его процессу и результатам,

-- созданием возможности углубленного изучения физики для учащихся, проявляющих повышенный интерес и склонность к изучению предмета, что приводит к развитию их физического мышления и творческих способностей, являющихся важнейшим условием становления личности в целом,

-- необходимостью раннего выявления лиц, способных к ранней исследовательской деятельности;

-- недостаточной разработанностью методических комплексов по развитию парадоксальности физического мышления и использованию физических парадоксов на всех этапах обучения физике.

Как показало диссертационное исследование, решения проблемы качества физического образования, совершенствования педагогического процесса по использованию физических парадоксов и развитию парадоксальности мышления в школе вызывает наименьшую удовлетворенность, как учителей, так и учащихся. Высокую потребность в разработке методической системы по развитию парадоксальных черт мышления и методики использования физических парадоксов испытывают все учителя физики. В то же время проблема формирования парадоксальных черт мышления при обучении физике, в частности, на основе использования физических парадоксов, имеет не достаточную научную разработку, о чем свидетельствуют современные публикации в данной области. Поэтому концептуальное научное исследование в области методики обучения физике в системе общего образования является актуальным.

Объектом исследования является педагогический процесс обучения физике в средней школе.

Предметом исследования является развитие парадоксальных черт физического мышления в процессе обучения физике в средней школе.

Цель исследования теоретическое обоснование методической системы развития парадоксальности мышления и использования физических парадоксов, как средства развития парадоксальности мышления на основе методологического подхода.

В основу исследования была положена гипотеза (концепция) исследования формулируется следующим образом: обеспечение качества физического образования, может быть достигнуто путем развития парадоксальных черт мышления, поиска парадоксальных идей решения физических задач, а также последовательного использования физических парадоксов при обучении физике, как высшей степени физического понимания, которое является одним из обязательных условий постановки физического образования на надежную методологическую основу.

Для проверки гипотезы и достижения цели исследования решались следующие задачи:

- определить основные черты физического мышления, показать, что парадоксальность - одна из характеристик физического стиля мышления,

- проанализировать характер проявления парадоксальных черт мышления в курсе физики средней школы,

- разработать методическую систему развития парадоксальности мышления, выявить психолого-педагогические аспекты развития парадоксальности мышления,

- проанализировать роль и место научных парадоксов в физике,

- на основе анализа физической, психолого-педагогической и методической литературы проанализировать дидактические и методические возможности и особенности целенаправленного изучения и последовательного использования физических парадоксов, как средства развития парадоксальности мышления, соотнести результаты анализа с практикой обучения,

- рассмотреть основные причины целесообразности использования учебных физических парадоксов,

- разработать требования к учебному парадоксу,

- разработать методику использования физических парадоксов,

- исследовать вопрос о влиянии разработанных методик обучения на развитие парадоксальности мышления и физического понимания.

Теоретико-методологическую основу исследования составляют:

- труды физиков-исследователей по вопросам методической обработки ключевых достижений классической и современной физики и их мировоззренческим и методологическим аспектам;

- научно-методические работы по вопросам использования физических парадоксов в учебном процессе;

- научно-методические работы по вопросам организации познавательной деятельности обучаемых, гуманизации и индивидуализации при обучении физике, концепции проблемного обучения, развитию мышления и творческих способностей учащихся;

- работы по проблемам организации и проведения научных исследований в педагогике.

Источником диссертационного исследования явился также собственный опыт автора как учителя школы, преподавателя и исследователя научно-методических проблем в педагогическом вузе.

Методы исследования подбирались по требованию адекватности задачам исследования. На разных этапах исследования использованы следующие методы: теоретический анализ философской, психолого-педагогической, методической литературы по теме исследования; изучение массового и обобщение передового педагогического опыта; наблюдение и участие в учебном процессе по физике; педагогические измерения (по результатам наблюдений, анкетирования учащихся и учителей, ретроспективных опрос учащихся, бесед с учащимися); метод экспертных оценок; педагогический эксперимент со статистической обработкой его результатов с целью определения эффективности и коррекции предлагаемой методики.

Логика исследования включала следующие этапы:

- общее ознакомление с проблемой исследования и определение его границ,

- изучение передового педагогического опыта учителей школ и преподавателей ВУЗов,

- анализ педагогической и методической литературы, рассмотрение психологического, педагогического и методического аспектов проблемы,

- выбор адекватных методов исследования,

- формирование целей работы и разработка гипотезы исследования,

- разработка требований к выбору парадоксов,

- создание и научное обоснование целостной методической системы проведения практических занятий по формированию парадоксальности мышления через использование физических парадоксов,

- организация и проведение констатирующего и формирующего этапов педагогического эксперимента,

- обобщение полученных теоретико-экспериментальных данных.

Обоснованность и достоверность научных результатов и выводов обеспечивается:

- всесторонним анализом исследуемой проблемы,

- глубоким анализом объекта исследования на основе физико-математической, психолого-педагогической и методической литературы;

- использованием разработанных методик исследования, адекватных поставленным целям,

- длительностью эксперимента, его повторяемостью и контролируемостью, широкой экспериментальной базой, применением разнообразных педагогических методов исследования;

- репрезентативностью и положительными результатами педагогического эксперимента, проведенного с 1997 по 2008 гг;

- согласованностью прогнозов исследования и результатов;

Критерии эффективности разработанной методики:

- уровень физического понимания;

- уровень развития мышления;

- качество знаний и умений,

- способность обучаемых к анализу парадоксов, к переносу знаний;

- позитивное влияние предлагаемого подхода, оцениваемое по двум аспектам: на уровень овладения методологией, на общий уровень освоения предметных знаний при обучении физике;

- положительная динамика проявления познавательных интересов у обучаемых;

- положительная динамика проявления интереса у обучающих;

- экспертные оценки эффективности методики развития парадоксальности мышления;

- уровень выполнения требований программы по усвоению основных понятий, законов, теорий.

- степень логического и творческого подхода к решению задач.

- умение учащихся выполнять разнообразные мыслительные операции.

- эффективность приобретаемых умений и навыков при последующей деятельности.

Научная новизна исследования

1. В отличие от предшествующих работ, проблема развития парадоксального характера мышления как характеристика стиля физического мышления стала объектом специального научного исследования; рассмотрен философский аспект проблемы в рамках различных философских конструкций. Определена возможность развития парадоксального характера физического мышления, заключающаяся в исключительной сбалансированности качественного и количественного подходов к исследованию изучаемых явлений.

2. Впервые обосновано понятие парадоксального характера мышления при обучении физике в средней школе, которое необходимо развивать на основе следующих положений:

- использования аналогий, позволяющих применять одинаковый математический аппарат при описании явлений различной физической природы;

- рассмотрения различной физической трактовки одних и тех же математических выражений;

- обобщения математической модели рассматриваемых явлений;

- включения физических соображений на различных этапах сформулированной математической задачи;

- использования принципа дополнительности при анализе физических и математических моделей явления;

- использования математических представлений в качестве не только инструмента, но и источника принципов, на которых формулируется физическая теория;

- оценки уровня математической строгости при анализе уравнений, описывающих рассматриваемый процесс;

- понимания и умения использовать принцип математической красоты, как критерия правильности физической теории.

3. Представлено комплексное исследование изучение проблемы развития парадоксального характера мышления через использование физических парадоксов, определяющее их место, роль, причины появления и целесообразность использования при обучении физике в средней и высшей школе.

4. В работе впервые разработана методическая система развития парадоксального характера мышления при обучении физике в средней школе; предложена методика последовательного использования парадоксов на различных ступенях обучения физике.

Теоретическое значение исследования состоит в построении теоретических основ методической системы развития парадоксального характера мышления, как одного из наиболее эффективных критериев оценки степени его сформированности - методики целенаправленного, последовательного использования физических парадоксов, которые позволят решить задачу о повышении качества фундаментального характера физического образования в средней школе, обеспечить понимание сути физических явлений, развивать физическое мышление у обучаемых.

Практическое значение исследования заключается в том, что сформулированные теоретические положения доведены до уровня конкретных методических разработок и рекомендаций по развитию парадоксального характера мышления учащихся в процессе обучения физике, последовательного использования физических парадоксов, обучению разрешению физических парадоксов. В работе разработана методика проведения занятий на различных ступенях обучения физике.

Основные результаты, материалы, разработки и выводы диссертационного исследования могут быть использованы при обучении физике в учреждениях системы общего образования.

Апробация результатов исследования:

1. Теоретические позиции проверялись как посредством публикаций результатов по теме исследования, так и посредством чтения лекций для учителей и выступлений на конференциях, семинарах. К числу последних относятся «Герценовские чтения»: Научная конференция (СПб., 1997 - 2008 гг.); «Обучение физике в школе и вузе в условиях модернизации системы образования»: Всероссийская научно-методическая конференция (Нижний Новгород 2001, 20004, 2005 гг.); «Новые технологии в преподавании физики: школа и вуз»: Международная научно-методическая конференция» (М., 2000); «Модели и моделирование в методике обучения физике»: Республиканская научно-теоретическая конференция (Киров, 1998, 2000); «Современные средства контроля и оценки качества подготовки специалистов в вузе»: Научно-методическая конференция (Иваново 1997 - 2008 гг.); «Физика в системе современного образования»: Международная конференция (Волгоград 1997, СПб., 2007 г.); «Формирование учебных умений в процессе реализации стандартов образования»: Всероссийская научно-практическая конференция (Ульяновск, 2001, 2003, 2004); «Повышение эффективности подготовки учителей физики и информатики»: Международная научно-практическая конференция (Екатеринбург 2000, 2007); «Фундаментальные науки и образование» Всероссийская научно-практическая конференция (Бийск, 2008): «Новации и традиции в преподавании физики: от школы до вуза»: Всероссийская научно-практическая конференция (Тула, 2008).

2. Практические результаты исследования были апробированы в ходе работы с учителями и учащимися ряда школ и средних специальных учебных заведений, в практике работы кабинета физики ИПК и ППК г. Иваново и Ивановской области; в ходе проведения практических занятий по решению физических задач со студентами ВУЗов. Результаты исследования были апробированы также в процессе руководства курсовыми и дипломными работами студентов.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Изучение физики требует не только овладения знаниями о физических законах и методологических принципах физики, но и развития физического мышления, характеризуемого определенными чертами парадоксальности, позволяющего проводить конкретную реализацию концепции «Образование как учебная модель науки».

2. Развитие парадоксального характера физического мышления находится в соответствии с основными целями обучения физике, как-то усвоение определенной совокупности конкретных физических знаний, овладение основными методологическими принципами физики и ее математическим аппаратом, развитием высшей степени физического понимания - реализации предсказательной функции физической теории. Выработка парадоксального характера мышления возможна на основе этих принципов и параллельно с ними.

3. Методическая система, ориентированная на развитие парадоксального характера мышления должна основываться:

- на сбалансированности качественного и количественного подходов к исследованию изучаемых явлений, которое становится особенно актуальным вследствие широкого внедрения персонального компьютера в научное исследование и образование;

- на особом характере отношений, и неразрывной связи физики и математики на этапе формирования физической теории;

- на использовании математического моделирования, подразумевающего постоянную психологическую готовность к анализу иерархической цепочке возможных моделей изучаемой физической системы.

4. Методическая система должна обеспечить развитие парадоксального характера мышления, начиная с первых шагов обучения физике, используя различные, иногда взаимоисключающие подходы к анализу реальных явлений природы. Создание методической системы по развитию парадоксального характера мышления будет способствовать решению задачи о повышении качества фундаментального характера физического образования в средней школе.

5. Одним из наиболее эффективных путей развития парадоксального характера мышления и критерием оценки степени его сформированности, является последовательное использование учебных и научных физических парадоксов, сыгравших важную роль на определенных этапах развития физической науки.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и библиографии. Общий объем текста 322 страницы, библиографический список содержит 331 наименование. Работа иллюстрирована рисунками, схемами и таблицами.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обоснована актуальность, определены объект, предмет, цель и задачи исследования. Выдвигается гипотеза (концепция), раскрываются концептуальные положения (идеи) работы. Обсуждается методология исследования, приводятся научная новизна, теоретическая и практическая значимость, обоснованность и достоверность результатов, их апробация и внедрение в педагогическую практику. Формулируются положения, выносимые на защиту.

Первая глава «Парадоксальность как характерная черта физического мышления» посвящена теоретическому обоснованию положения о необходимости развития парадоксальности физического мышления при обучении физике.

В первом параграфе на широком историческом материале проведен комплексный гносеологический анализ понятия мышления, как философской категории. Мышление - высшая форма активного отражения объективной реальности, состоящая в целенаправленном, опосредствованном и обобщенном познании субъектом существенных связей и отношений предметов и явлений, в творческом созидании новых идей, в прогнозировании событий и действий. Возникает и реализуется в процессе постановки и решения практических и теоретических проблем.

Мышление носит категориальный характер, поскольку знание, приобретенное в процессе исторического развития практики и познания, закрепляется в категориях. Постижение объективной действительности осуществляется посредством форм мышления - понятий, суждений, умозаключений. По мере развития общественной практики и познания изменяется логический образ эпохи, совершенствуется категориальная структура мышления, оно обогащается новыми категориями и понятиями, отражающими процесс постижения объективной истины. Сложные процессы в современном общественном развитии и научном познании требуют утверждения нового мышления, для которого характерны теоретическая смелость, целостный синтетический, системный подход к явлениям действительности.

В работе проведен анализ понятия мышления как философской и психологической категории, рассмотрены особенности и виды мышления, основные мыслительные операции, определено понятие «стиль мышления».

Мышление является высшим познавательным процессом, оно представляет собой порождение нового знания, активную форму творческого отражения и преобразования человеком действительности. Мышление порождает такой результат, какого ни в самой действительности, ни у субъекта на данный момент времени не существует.

Стиль мышления - способ отражения и осмысления действительности и закономерностей ее развития для выработки соответствующей линии поведения и практического действия. Чтобы успешно осуществлять познавательную или практическую деятельность, необходимо усвоить нормы стиля мышления и следовать им. В естествознании (как области профессиональной деятельности) термин «стиль мышления» был впервые использован в переписке М. Борна и В. Паули при обсуждении особенностей современного познания в физике. С тех пор он применяется для обозначения нормы, системы принципов, которыми руководствуются ученые в своем подходе к исследованию и его результату.

Методологический характер научного стиля мышления подчеркивается его определениями: это - «исторически сложившаяся, устойчивая система общепринятых методологических нормативов и философских принципов, которыми руководствуются исследователи в данную эпоху»; научный стиль мышления «представляет некоторую обобщенную форму, относящуюся к методологии научного познания и выражающую сложившиеся нормы научного подхода к исследованию и его результатам». Иными словами, научный стиль мышления рассматривается как «движение предметного содержания» научной картины мира.

Во втором параграфе анализируется вопрос о развитии физического мышления, о соотношении физики и математики.

Исключительная эффективность физического образования, привела к появлению и широкому распространению афоризма «физика - это не профессия, а стиль мышления». Исследование особенностей физического мышления подразумевает анализ довольно широкого круга вопросов. Невозможно перечислить все те характерные особенности принятого в современной физике способа рассуждений, которые в совокупности и определяют его необычайную эффективность при анализе неизвестных и непонятных явлений самой различной природы.

В работе проанализированы два, тесно связанных между собой, аспекта обсуждаемой проблемы, а именно, соотношение физического и математического компонентов мышления при построении и применении физических теорий, сходство и различие фундаментальных понятий физики и математики, и требования при их применении для анализа конкретнейших явлений.

Основные тенденции развития обучения физике связаны с внутренней логикой развития физики как науки, которая характеризуется в настоящее время превращением классической диады «экспериментальная физика - теоретическая физика» в триаду «экспериментальная физики - теоретическая физика - вычислительная физика». Изучение нелинейных явлений природы наряду с поисками универсальной картины взаимодействия представляют собой генеральное направление ее развития. Методологизация и повышение научного уровня курсов физики тесно связаны с широким внедрением персонального компьютера, как в науку, так и в систему обучения.

Современная физика - часть общечеловеческой культуры, характеризующая интеллектуальный уровень развития общества и его способность противостоять различным вызовам, угрожающим самому существованию человеческой цивилизации. Среди других естественных наук физика по-прежнему сохраняет роль лидера естествознания, определяя стиль и уровень научного мышления. Именно физика наиболее полно демонстрирует способность человеческого разума к анализу незнакомой, непонятной ситуации, выявлению ее фундаментальных качественных и количественных аспектов и доведению уровня понимания до возможности теоретического предсказания характера и результатов ее развития во времени.

Как писал А. Пуанкаре, - «все законы выводятся из опыта. Но для их выражения нужен специальный язык. Обиходный язык слишком беден, кроме того, он слишком неопределенен для выражения столь богатых содержанием точных и тонких соотношений. Таково первое основание, по которому физик не может обойтись без математики; она дает ему единственный язык, на котором он в состоянии изъясняться».

Физическая картина явления и его математическое описание, по мнению Н. Бора, дополнительны: создание ясной физической картины явления требует пренебрежения деталями и уводит от математической точности. Наоборот попытка точного математического описания требует учета всех деталей, что делает общую картину более громоздкой и затрудняет ясное понимание. Это положение, характерное для физики как науки, имеет огромное значение для правильной организации процесса обучения, призванного развивать научное мышление и творческие способности обучаемых.

История науки дает немало примеров, когда с помощью одних лишь математических рассуждений и вычислений, как говорится, «на кончике пера», удавалось предсказать существование новых физических объектов, что в дальнейшем блестяще подтверждалось экспериментом. Очень характерным здесь является мнение знаменитого физика - теоретика Ф. Дайсона, начинавшего свою научную карьеру в качестве «чистого» математика: «Физик строит свои теории на математическом материале, поскольку математика позволяет ему добиться большего, чем без нее. Искусство физика состоит в умении подобрать необходимый математический материал и с его помощью построить модель того или иного явления природы. В процессе создания физической теории математическая интуиция необходима, поскольку умение «исключать все лишнее» дает свободу воображению. Но математическая интуиция таит в себе и опасность, ибо многие ситуации в науке требуют для уяснения той или иной проблемы как раз усиленного обдумывания, а не уклонения от него».

Одна из основных современных тенденций обучения физике связана с поисками адекватного математического аппарата, который с одной стороны, соответствовал бы фундаментальному принципу доступности, а с другой - обеспечивал бы возможность достижения достаточного высокого научного уровня в изложении теоретических вопросов в решении физических задач. В процессе преподавания физики особое значение имеет универсальность математического аппарата, поскольку она дает возможность рассматривать физическую ситуацию в целом, осуществлять общий подход к ее объяснению и обосновывать единство законов физики при анализе явлений реального мира.

В третьем параграфе анализируется научное мышление, соотношение логики и интуиции. Приступая к более подробному анализу научного мышления, в качестве отправной точки были выбраны слова А. Эйнштейна: «Самое непостижимое в мире то, что он постижим». Парадоксальный характер этого выражения задает тон и направление исследования специфических черт научного мышления, того, что отличает это мышление от мышления вообще. В современном мире значение точного научного знания, существенно опирающегося на формальную логику, выросло настолько, что формально-логические методы часто фетишизируются. Между тем, полное постижение как материального, так и духовного мира, требует использования и дискурсии (лат. discursus - рассуждение, дискурсивный - рассудочный, логический), и интуиции. Соотношение дискурсивного и интуитивного в научном мышлении не есть постоянная величина, оно постоянно изменяется как у отдельного исследователя, так и у всего сообщества ученых.

Овладение логическим мышлением порождает особый стиль творческой деятельности, без которого наука невозможна. Этот стиль характеризуется именно осознанием необходимости как можно дольше придерживаться именно строгого логического метода и выходить из него только при крайней необходимости. Когда создатели основ точных наук - математики и физики - решались высказать новое обобщающее (т.е. основанное на интуиции) суждение по принципиальным проблемам, это всегда происходило после титанических усилий обойтись без него, остаться на почве прежних, уже устоявшихся и проверенных аксиом и строго логических следствий из них.

Говоря о роли внелогических элементов мышления именно в развитии физической науки, А. Эйнштейн писал: «Высшим долгом физика является поиск тех общих элементарных законов, из которых путем чистой дедукции можно получить картину мира. К этим законам ведет не логический путь, а только основанная на проникновении в суть опыта интуиция».

В четвертом и пятом параграфах рассматриваются математические и физические корни парадоксального характера мышления.

Понятие парадоксальности физического мышления, настолько многогранного, что было бы бессмысленно пытаться дать ему формальное определение; более естественно раскрывать суть этого понятия на конкретных примерах. Это свойство мышления напрямую связано с интуицией, с внелогическими элементами, о чем образно сказал Л. Ландау, что, раскрыв законы атомного мира, создав квантовую механику, человек познал то, что невозможно себе представить. Одна из поразительных особенностей природы - это многообразие всевозможных схем ее истолкования. Принцип толерантности стал в настоящее время одним из основных методологических принципов физики. Но при всех возможных вариациях в любой физической теории неизменной остается одна фундаментальная черта - в ней обязательно присутствует математика. И в этом одна из основных особенностей языка физики.

Одним из самых выразительных примеров успешного применения математического мышления в физике является теория гравитации А. Эйнштейна (общая теория относительности). В качестве рабочего материала была взята неевклидова геометрия - теория искривленных многомерных пространств. Эйнштейн отождествил физическое пространство - время (связанное в единый континуум уже в специальной теории относительности) с искривленным неевклидовым пространством. В результате физические законы превратились в утверждения геометрии, принципиально отличающейся от классической геометрии плоского евклидового пространства.

Парадоксальность физического мышления заключается в необходимости понимания и корректного использования математического аппарата и умения подняться выше этого математического аппарата при физической интерпретации полученных результатов. Исключительная роль парадоксальности физического мышления, заключается в способности и склонности не следовать формальным требованиям математической строгости, а попытке поиска возможных путей обобщения полученного результата и возможности его различной трактовки в рамках исследованной математической модели явления.

Парадоксальность физического мышления проявляется в рамках двух разных моделей иерархической цепочки, моделей, основанных на взаимоисключающих предположениях, а также в различной трактовке одних и тех же математических выражений.

В работе рассмотрен парадоксальный характер физических представлений, не связанных напрямую с используемым математическим аппаратом. Наши знания о природе не априорны, а вытекают из анализа и обобщения опыта, поэтому проникновение человеческого разума в новую, неизведанную область явлений влечет необходимость периодического коренного пересмотра и обобщения основных понятий и представлений физики. При этом с каждым новым шагом выявляются и уточняются границы применимости понятий и законов, которые ранее считались универсальными, вскрываются закономерности более общего характера.

В шестом параграфе анализируется вопрос, почему именно физическое мышление в настоящее время является эталоном научного мышления. Точность знаний - вот характерная черта физики, выделяющая ее из всего ряда естественных наук. Но «…сама по себе ученость не научает, как применять ее - на то есть мудрость особая, высшая, которую приобрести можно только опытом». Это известное высказывание Ф. Бэкона проливает свет на рассматриваемую проблему, поскольку специфика научной деятельности может быть понята в результате анализа ее метода. Объект исследования физики это явление материального мира в строго учитываемых условиях. Математика является «языком» современной физики, с помощью которого формулируются физические теории и выражаются результаты эксперимента. Автор большого числа уникальных математических моделей В.П. Маслов так характеризует эту ситуацию: «Мне кажется, что на самом деле современная математика и физика … с достаточно глубокой физико- математической точки зрения - просто одна и та же наука». В настоящее время выдающимся математиком В.И. Арнольдом высказывается хоть и крайняя, но весьма показательная точка зрения о том, что «Математика, подобно физике, - экспериментальная наука, отличающаяся от физики лишь тем, что в математике эксперименты очень дешевы … Математика является экспериментальной наукой - частью теоретической физики и членом семейства естественных наук…».

Говоря о проблемах образования в свете обсуждаемых вопросов, Р. Фейнман считает, что «Мы обязательно должны допускать возможность сомнения, иначе нет прогресса и нет никакого истинного обучения. Невозможно обучать, не разрешая задавать вопросы. А вопрос для своего появления требует сомнения. Людям свойственно стремиться к определенности. Но полной определенности никогда нет. Большинство наших действий основывается на неполном знании». И далее: «Необходимо учить, как принимать, так и отрицать прошлое знание с определенным балансом, что требует заметного искусства».

Логика определения содержания учебного предмета, разумеется, руководствуется логикой развития основных категорий и понятий данной науки, учитывает возрастные особенности освоения материала и «организации на его основе как восхождения от абстрактного к конкретному, так и от конкретного к абстрактному». Характерной особенностью развития физического знания является обилие парадоксов, причем каждый парадокс соответствует неожиданному повороту науки с присущим ему методом решения. С одной стороны, парадокс - это источник новых приобретений в знаниях, а с другой - источник развития физического мышления.

Парадоксы - это краеугольные камни на пути развития физического знания, нередко оказывавшие и оказывающие в настоящее время, решающее влияние на развитие науки. Недооценка роли парадоксов приводит к задержке развития науки, поэтому они должны входить в методологическую основу системы обучения физике и широко использоваться в учебном процессе. Приведенный анализ показывает, что умение анализировать парадоксы составляет обязательный компонент физического мышления, и выработка способности производить такой анализ должна составлять доминирующий аспект физического образования.

Отвечая на вопрос, почему же именно физическое мышление может в настоящее время рассматриваться как эталон научного мышления, приходим к выводу об универсальном характере развитого физического мышления, которое отличается исключительно широким диапазоном черт и компонентов - от формально - логического до образно - эмоционального. Этот диапазон определяется не свойствами отдельных личностей, занятых добыванием новых знаний в области физической науки, а объективными обстоятельствами, связанными с методологией современной физики, отличающейся исключительным богатством и разнообразием методов исследования явлений природы. Здесь и сбалансированное соответствие между качественными и количественными методами, причем сами качественные методы анализа выступают как внутри используемого математического аппарата, так и вне его. Формулировка общих фундаментальных законов, справедливых всегда и везде в рамках доступных границ представлений о Вселенной, и частных законов, относящихся к строго определенным реальным явлениям, протекающим в строго учитываемых условиях; и, что особенно важно для понимания уровня развития физического знания, и установление внутренних, глубинных связей между фундаментальными и частными законами. Здесь и выход на новые, обсуждавшиеся выше формы представления научных данных, не обязательно в виде аналитических выражений и формул; формы, которые могут оказаться единственно приемлемыми в некоторых других естественных и гуманитарных науках. Наконец, обилие парадоксов, являющихся исключительно эффективным средством развития физического мышления и уровня понимания при их разрешении, позволяет сводить воедино различные, подчас прямо противоположные подходы и требует проявления парадоксальности мышления, обеспечивая тем самым высокий эмоциональный накал творческой работы.

Правильная организация обучения физической науке, отражающая перечисленные и многие другие компоненты физического мышления, приводит к тому, как показывает мировой опыт, что физическое образование оказывается наиболее востребованным в плане широты диапазона областей деятельности, подчас весьма далеких от физики

Во второй главе «Принципы построения методической системы по развитию парадоксальности мышления в средней школе» обсуждаются теоретические положения, которые необходимо учитывать для адекватного педагогического проектирования и конструирования процесса обучения физике в средней школе. Методическая система по развитию парадоксальности мышления представляет собой совокупность компонентов (цель, содержание, методы, средства и формы), которые в своем взаимодействии образуют единое целое.

Обсуждение принципов построения методики развития парадоксальных черт мышления при обучении физике, и выяснения влияния общих психолого-педагогических аспектов на этот процесс, уместно начать с краткого анализа стиля мышления, некоторых выдающихся физиков-теоретиков, научные результаты которых существенно повлияли на последующее развитие физической науки.

Акцент внимания на распознании этих черт в стиле мышления отдельных ученых, поможет целенаправленно сформулировать определенные требования к методике обучения физике, ориентированной на развитие парадоксальности мышления.

Прежде всего, следует отметить, что развитие парадоксального характера мышления обучаемых, отнюдь не отменяет все остальные цели обучения физике, начиная от усвоения определенной совокупности конкретных физических знаний, овладения основными методологическими принципами физики и ее математическим аппаратом, развития высшей степени физического понимания и т.д. Напротив, выработка парадоксального характера мышления производится именно на основе этих фундаментальных моментов физического образования и параллельно с ними, представляя собой, восхождение на вершину, которая включает в себя все эти моменты. Фактически это последний штрих в полноценном физическом образовании, знаменующий становление компетентности ученого как исследователя природы.

Говоря о методологии физики как науки и обсуждая методику обучения физике, следует ясно понимать, что, в конечном счете, парадоксальность мышления как его доминирующая черта должна быть развита и направлена таким образом, чтобы обеспечивать возможность наиболее эффективного проникновения в тайны природы. В первую очередь это связано с неординарностью мышления, определенной непредсказуемостью ходов и действий. Роль психологии и педагогики здесь заключается в установлении того, что именно и на каком уровне может быть практически реализовано на различных этапах обучения физике.

Исключительно полезным для анализа обсуждаемой проблемы является изучение научного и педагогического наследия Л.И. Мандельштама, который был не просто ученым, а мыслителем, для которого физика была путем к пониманию «природы вещей». Мандельштам принадлежал к редкому типу физиков, соединявших в себе теоретика, экспериментатора, инженера - изобретателя, педагога и философа. Как педагог-ученый он не только был блестящим лектором, но и создал мощную школу теоретической физики.

В проведенном исследовании рассмотрены основные принципы построения методической системы, поскольку они определяют основную «философию» методики обучения физике, целью которого является выработка такого парадоксального характера мышления. Совершенно очевидно, что этого можно добиться только на пути реализации непрерывного обучения, начиная от курса физики средней школы вплоть до изучения теоретической физики в вузах, где физика определяет профессиональную направленность образования.

Развитие мышления - это сугубо индивидуальный процесс, определяемый способностями, характером и другими психологическими чертами личности. Этот процесс сам по себе парадоксален, поскольку в свете сформулированной задачи подразумевается одновременное развитие противоположных черт психики. Развитие парадоксальности мышления требует определенного смещения акцентов и введения ряда новых компонентов в методику обучения, ориентированную на развитие высшей степени физического понимания. Одним из таких новых компонентов является прослеживание преемственности в рассмотрении родственных физических явлений на разных этапах изучения физики с учетом особенностей возрастной психологии.

Развитие мышления происходит в процессе самостоятельной деятельности, связанной с анализом физических явлений, т.е. в конечном счете, с решением задач в широком смысле понимания этого вопроса. Это, разумеется, не означает, что на теоретических занятиях, посвященных изучению нового материала, преподаватель не должен заострять внимание обучаемых на определенных моментах, связанных с критическим анализом, как используемых методов, так и получаемых результатов. Напротив, именно на теоретических занятиях, излагая фундаментальные и частные физические законы, необходимо демонстрировать учащимся значимость постоянного сомнения и проверки правильности производимых действий, стимулируя развитие критичности мышления. Однако сама по себе критичность мышления является только первым шагом на пути становления его парадоксального характера. Парадоксальность мышления, разумеется, включает в себя такое свойство, как критичность, т.е. способность и потребность к логическому отрицанию, парадоксальность характеризуется, прежде всего, способностью и нацеленностью на получение положительных результатов на основе самых разных, в том числе и внелогических действий.

Особое значение, парадоксальный характер физического мышления приобретает в свете развития информационной методической системы обучения физике на всех уровнях физического образования. Широкое внедрение персонального компьютера, как в систему научных исследований, так и в среду образования, означает открытие еще одного мощного потока получения информации, напрямую не связанного с традиционными классическими методами. Установление соответствия между результатами, полученными классическими и новыми методами, зачастую представляет собой более сложную задачу, чем само получение результата и, соответственно, требует более высокого уровня парадоксальности мышления.

Развитие математического моделирования, которое в настоящее время выступает как новый универсальный компонент методологии любой науки, в том числе и физики, вносит ряд новых принципиальных моментов в проблему развития физического мышления.. Понятый и до конца осознанный модельный характер наших знаний о природе привел к кардинальной перестройке психологии исследовательской деятельности. Появились и приобрели определенный смысл такие фундаментальные понятия математического моделирования, как адекватность математических моделей изучаемому явлению, их универсальность, иерархичность, оснащенность, нелинейность, численная реализация и т.д.

Обучение основам математического моделирования при изучении физики подразумевает не просто усвоение определенных правил и способов действия, а именно развитие своеобразного стиля мышления, отличного от того, который формировался при классическом подходе к изучению физики. Иерархичность различных моделей одних и тех же явлений, изучаемых на разном уровне, может быть аккуратно отслежена на целом ряде конкретных примеров. Это, как показывает опыт обучения, позволяет добиваться успеха при овладении наиболее трудным этапом моделирования реальных процессов - построением вербальной модели явления и переводом этой модели на математический язык.

Выбор языка описания, т.е. набора физических величин и понятий, в терминах которых описывается явление, устанавливает место данной модели в иерархической цепочке. При этом парадоксальность мышления исследователя может проявляться в постоянной психологической готовности к такой ситуации, когда достаточно простые математические модели весьма сложных систем могут дать удовлетворительное, хорошее, а иногда даже лучшее описание исследуемых процессов, чем более сложные и изощренные модели. Возможность уверенного ориентирования в таких ситуациях, определяется умением анализировать характерные временные масштабы, характеризующие процессы в изучаемой системе, и оценивать возможности натурного эксперимента с точки зрения разрешающей способности используемых измерительных устройств.