Принцип единства системы и метода в обучении физике

                                                                                                                                              А.М. Журавлев

                                                                                                                                КБР г. Майский Гимнази№1

В настоящее время ни одна область научного знания не обходится без си­стемных представлений. Не является исключением и методика обучения физике. Однако ни в методических руководствах, ни в содержании и структуре учебников по физике идея системности должным образом не от­ражена: содержание и методы препо­давания рассматриваются как самосто­ятельные, существующие независимо друг от друга аспекты обучения. Вмес­то системного подхода в теории и ме­тодике обучения большое внимание уделяют систематизации знаний — ор­ганизации элементов знания в опре­деленную систему на основе выбран­ного принципа. Последнее неравно­ценно реализации системного подхо­да к конструированию содержания и методов преподавания: ведь принци­пы систематизации произвольны, си­стема же знаний детерминирована он­тологически. Чтобы разобраться в этом детальнее, сформулируем исходные посылки, которые лежат в основе сис­темного подхода.

·        Объект исследования рассматри­вается как система, состоящая из вза­имосвязанных элементов; в свою оче­редь, эта система — часть более круп­ной системы.

·        Система взаимодействует с окружающей средой; это взаимодействие —условие  функционирования и развития системы (ее «жизненности»).

·        Система — целостное образование. Свойства системы определяются свойствами входящих в нее элементов и их взаимодействиями; последние обусловливают такие свойства системы, которых нет ни у одного отдель­но взятого элемента, т.е. свойства си­стемы не исчерпываются свойствами ее элементов.

·        Система — иерархическое обра­зование, в котором элементы зависи­мы от системы; целое и части состав­ляют диалектическое единство.

Из множества систем как объектов познания (космических, технических, социальных, биологических и т.д.) для методики преподавания физики пред­ставляют интерес концептуальные — системы знаний о свойствах и законах физических форм движения материи (механической, тепловой (или внутрен­ней), электромагнитной, атомной, ядерной), которые называют физичес­кими теориями. Они представляют со­бой основную, наиболее совершенную логическую форму знаний. Такое пони­мание теории усматривается в работах И.Канта, Г.В.Ф.Гегеля, в частности в ут­верждении: «Формой, в которой суще­ствует истина, может быть лишь науч­ная система ее» [3, с. 3].

Физическая теория как форма от­ражения реального мира — относи­тельно замкнутая концептуальная си­стема. Она обобщает эмпирические знания посредством мышления, выхо­дит за границы непосредственного (чувственного) наблюдения и ставит задачу найти объективно существую­щие закономерности — выявить сущ­ности более высокого порядка, чем те, что дает эмпирическое познание.

Научная теория не тождественна реальности, которую она отражает: теория дает образ физических явле­ний, оперируя теоретической моделью изучаемого объекта и его обобщенны­ми свойствами — научными понятия­ми. Отражая существенные свойства реальности, модели абстрагируются от несущественных (для решаемой зада­чи) ее свойств. Тем самым они иска­жают, «огрубляют» реальность, заве­домо ограничивая область примени­мости теории.

Научные системы конструируются не произвольно, а в соответствии с выявленными объективными законо­мерностями. Поэтому ошибочны рас­суждения о правомерности принципи­ально различных логических структур курса физики, условности порядка изу­чения конкретных знаний (явлений, понятий, законов, теорий, методов). Системные свойства науки ограничи­вают произвол в конструировании со­держания обучения, последовательно­сти разделов и тем, а также в выборе метода изложения учебных знаний: система и метод неразделимы, как не­разделимы задачи — чему учить и как учить. Физические теории, будучи от­носительно самостоятельными систе­мами, представляют собой части фи­зики как науки. Следовательно, поря­док изучения материала в курсе физи­ки должен учитывать присущие теори­ям взаимосвязи.

Курс физики, имеющий целью фор­мирование системных знаний, должен предусматривать понимание обучае­мыми связей и отношений между предметами, их свойствами. Механи­ческое соединение разнородных тео­рий, например феноменологической термодинамики и статистической мо­лекулярной теории, ведет к отрица­нию связей между элементами знаний в системе, к утрате качества методики обучения и, как показывает практи­ка, к стабильно низкому качеству зна­ний учащихся.

Сегодня в методике преподавания физики идет активный процесс созда­ния так называемых интегрированных курсов типа «Физика и астрономия», «Физика, астрономия и окружающая среда». Создание таких курсов аргу­ментируют тем, что природа едина и нет оснований делить знания о ней на относительно самостоятельные учеб­ные предметы. На первый взгляд, мысль верная. Нередко, однако, вер­ное на первый взгляд оказывается ошибочным. Принципы диалектики дают основание считать конструирова­ние подобных курсов тупиковым на­правлением в теории обучения физи­ке. Науки, как писал И.Кант, не обо­гащаются, а искажаются, если дать сплестись их границам. Механическое соединение разнородных научных си­стем ведет к смешению понятий. Раз­ным наукам свойственны разные сис­темы знаний и методы получения но­вого знания. Интегрированные курсы естествознания в состоянии обеспе­чить в лучшем случае лишь система­тизированные, а не системные знания.

Мир един, наука нечто целое, но со­стоит она из частей, и части целого — это различия внутри единства. Деле­ние науки на части обусловлено зако­нами познания. Бесконечное многооб­разие связей не может быть предметом научного (и учебного) познания, на­чинать надо с абстрагирования. Так, создатель диалектики Гегель писал: «В физике следует освободить отдель­ные свойства природы ... от тех много­образных переплетений, в которых они находятся в конкретной действитель­ности, и представить их в простых, не­обходимых условиях;... повсюду абст­рактное должно составлять начало и ту стихию, в которой и из которой раз­вертываются особенности и богатые образы конкретного»  [3, с. 270].

Интеграция не только разных обла­стей естествознания, но и разных раз­делов самой физики (например, тер­модинамики и молекулярно-кинетической теории) — путь, ведущий к снижению уровня обучения предмету. В этом убеждает практика преподава­ния физики как в отечественной, так и в зарубежной школе. Международ­ный опыт показывает, что тенденция к интеграции предметов естествозна­ния на старшей ступени школ не оп­равдалась[5, с.24].

Система, состоящая из элементов, характеризуется способом их организа­ции, т.е. структурой. Для методики обу­чения вопрос о структуре физической теории — один из важнейших; логика построения курса обучения во многом определяется структурой теории.

Существует несколько типов струк­туры физической теории — динами­ческая, содержательная, формально­логическая и др. Одно из руководств по методике преподавания физики [4] рекомендует для рассмотрения в шко­ле содержательную структуру физиче­ской теории. Элементы теории делят­ся в этом случае по их статусу на три категории и соответственно структу­ра теории состоит из трех частей: ос­нование, ядро, выводы. Для учителя физики важны мотивы, по которым тот или иной элемент теории следует отнести в соответствующую часть физической теории. Между тем опре­деление статуса элемента теории при ее содержательном анализе оказыва­ется непростым, поскольку выделение указанных частей (основание, ядро, выводы) не однозначно. Это вызыва­ет затруднения в применении данной структуры на практике. В структурной схеме раздела «Тепловые явления. Мо­лекулярная физика», приводимой в пособии [4], выводимое основное уравнение молекулярно-кинетичес­кой теории отнесено к третьей части теории (выводы). А в ряде работ это уравнение предлагается включить (без мотивировки) в ядро теории.

Таким образом, использование со­держательной структуры теории (по­строенной на основе содержательно­го анализа) не способствует формиро­ванию системных знаний.

Поскольку статус элементов зна­ния в системе не может быть неопре­деленным, представляется целесооб­разным в школьном курсе физики при рассмотрении структуры физиче­ской теории использовать другой, столь же правомерный, но отличаю­щийся большей простотой формаль­но-логический подход.

С точки зрения формальной логики физическая теория содержит два вида суждений: 1) исходные и 2) получаемые из исходных посредством логики, мате­матики и свойственных теории приемов формирования новых знаний. Соответ­ственно физическая теория представля­ется состоящей из двух частей: 1) осно­вание теории, 2) выводы (следствия тео­рии). Единство этих двух частей состав­ляет физическую теорию: «Без первой части теория пуста, без второй — вооб­ще нет теории» (Л.И.Мандельштам).

Построение физической теории на­чинается с разработки ее основания — системы исходных суждений (понятий, гипотез или принципов, правил дейст­вия), которые представляют собой обобщения опытных данных — наблю­дений, эксперимента, производствен­ной практики. При обобщении осуще­ствляется переход от конкретного к абстрактному. Во второй части теории происходит восхождение от абстрактно­го к конкретному. Таким образом, диа­лектика познания отражается в фор­мально-логической структуре физической теории. Этапы познания образу­ют в совокупности диалектический цикл развития знания.

Формально-логическая структура научной теории была использована И.Ньютоном в его труде «Математи­ческие начала натуральной филосо­фии». С.И.Вавилов, развивая эту идею И.Ньютона, отмечал, что с точки зре­ния формальной логики все физичес­кие теории можно разделить на два класса: построенные на основе принци­пов и на основе гипотез [2, с. 143-164]. К первому классу относятся, напри­мер, механика и классическая термо­динамика, ко второму — молекулярно-кинетическая теория газов, элек­тронная теория, квантовая механика.

Каждая теория имеет свой, присущий ей метод. Так, метод механики — ин­дуктивно-дедуктивный (логико-мате­матический), классической термодина­мики — метод Карно — Клаузиуса (кру­говых процессов), статистической тер­модинамики — метод Гиббса (термоди­намических потенциалов), молекулярно-кинетической теории газов — ста­тистический метод.

Сегодня представление о взаимо­связи (единстве) теории и метода — аксиома. Без системы знаний не мо­жет существовать метод. Принцип ор­ганического единства системы и мето­да — следствие тождества диалекти­ки, логики и теории познания: метод познания — отражение закономерно­стей, присущих реальности. Он орга­нически связан с закономерностями развития объекта, следовательно, со всеми теоретическими положениями соответствующей научной системы, с ее понятиями и законами, логикой развития.

Достаточен беглый просмотр дей­ствующих учебников по физике, что­бы убедиться в том, что в большинстве их разделов элементы знаний предстают как совокупность рядоположных фактов, понятий, законов. Поэтому у большинства выпускников школы (и студентов-физиков педву­зов) системных знаний по физике не сформировано. Так, статусы первого закона термодинамики и закона Бойля — Мариотта ими не различаются. Такие знания, по оценке Г.С. Ландсберга, должны оцениваться как «со­вершенно неудовлетворительные». Ясно, что вины обучаемых в этом нет: их так учат.

В некоторых методических руко­водствах можно встретить попытки определить статус элементов знания, например газовых законов, в отрыве от системы, к которой они принадле­жат, — попытки определить статус знаний «самих по себе». Будучи вы­рванными из системы научных зна­ний, понятия и законы перестают быть адекватными действительности, которую должны отображать. Вне си­стемы знаний понятия и законы пе­рестают быть научными. Система зна­ний существует в органическом един­стве с методом, присущим теории. Метод, реализуясь, образует систему, а система обретает системные свойст­ва, лишь воплощая метод.

Следовательно, единство системы и метода и можно рассматривать как методологический принцип в опреде­лении стратегии педагогической де­ятельности, как один из критериев истинности методических решений в теории и практике обучения пред­мету. Критерий необходимый, но, разумеется, недостаточный, по­скольку методика обучения должна опираться на систему принципов теории познания, преподаваемой науки, дидактики и на педагогичес­кую практику.

Если реализовать принцип единства системы и метода, то получится кон­цептуально иная, чем нынедействующая, программа курса физики. В тра­диционной программе, основанной на принципах единства классической и современной физики, макро- и мик­роподходов, многие естественные свя­зи между элементами знаний внутри теории и связи между самими теория­ми игнорируются. Представляя собой произвольно сконструированную сово­купность элементов знания из различ­ных научных систем, эта программа ис­ключает возможность применения ме­тодов получения нового знания, при­сущих теориям. Поэтому задача обу­чения учащихся методам научного по­знания на практике ограничивается «сведениями о применяемых в физике методах» (без изучения самих методов).

Таким образом, принцип единства системы знаний и метода их изложе­ния, будучи осуществленным в обу­чении физике, позволит: органично сочетать обучение знаниям и соответ­ствующим методам познания, ознако­мить учащихся со структурой физи­ческой теории, раскрыть логические связи между элементами знаний, определить статус элемента знаний в системе, осмыслить теорию как сис­тему знаний.

Литература

1.     Бугаев А.И. Методика преподавания физики в средней школе. Теоретические основы. — М.: Просвещение, 1981.

2.     Вавилов СИ. Физика//Собр. соч. — Т. 3. Работы по философии и истории естествознания. — М.: Изд-во АН СССР, 1956. С. 143-164.

3.     Гегель Г.В.Ф. Соч. Т. 4. Система науки. Ч. 1. Феноменология духа. — М.; Л.: АН СССР, 1959.

4.     Основы методики преподавания физики в средней школе / Под ред. А.В.Перышкина, В.Г.Разумовского, В.А.Фабриканта. — М.: Просвещение, 1984.

5.     Разумовский   В.Г. Международные тенденции развития методики преподавания физики в условиях гуманизации образования и подготовки учителей // Взаимосвязь системы научных знаний и методов преподавания фи­зики. - М.: МПУ, 1998.