Становление современной науки:

«Развитие и становление современной физики.

Метод научного познания».

Автор: Рамазанова Гелин Магамедшерифовна,учитель физики МКОУ «СОШ №14» с.Надежда Шпаковского района Ставропольского района

gelinova 5759а mail.ru-электронный адрес

Одной из международных тенденций в современном развитии школьного обучения – построение содержания учебного предмета и методики его преподавания на основе научного метода познания. Это обусловлено необходимостью развивать познавательную самостоятельность учащихся и стимулировать их творческую активность. При этом методология изучаемой науки становится одновременно и объектом изучения , и способом познания.

Однако в физике есть при проведении некоторых сравнительных исследованиях качества знаний используются задания , которые требуют от учащихся знания методологии и умения применять ее. А как же в этом случае ставится цель обучения физике и как же она достигается? Научное знание находится в постоянном развитии, так как каждое новое открытие дополняет картину изучаемого мира. При этом научные знания никогда не могут быть абсолютными и завершенными, они уточняются преобразуются , развиваются. Это хорошо заметно при рассмотрении тем из истории науки: геоцентрическая система мира Птоломея уступила место гелиоцентрической системе Коперника, представление Аристотеля о силе как причине механического движения тел было опровергнуто Галилеем , на смену учению о теплороде при объяснении тепловых явлений пришла молекулярно- кинетическая теория, опыты Резерфорда заставили изменить представление о строении атома и т.д.Главная ценность науки заключается в том, что она позволяет объяснять явления природы и предсказывать их ход. Одно и тоже явление можно (например,свет) можно объяснить по разному в зависимости от конкретной задачи: для объяснения фотоэффекта не обойтись без понятия «квант», а для , а для объяснения интерференции и дифракции света проще воспользоваться понятием «электромагнитная волна».Чтобы это не вызвал протест у учащихся , нужно дать им представление о «модельности» нашего познания: неизвестное мы познаем по аналогии с уже известным. У каждого физического явления есть много качеств, свойств, проявлений ,поскольку для его познания могут использоваться различные модели.Необходимо на исторических примерах раскрыть соотношение и связь эмпирических фактов, теретических моделей и эксперимента.

На конкретном примере — механике — выясним, что представляют собой уровни эмпирического и теоретического знания.
Эмпирия здесь связана с наблюдениями и экспериментами над механическими перемещёниями твердых тел или жидкостей. Совокупность эмпирических данных дают нам также астрономические наблюдения за перемещениями небесных тел — и это очень важные знания, на которые опирается механика. В свое время Пуанкаре говорил, что самое большое благо, которое принесла астрономия человечеству, заключается в том, что, глядя на небо, люди поняли, что все в мире подчиняется законам и что перемещение небесных тел — это самое очевидное проявление закономерности окружающей нас действительности .
Для знаний, полученных на эмпирическом уровне, характерно то, что они являются результатом непосредственного контакта с живой реальностью в наблюдении или эксперименте. На этом уровне мы получаем знания об определенных событиях, выявляем свойства интересующих нас объектов или процессов, фиксируем отношения и, наконец, устанавливаем эмпирические закономерности.
Над эмпирическим уровнем науки всегда надстраивается теоретический уровень.
Теория, представляющая этот уровень, строится с явной направленностью на объяснение объективной реальности (главная задача теории заключается в том, чтобы описать, систематизировать и объяснить все множество данных эмпирического уровня).
Однако теория строится таким образом, что она описывает непосредственно не окружающую действительность, а идеальные объекты.
Механика, например, описывает не реальные процессы, с которыми человек непосредственно имеет дело в действительности, а относящиеся к идеальным объектам, например материальным точкам.
Идеальные объекты в отличие от реальных характеризуются не бесконечным, а вполне определенным числом свойств. Материальные точки, с которыми имеет дело механика, обладают очень небольшим числом свойств, а именно массой и возможностью находиться в пространстве и времени.
Таким образом, идеальный объект строится так, что он полностью интеллектуально контролируется.
В теории задаются не только идеальные объекты, но и взаимоотношения между ними, которые описываются законами. Кроме того, из первичных идеальных объектов можно конструировать производные объекты.
В итоге теория, которая описывает свойства идеальных объектов, взаимоотношения между ними, а также свойства конструкций, образованных из первичных идеальных объектов, способна описать все то многообразие данных, с которыми ученый сталкивается на эмпирическом уровне.
Происходит это следующим образом: из исходных идеальных объектов строится некоторая теоретическая модель данного конкретного явления и предполагается, что эта модель в существенных своих сторонах, в определенных отношениях соответствует тому, что есть в действитель-ности.
Уточним теперь наши представления о теоретическом уровне знания. Важно иметь в виду, что этот уровень знания обычно расчленяется на две существенные части, представляемые фундаментальными теориями и
теориями, которые описывают конкретную (достаточно большую) область реальности, базируясь на фундаментальных теориях.
Так, механика описывает материальные точки и взаимоотношения между ними, а на основе ее принципов далее строят различные конкретные теории, описывающие те или иные области реальности.
Для описания поведения, например, небесных тел строится небесная механика. При этом Солнце представляет собой центральное тело, обладающее большой массой, а планеты — тела движущиеся вокруг этого центрального тела по законам механики и по закону всемирного тяготения.
Эта конкретная модель строится из материальных точек и рассчитывается исходя из принципов механики. Таким же образом — на базе механики — строятся и другие конкретные теории: твердого тела, жидкости и т.д. Часто при построении таких теорий удается обойтись только принципами механики, однако при построении, например, теории тепловых явлений в конце концов выясняется, что принципов и законов механики недостаточно, что нужны еще вероятности, представления.
Важно еще раз отметить, что в теории мы всегда имеем дело с идеальным объектом: в фундаментальных теориях — с наиболее абстрактным идеальным объектом, а в теориях второго поколения — определенными производными от этих идеальных объектов, на основе которых конструируются модели конкретных явлений действительности.
Роль теории в науке определяется тем, что в ней мы имеем дело с интеллектуально контролируемым объектом, в то время как на эмпирическом уровне с реальным объектом, обладающим бесконечным количеством свойств и интеллектуально не контролируемым.

Таким образом, на эмпирическом уровне знания существует определенная совокупность общих представлений об окружающем нас мире.
Эти представления настолько очевидны, что мы не делаем их предметом специального исследования. Они просто передаются из поколения в поколение как традиция.
Но они существуют и рано или поздно меняются и на эмпирическом уровне.
Оказывается, что уровень философских предпосылок связан со стилем мышления определенной исторической эпохи. Например, для науки XVIII в. было характерно представление о научной теории как зеркальном отражении объективной реальности, дающем полную картину данной области действительности.
Когда-то Лагранж говорил, что Ньютон не только великий человек, но и один из самых счастливых людей в мире, потому что теорию Солнечной системы можно построить только один раз.
Мы знаем, что ее уже не раз перестраивали после Ньютона, но раньше считалось, что коль скоро научная теория построена, то она дает адекватное знание в своей предметной области.
Кроме того, считалось, что в самом мире нет никакой вероятности, поэтому и теория принципиально не может содержать в себе вероятности. Это была очень важная методологическая установка, которая во многом определяла стиль научного мышления того времени. С этой позиции смотрели на любую область действительности.

Например, при построении теории социальных явлений за образец брали небесную механику и пытались выдвинуть основные принципы (свободы, братства, равенства и т.д.), с помощью которых можно было бы описать любое социальное явление так же, как с помощью принципов механики, всемирного тяготения можно объяснить небесные явления.
Ясно, что в XX в. ситуация меняется. Мы теперь склонны придавать большее значение скорее вероятностным теориям, чем выражающим однозначный детерминизм.
Итак, существует совокупность философских представлений, которые пронизывают и эмпирический и теоретический уровни научного знания.
Обращая внимание на значение философии для научного познания, Л.Бриллюэн писал, что "ученые всегда работают на основе некоторых философских предпосылок и, хотя многие из них могут не сознавать этого, эти предпосылки в действительности не определяют их общую позицию в исследовании".
"Наука,— отмечал А. Эйнштейн,— без теории познания (насколько это вообще немыслимо) становится примитивной и путаной".
ВЗАИМОСВЯЗЬ РАЗЛИЧНЫХ УРОВНЕЙ ЗНАНИЯ
Обратим прежде всею внимание на то, что эмпирический и теоретический уровни органически связаны между собой:

· Теоретический уровень существует не сам по себе, а опирается на данные эмпирического уровня, в этом смысле связь теории и эмпирии очевидна,

· но существует то, что и эмпирическое знание оказывается несвободным от теоретических представлений, оно обязательно погружено б определенный теоретический контекст.

Рассмотрим область микроявлений, где совокупность эмпирических данных дают различные приборы. Эти данные представляют собой. например, определенные траектории на фотобумаге, которые показывают нам, как взаимодействуют частицы и т.д. Но, конечно, совокупность эмпирических данных является определенным знанием о действительности лишь тогда, когда эти данные истолковываются с позиций определенных теоретических представлений.
Так, например, на фотографии, сделанной в магнитном поле, мы видим определенные спиральные линии. Зная, что в магнитном поле. заряженные частицы движутся по спирали, прячем электроны в одну сторону, а позитроны в другую, мы считаем, что на фотографии изображено движение электрона или позитрона.
Если мы не имеем определенных теоретических представлений, то, конечно, щелчки счетчика Гейгера или траектории в камерах Вильсона нам ничего не говорят о микромире.

Экспериментальные факты –наиболее устойчивая часть научных знаний. Многократные на протяжении истории физики измерения таких величин ,как гравитационная постоянная, скорость света в вакууме. Отношения инертной и гравитационной масс, позволили лишь уточнить их значения. По С.И.Вавилову, методы теоретической физики делятся на модельные гипотезы, математические гипотезы и принципы. Модельные гипотезы наиболее подвижны: работают до тех пор, пока не проявляется значимость свойств, которыми пренебрегли при моделировании как несущественными. Например. При определении скорости движения поезда его принимают для простоты за материальную точку, однако даже одну колесную пару его вагона нельзя принять за материальную точку, когда требуется определить ее кинетическую энергию, поскольку нужно учесть не только не только поступательное, но и вращательное движение. У спешный эксперимент или изобретение, сделанное на основе теории, означает триумф этой теории, который пополняет совокупность фактов, лежащих в ее основе. Отрицательный результат корректно поставленного эксперимента означает необходимость новой теории, следующего цикла познания. Так, изобретение радио блестяще подтвердило электродинамику Фарадея- Максвелла, а неудачи в попытках обнаружить движение Земли относительно «светоносной среды» привело А.Эйнштейна к созданию специальной теории относительности.

Включение научного метода познания в содержание школьного образования – важнейшее направление современной модернизации обучения. Под этим подразумевается овладение не только методологическими знаниями, но и определенными практическими умениями.

"Наука,— отмечал А. Эйнштейн,— без теории познания становится примитивной и путаной".