Комплексное использование моделей и модельного эксперимента в изучении естественно-научных дисциплин

ВЕСТН. МОСК. УН-ТА. СЕР. 20. ПЕДАГОГИЧЕСКОЕ ОБРАЗОВАНИЕ. 2014. № 1

ОПЫТ ПРАКТИЧЕСКОЙ ПЕДАГОГИКИ

КОМПЛЕКСНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МОДЕЛЕЙ

И МОДЕЛЬНОГО ЭКСПЕРИМЕНТА В ИЗУЧЕНИИ

ЕСТЕСТВЕННО-НАУЧНЫХ ДИСЦИПЛИН

Д.Н. Кожевников

(ФГНУ Институт содержания и методов обучения РАО;

e-mail: rao721@ya.ru)

Статья посвящена моделям и методу моделирования в истории науки и педагогики. Рассмотрена роль модельного эксперимента в научном познании. Определено место модельного эксперимента в триаде процесса познания: эксперимент (Э)—модель (М)—теория (Т). Приведена краткая классификация учебных моделей. Сформулированы педа-гогико-эргономические требования, предъявляемые к учебной модели. Показан принципиальный алгоритм формирования комплекса моделей. Рассмотрен пример использования в обучении кольцегранных моделей атомов и молекул.

Ключевые слова: учебная модель, триада: эксперимент—модель—теория, модельный эксперимент, комплекс моделей, педагогико-эргономические требования, образ-модель, полимодельные интерпретации.

Связь развития науки и технологии с созданием и использованием различного вида учебных моделей подтверждена историей науки, а моделирование признано общенаучным методом познания.

Значение моделей и метода моделирования в истории науки, этапы, особенности становления и развития самого понятия "модель" прослеживаются на примере истории естествознания и научного вклада выдающихся ученых. Приведем общеизвестные исторические примеры:

• Галилео Галилей использовал мысленные модели в числе основных логических и методологических приемов и на основе метода моделирования рассмотрел в единстве физические принципы, математические методы и экспериментальную проверку следствий из принципов; создал теорию свободных колебаний, теорию свободного падения тел. Он же впервые применил мысленный эксперимент как средство построения идеальной модели;

• Исаак Ньютон использовал мысленные модели для описания и объяснения природы явлений (свет, электричество, тяготение); строил гипотезы на основе наглядных моделей; положил начало моделированию как методу теоретического исследования; на основе метода моделирования построил классическую механику, теорию света, теорию движения планет;

• Майкл Фарадей, используя аналогию процесса распространения индукции с "колебаниями взволнованной водной поверхности или же звуковыми колебаниями частиц воздуха", создал наглядный геометрический образ силовых линий и механические модели эфира; создал первые модели электродвигателя, трансформатора, униполярной динамомашины; ввел в физику новый объект — физическое поле;

• Джеймс Клерк Максвелл считал модель эвристическим средством построения теории; ввел в физику и в явном виде использовал модели-аналогии; четко сформулировал метод физической аналогии, названный в дальнейшем методом математического моделирования; дал формулировку метода моделирования как одного из общих методов познания; на основе построенных моделей и метода моделирования создал теорию электромагнитного поля;

• Уильям Томсон (лорд Кельвин) использовал модели из шаров, маховых колес, пружин, гироскопов, свойственных механическим устройствам; внес существенный вклад в развитие теории термодинамики; дал формулировку второго начала термодинамики; ввел понятие о вечном двигателе второго рода;

• Гендрик Антон Лоренц ввел модель неподвижного эфира и, используя модель неподвижного электрона в виде равномерно заряженной сферы, создал электронную теорию вещества;

• Джозеф Джон Томсон построил статическую модель атома ("пудинг с изюмом") и построил первую модель электроннолучевой трубки на основе метода, получившего название "метод Томсона"; открыл электрон, измерил его удельный заряд;

• Эрнест Резерфорд использовал метод моделирования для объяснения строения атома и построил планетарную модель атома;

• Нильс Бор использовал метод моделирования для объяснения строения атома и создал квантовую модель атома на основе постулатов о дискретности орбит и квантовых переходах.

Вышеперечисленные примеры исследовательских моделей выдающихся ученых показывают значение метода моделирования не только в истории науки, но и особенности становления и развития самого понятия модели и его использования не только

в научном поиске, но также и в обучении, в процессе получения и усвоения знаний.

Еще большее значение модели и моделированию придается в наше время. Стивен Хокинг (британский астрофизик и специалист по квантовой теории) представляет М-теорию, являющуюся всего лишь моделью окончательной теории, объединяющей все взаимодействия, и объединяющую все теории. Исходной предпосылкой является заключение о том, что "не существует концепции реальности, не зависящей от картины мира или от теории", что приводит к принятию точки зрения, называемой "моделеза-висимый реализм" [1:49].

Современной целью обучения является не только повышение информированности и формирование навыков, но полноценное развитие интеллектуальной, эмоциональной и волевой сфер личности учащегося (а также способностей к коммуникации, созданию нового, оригинального и самобытного). Для достижения этого деятельность учащихся должна быть организована таким образом, чтобы наравне с интеллектуальной были задействованы эмоциональная и волевая сферы личности.

Использование материальных моделей и практических коммуникативных методов организации деятельности (коллективные работы, самостоятельные конкурсные работы, рассчитанные на публичную защиту самостоятельно установленного результата, в том числе в реальном или модельном экспериментах) в условиях соответствующим образом организованной учебной среды позволяет достичь целей обучения и избежать деформаций в развитии личности, что соответствует идее личностно ориентированного обучения.

Для этого требуется существенно расширить диапазон использования моделей в известной триаде: эксперимент (Э)—мо-дель (М)—теория (Т). Кратко триада Э—М—Т представлена на схеме (рис. 1).

Под экспериментом (Э) в схеме понимается научно-исследовательский и учебный виды экспериментов. Модели (М) подразделяются на исследовательские, учебные, игровые (для обучения в игре или с использованием игрового аспекта), эмоционально-декоративные (для привлечения внимания, снятия стресса или с культурологическими целями), мысленно-образные (отражающие ментальный образ мира и его взаимосвязи), социально-мотива-ционные (мотивирующие к обучению и получению знаний, в том числе и модели процессов обучения). В блок теории (Т) попадают догадки, гипотезы и их обоснования, различные виды теорий:

Рис. 1. Триада эксперимент

научные, педагогические, теория деятельности и игры, а также адаптированные к обучению теории или методики. Взаимные переходы от эксперимента к модели и теории обозначены на схеме стрелками частично, так как взаимосвязей существенно больше указанных и большая часть должна отображаться во взаимно встречных направлениях.

Для более полного отображения процесса познания его следует представлять в динамике, т.е. в циклическом развитии. Циклический процесс познания условно может быть представлен тремя основными элементами триады Э—М—Т, замкнутыми в цикл (что является упрощением, так как часто встречаются и другие переходы). Статично цикл развития можно представить в виде разворачивающейся спирали развития, состоящей из этих трех секторов. Внутри цикла (или спирали) развития (представляющего собой массив знания) расположена его стартовая часть — "Постановка задачи", включающая в себя факты или уже известное знание, необходимое для инициации процесса познания. Ранее известные факты и постановка задачи также являются частью цикла познания, так как тоже являются переменной величиной, но вынесены нами из цикла Э—М—Т для наглядности, составляя начальную часть в общем объеме знания. С точки зрения исторической ретроспективы структура знания тоже должна состоять из таких же

циклов, пройденных ранее и накопивших знание для следующего витка познания. Внутри общего массива знания происходит циклическое развитие, проверяющее, отбрасывающее и закрепляющее элементы познания.

Условность разделения процесса познания на триаду эксперимент (Э)—модель (М)—теория (Т) можно проследить, рассматривая взаимодействия пар триады:

Э—Т: практический (так называемый "американский") подход к формализации эмпирического знания;

Э—М: слияние эксперимента и модели, возникновение модельного эксперимента;

Т—М: возникновение теоретических моделей, идеальных или с поправкой на действительные, которые используются в процессе обучения, в том числе для проведения модельных экспериментов.

Только овладение всеми частями триады в их взаимодействии можно назвать получением знания. Схематическое циклическое движение внутри триады демонстрирует цикличность процесса познания.

Именно в процессе познания, характеризуемого триадой "эксперимент—модель—теория", появился модельный эксперимент, который приобрел большое значение не только в науке, но и в учебных курсах естественно-научных дисциплин. Связано это с тем, что естественно-научные знания особенно нуждаются в закреплении практикой, а по ряду причин это бывает затруднено. Например, при изучении процессов, которые невозможно наблюдать из-за большой разницы временных или пространственных масштабов, очень быстрых или медленных, очень больших или очень малых размеров. Заменой служит моделирование, являющееся общенаучным методом познания и одним из основных способов получения и усвоения учебных знаний. Модель оказывается единственным объектом — носителем информации о процессе или явлении. Поэтому проблема моделирования особенно актуальна в естественных науках. В физике и химии — это проблема моделирования микрообъектов, в частности атомов и молекул. В такой ситуации большое значение приобретает модельный эксперимент как особая форма эксперимента, для которой характерно использование действующих материальных моделей в качестве специальных средств экспериментального исследования. К модельному эксперименту, в котором вместо самого объекта изучается замещающая его модель, прибегают в случаях, когда объект иссле-

Рис. 2. Роль модельного эксперимента в научном познании

дования недоступен наглядному созерцанию, что характерно для объектов микромира. Теория и практика использования модельного эксперимента показывает, что к нему обращаются на всех этапах цикла Э—М—Т. Схема цикла показана на рис. 2.

Стрелки в схеме не всегда обозначаются линиями, а занимают некий объем, так как не только обозначают направление развития, но и сами представляют собой элементы сбора и аккумуляции информации как операторы познания. Модельный эксперимент используется также и в получении знания (научного познания) внутри операторов (обозначенных на схеме стрелками), соединяющих основные блоки триады познания. К модельному эксперименту обращаются при каждом переходе: от Эксперимента к Модели, от Модели к Теории, от Теории к Эксперименту. В процессе обучения (получения Знания или научения) происходит многократное, а часто и циклическое его использование.

Использование модельного эксперимента позволяет заменить "прямое восприятие" текстовой информации процессом установления "истины" на модели. В проведение модельного эксперимента входит и постановка модельного эксперимента, и самостоятельное получение, и дальнейшая проверка нового знания, а также предполагаемая возможность ошибки, придающая дух соревновательности и азарт.

Процесс переориентации учебного процесса от традиционной схемы "поглощения" учащимися нового материала, подготовленного (заранее отобранного) преподавателем и ориентированного на использование известных алгоритмов решения задач, в сторону самостоятельной организации поиска путей решения, возникающих в исследовании задач, и поиск недостающих для решения

знаний своими силами становится тем более возможным и оправданным при использовании современных средств интернет- и ме-диаподдержки. Е.Н. Князевой и С.П. Курдюмовым это охарактеризовано следующим образом: "Процедура обучения, способ связи обучаемого и обучающего, ученика и учителя — это не перекладывание знаний из одной головы в другую, не вещание, просвещение и преподнесение готовых истин. Это — нелинейная ситуация диалога, прямой и обратной связи, солидаристического образовательного приключения, попадания (в результате разрешения проблемных ситуаций) в один согласованный темпомир. Это ситуация пробуждения собственных сил и способностей учащегося, инициирования его на один из собственных путей развития" [2:70—72].

Интерактивный способ представления информации повышает также и мотивацию изучения предмета, особенно при использовании "эффекта присутствия внутри процесса".

Модельный эксперимент позволяет расширить границы проведения химического эксперимента не только на область дорогих или опасных для здоровья работ, но и на ненаблюдаемые объекты микромира (элементарные частицы, атомы и молекулы), что является принципиально важным для формирования у учащихся представлений о реальном существовании мельчайших, описываемых в терминах вероятности объектах. Дидактические возможности модельного эксперимента позволяют вводить новые научные представления о строении вещества в курсах химии и физики в старшей школе.

Проведенный анализ дидактических свойств и функций моделей в учебных курсах естественно-научных дисциплин указал на тесную взаимозависимость содержания образования и способов его трансляции от видов и уровней сложности используемых учебных моделей. Так, например, отбор моделей для проведения модельного эксперимента сегодня составляет проблему из-за меняющихся функций собственно эксперимента, только лишь эмпирическое (в натуре) представление которого не достигает должного результата. В соответствии с современными тенденциями активно используются компьютерные модели: они также допускают проведение модельного эксперимента и модельных исследований, отличающихся не столько качественными, сколько количественными результатами, например такими, как исследование влияния параметров задачи на результаты.

Исторически сложившаяся традиция использования моделей в обучении отводит значительное место материальным моделям.

Такое предпочтение не дань традиции. Предметная деятельность акцентирует внимание, а тактильный контакт облегчает восприятие объемных форм (двумерное изображение не дает полноты образа даже при наличии псевдообъемной графики и динамики на экране монитора), тем более что форма и цвет, подкрепленные осязанием, закрепляют образную и долгосрочную память. Традиционное учебное моделирование в курсах естественно-научных дисциплин осуществлялось главным образом с помощью материальных учебных моделей. Сейчас, возможно, уже не все это знают, но используемые в школе модели разнообразны. Упрощенно их классификацию можно представить с помощью полярного или двоичного разделения на:

• материальные и идеальные;

• структурные и функциональные;

• статические и динамические (по типу представления информации);

• демонстрационные и раздаточные (по способу применения);

• пассивные и интерактивные (по степени коммуникативности).

В последнее время ситуация заметно меняется. Мировые тенденции в сфере обучения сводятся в основном к использованию современных возможностей мультимедиа:

• удаленный доступ или "интернет-присутствие" в событии;

• интерактивный отклик (ответ) ЭЗСО (экранно-звукового средства обучения);

• подача учебного материала в виде "гипертекста" или слоями, отличающимися уровнем сложности и объемами;

• модульная структура знания (работа с фрагментами, блоками знаний или только ссылками на них);

• наличие нескольких уровней сложности в одном блоке информации, распределенных по уровням доступа контрольными вопросами.

Учитывая эти тенденции при проектировании и создании современных комплексов моделей, необходимо решать проблему взаимосвязи новых моделей с традиционными, исторически используемыми. Образно говоря, не выбрасывать все то, что может "покрываться пылью" от излишнего увлечения компьютером, а прописывать сценарии их использования.

Заметной и полезной современной тенденцией использования моделей является возможность их использования не только последовательно (по возрастающему уровню сложности учебного материала "от простого к сложному"), но и параллельно (что

позволяет учащимся самим выбирать свой уровень освоения учебного материала и задач, соответствующих выбранному уровню). Для реализации такой возможности степень совместимости моделей должна быть весьма высокой. А наиболее простые модели должны содержать в себе "в плотно упакованном виде" все сложные модели. Принцип "простая модель — значит хорошая и доступная" не является актуальным, потому что простая модель (со сложными способами объяснения природных явлений) явно проигрывает сложной модели, доступной в использовании, позволяющей при необходимости объяснить изучаемые феномены и явления любой сложности.

Современная модель (как информационный блок или модуль) заведомо содержит избыточную, но до времени скрытую (свернутую) информацию, которую при необходимости можно развернуть, а при ее ограниченности хотя бы связать с другой, более сложной, но совместимой моделью. Модели отбираются по известным педагогическим принципам с акцентом на добавление требования "интерактивности" и "перспективности" (или возможностью модификации), возможно даже в ущерб визуальной наглядности и внешней простоте. В этом и заключается актуальность, а не "историчность" моделей.

Таким образом, при формировании комплекса моделей должны быть учтены педагогико-эргономические требования к каждому из видов моделей и особенности процесса их взаимосочетания во время обучения. Общие педагогико-эргономические требования, предъявляемые к учебной модели, таковы: научность (достоверность); доступность (популярность); информативность (содержание); совместимость (преемственность); комплементарность (дополнительность); адаптивность (приспособленность); инструментальность (технологичность); иерархичность (вложенность) и интерактивность (взаимодействие). Перечисленные требования должны быть учтены еще на стадии проектирования учебной модели — в этом заключается ее основное отличие от исследовательской модели (полученной часто эвристическим путем).

Модельный эксперимент также можно использовать в проектировании комплекса используемых моделей. Принципиальный алгоритм формирования комплекса моделей показан на рис. 3.

В современном информационно насыщенном мире быстро меняются условия обучения: увеличивается суммарный объем изучаемого материала, сокращается количество часов, посвященных изучению естественно-научных дисциплин, в частности физики и

Рис. 3. Формирование комплекса моделей

химии. В соответствии с изменяющимися условиями и методами обучения должны претерпевать изменения и модели, используемые для обучения. Из общего количества используемых в обучении моделей (число которых непрерывно возрастает в связи с накоплением новой научной информации, требующей новых форм демонстраций) необходимо выделять модели, интенсифицирующие и облегчающие процессы обучения, образующие взаимосвязанные комплексы средств обучения. При этом должна повышаться возможность иерархического распределения средств обучения и взаимного их сочетания в процессе обучения, соответствие определенным приемам работы и формам деятельности. Также должна возрастать специализация моделей, т.е. модели должны ярко и желательно однозначно отражать моделируемые качества. При этом должны сохраняться преемственность моделей, их совместимость и взаимозаменяемость.

Возможность выполнения этих требований покажем на примерах.

Во второй половине ХХ в. появились новые научные модели, аккумулирующие в себе новое содержание. Новые модели приносят с собой новые формы и средства обучения, использование которых позволяет откорректировать содержание, вернуть в программу обучения вопросы, которые ранее считались сложными для изучения, но являлись необходимыми для формирования информационного горизонта и мировоззрения.

Кольцегранные модели (в которых все электроны обозначаются кольцами) являются новыми и кажутся сложными. Однако из-за новизны и непривычности эти модели кажутся сложным, но только на первый взгляд. Модели могут использоваться на протяжении преподавания всего курса химии, с самого начала изучения Периодического закона. Особенно это важно в связи с тем, что в восьмом классе Периодический закон и Периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева изучаются одновременно с ознакомлением учащихся со строением атомов элементов первых четырех периодов. При традиционном обучении не дается характеристика разных форм электронных орбиталей из-за явной их сложности и отсутствия других простых и доступных моделей. Возможно, что изучение строения электронных орбиталей может быть полностью перенесено в углубленный курс или быть ограничено ознакомлением учащихся с вариативностью их форм.

Основной упор в изучении должен быть сделан на распределении электронов, составляющих оболочку атома на соответствующих уровнях, что дает учащимся возможность сформировать

долгосрочное знание о строении атома, которое не входит в противоречие с более сложными орбитальными моделями. Таким образом, при продолжении изучения химии, углублении знаний или даже при выборе химической специализации эти модели позволяют воспринимать новое знание как развитие уже имеющихся знаний, а не их замену, что сохранит преемственность знания. Преемственность знания поможет сохранить целостность мировоззрения, избежать разделения на мир реальный и "мир науки", современной катастрофы "парадоксальности" знания, а также сохранит культуру использования научно-технического знания, а не его отторжения как чужеродного и непонятного.

Проблема неполноценности содержания обучения, порожденная либо малой информационной емкостью, либо сложностью и избыточной противоречивостью традиционно используемых моделей, может быть решена фрагментарным изменением содержания, связанным с введением в обучение новых моделей.

Частным примером использования новых моделей (кольце-гранников) и новой формы обучения (модельного эксперимента) является учебный информационный блок, демонстрирующий возможности комплекса с включением новых кольцегранных моделей: "Формирование понятия устойчивости электронных оболочек" (рис. 4).

Постановка и проведение модельного эксперимента может проходить параллельно как на материальных моделях, так и в компьютерном виде. Конечно, использование современных моделей сопровождается интегральным (или синтетическим) подходом: материальный набор + электронная версия + современные формы обучения (модельный эксперимент с использованием материальных моделей и их отражения в виде компьютерных моделей, что позволяет расширять содержания образования).

Результатом такого использования модельного эксперимента является более глубокое усвоение знания об устойчивости электронных оболочек, полученного самостоятельно в форме проблемного модельного эксперимента.

Таким образом, использование модельного эксперимента позволяет увеличить научно-образовательную глубину содержания образования и усилить мотивационно-игровой аспект изучения образовательного материала. Дидактические возможности расширенного за счет полимодельных интерпретаций образа-модели могут решить существующую проблему неполноценности содержания обучения (порожденную либо малой информационной емкостью, либо сложностью и избыточной противоречивостью традиционно

Рис. 4. Схема формирования понятий устойчивости электронных оболочек

используемых моделей) и привести к фрагментарным изменениям содержания [3]. Эти изменения и ожидаемые результаты кратко представлены в таблице.

Изменения в содержании обучения и ожидаемые результаты

Изменения в содержании Способы и средства достижения результата Достигаемый результат

1 2 3

1. Связать движение электрона в виде точки в планетарной модели атома с движением фазы распределенного отрицательного заряда по замкнутому контуру в электронной оболочке атома 1. Изображение электрона в атоме гибким кольцом (или замкнутым контуром), размер которого определяет размер атома. Используются кольца разного цвета, двуцветные, магнитные, кольца с символическим обозначением направления движения, фрагменты колец 1. За счет совмещения корпускулярно-волновых свойств электрона в одной модели избегаем множественного переопределения электрона то в виде точки или маленького шара, то в виде орбитали или электронного облака

Окончание таблицы

1 2 3

2. Дать определение спин электрона (присущего электрону свойства внутреннего вращения), связав его с движением заряда электрона внутри атома по замкнутому контуру, сообщающему электрону магнитный момент в атоме 2. Изобразить спин в виде вектора, приложенного к центру кольца, изображающего электрон, перпендикулярно его плоскости. Направление вектора определяется в зависимости от направления движения заряда по кольцу по правилу буравчика 2. Наглядное и простое обозначение свойства внутреннего вращения электрона — спин избавляет от противоречия между наличием движущейся заряженной частицы в атоме и отсутствием излучения, которым должно сопровождаться ее движение

3. Открывается новая возможность рассмотрения взаимодействия электронов внутри атомной оболочки (в виде упрощенных моделей электрона в виде кольцевых магнитов или замкнутых контуров с током) 3. Использовать для моделирования оболочек магнитные кольца, или кольца двух цветов (красного и синего), или же двуцветные кольца (красно-синие), обозначающие магнитные свойства модели электрона, аналогично кольцевому магниту 3. Наглядная демонстрация образования в атоме устойчивых оболочек ("электронных поверхностей" вокруг ядра атома), а также возможность проведения модельного эксперимента проверки их устойчивости. Объясняются ранее постулируемые свойства устойчивости оболочек

4. Рассмотрение стремления оболочек к завершенной форме как следствия взаимодействия электронов в оболочке с учетом их свойств "спин" и стремления к образованию наиболее правильных симметричных форм 4. Построение кольцегран-ных моделей электронных оболочек из моделей электронов в виде колец с учетом чередования их свойства спин, обозначаемого цветом колец. Модельный эксперимент выявления наиболее устойчивых оболочек в атоме 4. Возможность показа как устойчивых (завершенных), так и незавершенных оболочек. Демонстрация зависимости свойств элементов от вида его электронной оболочки. Объяснение понятия периодичности на примере заполнения электронных слоев в атоме

5. Моделирование процессов образования ионов из нейтральных атомов, определяемое взаимодействием электронов в оболочках атома 5. Составление объемных моделей ионов из плоских колец (моделей электронов) 5. Объяснение и модельная демонстрация процессов образования ионов с завершенными оболочками из нейтральных атомов с незавершенными оболочками

6. Пространственное моделирование электронных поверхностей молекул с различными видами связей 6. Проведение фронтальных работ построения моделей молекул в виде модельных экспериментов 6. Демонстрация и объяснение образования ковалент-ных полярных и неполярных связей. Изучение особенностей их электронного строения

Кольцегранные модели могут использоваться как в виде наглядных демонстрационных, так и раздаточных моделей. Кольцегранные модели электронных оболочек атомов и молекул используются для изучения строения веществ, их физических и химических свойств, а также для геометрической интерпретации и демонстрации механизма образования различных видов ковалентных связей. С использованием кольцегранных моделей появляется возможность более рациональной организации занятий по основным темам и разделам курса химии 8—11-х классов, в частности при изучении следующих тем: "Периодический закон и Периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева"; "Строение атома"; "Химическая связь"; "Строение веществ"; "Общие свойства металлов" и др. Формы обучения разнообразны и традиционны: процессы усвоения информации происходят через объяснение и демонстрацию учителем, через лабораторные фронтальные опыты и самостоятельные работы (лабораторные, практические и экспериментальные, коллективно-творческие).

Модельные эксперименты как новая форма обучения, развивающая самостоятельное мышление, использующая элементы проблемного обучения, рассчитаны на самостоятельное установление результата (а при возможности и самостоятельную постановку проблемы в историко-структурном контексте) и требуют рассмотрения альтернативных гипотез в части строения вещества, представляющих свободу выбора и самостоятельное установление "истины". Для этого требуются не только новые формы обучения, но и новые альтернативные точки зрения: новые концепции и парадигмы, представляющие возможность множественного объяснения одного и того же явления. В разделе "Строение вещества" наглядно иллюстрируется проблема сложности, а не единственности объяснения устройства окружающего мира (на примере микромира).

Разнообразные сценарии модельных экспериментов с использованием разных моделей, в том числе и обладающих новыми дидактическими функциями (кольцегранных, а в перспективе развития и волногранных моделей), расширяют иллюстративную и модельную базу средств обучения и привносят с собой важную дополнительную информацию о строении вещества. Постановка и проведение модельного эксперимента возможны как в материальной, так и в виртуальной формах, как с использованием материальных моделей, так и в виде медиаприложений.

Таким образом, использование современных моделей и новых технологий их использования требует интегрированного подхода [4], в результате которого формируется комплекс моделей:

материальный набор, его электронная версия, обеспечивающие новые формы обучения, что позволяет изменять (расширять и углублять) содержание образования.

Список литературы

1. Хокинг С., Млодинов Л. Высший замысел / Пер. с англ. М. Кононова под ред. Г. Бурбы. СПб.: Амфора, 2012. 208 с.

2. Князева Е.Н., Курдюмов С.П. Антропный принцип в синергетике // Вопросы философии. 1997. № 3. С. 70—72.

3. Кожевников Д.Н. Создание и использование комплекса моделей атомов и молекул для изучения строения вещества в курсе химии средней школы: Дис. ... канд. пед. наук. М. 228 с.

4. Состояние и тенденции развития в России и за рубежом основных видов средств обучения как потенциальных источников формирования новых компонентов содержания образования. Аналитический отчет. М.: ООО Издательство "ВАРСОН", 2008. 93 с.

COMPLEX USE OF MODELS AND MODEL EXPERIMENT

IN STUDYING OF NATURAL-SCIENCE DISCIPLINES

D.N. Kozhevnikov

Article is devoted to models and a modeling method in the history of science and pedagogics. The role of model experiment in scientific knowledge is considered. The place of model experiment in a triad of process of knowledge is defined: experiment (E)—model (M)—the theory (T). Short classification of training models is given. The pedagogic-ergonomic demands made to a training model are formulated. The basic algorithm of formation of a complex of models is shown. Use example in training of koltsegranny models of atoms and molecules is reviewed.

Key words: training model, triad: experiment—model—theory, model experiment, complex of models, pedagogic-ergonomic requirements, image-model, polymodel interpretations.

Сведения об авторе

Кожевников Дмитрий Николаевич — кандидат педагогических наук, заведующий лабораторией проектирования учебного оборудования ФГНУ Институт содержания и методов обучения РАО. Тел.: 8(495) 625-49-45, +7-903-710-11-85; e-mail: rao721@ya.ru