Взаимодействие теоретического и эмпирического методов исследования

2. Взаимодействие теоретического и эмпирического методов исследования

"Физика – наука экспериментальная…". "Физики – наука теоретическая…". Сколько раз в истории при подобном противостоянии истинна оказывалась где-то посередине. Именно это и происходит сейчас в методике преподавания физики. От этих двух полярных взглядов переходят в доктрине тесного взаимодействия теоретических и эмпирических методов познания.

Что подобное решение может дать для самой методики преподавания физики? Прежде всего то, что раз мы признаем одинаково высокую степень важности и теоретических и эмпирических методов познания, а так же большое внимание уделяем проблемам их взаимодействия, значит мы уделяем особое внимание тем методам научного познания, которые принадлежат к классу как теоретических, так и эмпирических. Это происходит из-за того, что при изучении узко специальных методов познания мы даем школьникам лишь знания о самом методе познания, и знания полученных с помощью этого метода. Совсем по-другому обстоят дела, когда мы преподносим общие методы познания, а особенно на столько общие, что относятся одновременно и к теоретическим и к эмпирическим. Мы даем ученикам системаобразующий фактор, ту нить познания, на которую нанизываются ее конкретные бусинки-знания. То есть, изучив подобные методы познания, у школьника будет четкое представление о том, как было получено, и как может быть получено большинство научных фактов, а это само по себе не мало. А, освоив подобные методы в достаточной мере, школьник сможет получить сам или под руководством учителя немалую часть научных фактов.

Какие методы научного познания можно отнести к столь привилегированной группе? Это, прежде всего, общефилософские методы познания, такие как анализ, синтез, моделирование и т. д. Остановимся более подробно на методе моделирования. Итак, для качественного усвоения знаний по физике школьникам необходимо в полной мере раскрыть суть метода моделирования, но если это общефилософские методы познания, не раскрываются ли они в достаточной степени на других школьных предметах? Все школьные предметы химия, природоведение, биология, русский язык и даже физкультура работают с моделями или со знаниями, полученными с помощью метода моделирования, но даже термин "модель" встречается более-менее часто только в биологии, да и там он употребляется не в научно-познавательном смысле, а в смысле демонстрационного увеличенного макета. Предмета "методы научного познания" в основной школьной программе, пока, не существует. Остается информатика. Авторских программ по информатике существует большое количество, и в некоторых из них проблеме моделирования уделяется действительно достойное внимание, и метод моделирования рассматривается в довольно большом объеме. Основным недостатком подобных программ является, пожалуй, то, что метод моделирования изучается в старших классах, обычно в десятом или даже одиннадцатом.

Подводя итоги, можно сделать следующий вывод: в курсе физики необходимо в достаточной мере изучать метод моделирования. При чем, желательно изучать методы моделирования начиная с первых занятий по физике и не выпускать далеко из рассмотрения на протяжении всей основной школы.

3. Классификации моделей и их значение в обучении физике

Модели давно играют одну из главных ролей в обучении физике, о моделях написано много научных работ, много ученых, преподавателей и учителей создавали и создают новые учебные модели, разработано много классификаций моделей. Рассмотрим некоторые классификации моделей, а так же попытаемся оценить их ценность для методики преподавания физики.

Существует множество классификаций моделей, отличающихся друг от друга признаками, положенными в основу классификации, перечислим некоторые из них.

Модели делятся:

• по способу познания: житейские, художественные, научно-технические;

• по отрасли знаний: биологические, экономические, исторические и т.д.;

• по области использования: учебные (наглядные пособия), опытные (модель самолета в турбодинамической трубе), научно-технические (ускорители элементарных частиц), игровые (экономические, военные), имитационные (многократное повторение опытов для оценки результатов воздействия реальной действительности на образец);

• по учету фактора времени: динамические и статистические.

По способу реализации и средствам моделирования существует довольно много классификаций, рассмотрим классификацию представленную в книге Каменецкого и Солодухина "Модели и аналогии в курсе физики средней школы". Модели делятся на: материальные (предметные) и идеальные (мысленные). В свою очередь материальные модели делятся на: физически подобные, пространственно-подобные и математически подобные, а идеальные модели делятся на: модели-представления и знаковые модели. К сожалению, в методике преподавания физики, можно встретить и другую классификацию моделей по способу реализации: физические и математические, которая является не полной даже в рамках преподавания физики. Так из этой классификации выпадают, например, химические уравнения и уравнения ядерных реакций.

Приведенные классификации представляют интерес для методики преподавания физики только в плане обучения учеников методу моделирования, и не представляют особого интереса при преподавании конкретных тем курса. Совсем иначе обстоит дело с классификацией, основанной на способах получения моделей. Модели можно разделить на модели, полученные путем предельного перехода, модели, полученные путем приписывания и теоретические конструкты.

С помощью предельного перехода можно получить модели непосредственно воспринимаемых явлений и объектов, путем рассмотрения целого ряда явлений или объектов обладающих интересующим свойством, например в порядке его возрастания, а затем сконструировать мысленный объект или явление, обладающим этим свойством в бесконечной мере, либо лишенным его. Таким образом, можно вводить понятия материальной точки или математического маятника.

Путем приписывания некоторых свойств объекту можно получить модели микрообъектов или микроявлений, не воспринимаемых непосредственно органами чувств. Таким образом, можно получить модели идеального или электронного газа. И, наконец, теоретические конструкты, такие как электрон или электромагнитное поле, они не могут быть получены путем приписывания, и лишь дальнейшее развитие науки может подтвердить правомерность их использования.

Из данной классификации можно получить конкретные методические рекомендации по введению моделей того или иного класса.

Для успешного введения модели непосредственно воспринимаемого макрообъекта или макроявления, необходимо реализовать наблюдение подобных объектов/явлений с различными степенями выраженности интересующих свойств. Для построения моделей микрообъектов и микроявлений полученных путем приписывания необходимо, в начале, на основе предыдущего опыта, путем абстрагирования отбросить несущественные стороны, а оставшиеся в поле рассмотрения свойства приписать модели. И, наконец, при введении теоретических конструктов, таких как электрон, квант или электромагнитное поле, существование которых, само по себе, необходимо доказывать, остается использовать исторический материал, показывающий, как эти понятия появились в истории науки.