Роль фундаментальной науки в формировании мировоззренческого потенциала учащихся

Программа «Школа начинающего учителя» показала, что в рамках общеобразовательной школы может быть организовано разнообразное по содержанию и воспитательным функциям общение молодых педагогов, их коллег и учеников, способствующее обогащению профессиональной и гуманитарной культуры и ориентированное на развитие творческой позиции.

Практическое значение состоит в том, что разработанные тренинг-семинар «Эффективные методики формирования творческой позиции начинающего учителя в условиях общеобразовательной школы» и программа «Школа начинающего учителя», могут служить основанием для «карты престижа», оценок эффективности деятельности школ, выявления резервных возможностей учителей. Результаты исследования открывают возможности для использования методик формирования творческой позиции при разработке учебных программ на курсах повышения квалификации учителей.

1. Андреев В.И. Эвристика для творческого саморазвития. Казань, 1994.

2. Загвязинский В.И. Педагогическое творчество учителя. М., 1987.

3. Гоноболин Ф.Н. Книга об учителе. М., 1965.

4. Колесников Л.Ф. Резервы эффективности педагогического труда. Новосибирск, 1982.

5. Кухарев Н.В. На пути к профессиональному совершенству: кн. для учителя. М., 1990.

6. Матейко А. Условия творческого труда. М., 1970.

7. Профессиональная деятельность молодого учителя: Социально-педагогический аспект / под ред. С.Г. Вершловского, Л.Н. Лесохиной. М., 1982.

8. Маркова А.К. Психология труда в школе. М., 1993.

9. Посталюк Н.Ю. Творческий стиль деятельности: педагогический аспект. Казань, 1989.

10. Божович Л.И. Избранные психологические труды. Проблемы формирования личности / под ред. Д.И. Фельдштейна. М.; Воронеж, 1995.

11. Леонтьев А.Н. Деятельность. Сознание. Личность. М., 1975.

12. Рубинштейн С.Л. Основы общей психологии. М., 1989.

13. Козиев В.Н. Формирование профессиональных качеств личности учителя. Л., 1987.

Поступила в редакцию 11.12.2006 г.

РОЛЬ ФУНДАМЕНТАЛЬНОЙ НАУКИ В ФОРМИРОВАНИИ МИРОВОЗЗРЕНЧЕСКОГО ПОТЕНЦИАЛА УЧАЩИХСЯ

В.Н. Марков, Н.М. Пухов

Markov V.N., Pukhov N.M. The role of fundamental science in formation of learner’s world outlook potential. The article is devoted to the problem of including fundamental knowledge, connected with some factors of cosmological science into contemporary pedagogical learning developing paradigm. The following work shows the way of introducing quantum-relativity physics in school course through conceptual world outlook aspect and informative overview of main achievements and discoveries in contemporary cosmology.

Данная статья имеет определенную дидактическую и методическую направленность, затрагивая концептуально-мировоззренческие аспекты изучения современной физики в общеобразовательной школе. Она посвящена проблеме включения новейших фундаментальных знаний, касающихся некоторых факторов космологической науки, в современную педагогическую парадигму развивающего обучения. А. Эйнштейн в статье «Существует ли наука ради самой нау-

ки?» [1] поднял актуальный и педагогически значимый как для своего, так и для нынешнего времени вопрос - какую роль должна играть фундаментальная наука в жизни человеческого общества. Он полагает, что Наука и Человечество должны активно взаимодействовать, чтобы не впасть в застой и упадок. Это касается не только научно-технического прогресса, но и интеллектуального и духовного развития общества. Фундаментальная наука, по выражению Эйнштейна, вырабаты-

вает «жизненно важный гормон» духовного роста, необходимый всем частям социального организма. По этой причине желательно, чтобы как можно большее число людей могло ознакомиться с новейшими мировоззренчески значимыми достижениями и открытиями фундаментальной науки. Такой взгляд Эйнштейна созвучен с тезисом В.В. Давыдова о том, что «мышление каждого индивида в полной мере должно стать таким, каким оно может быть при современном уровне развития человеческого рода» [2]. Эта педагогическая максима может быть положена как базисный постулат в основу современного всесторонне развивающего обучения.

Как пишет А. Эйнштейн, стремление ко все более охватывающему влиянию гормона духовного роста «вовсе не означает, что каждый человек до пресыщения должен пичкать себя ученостью и разными научными фактами, как это часто бывает в школах... Но каждому мыслящему человеку надо предоставить возможность познакомиться с фундаментальными научными проблемами его времени, даже если его положение в обществе не позволяет ему посвятить этому значительную долю своего времени. Только выполняя и эту важную просветительскую задачу, наука приобретает, с точки зрения общества, права на свое существование» [1, с. 464].

Эти педагогические идеи, высказанные Эйнштейном более восьмидесяти лет тому назад, как нам кажется, начинают приобретать черты общественно осознанной актуальности. Это касается не только определенной просветительской работы средств массовой информации. В настоящее время в стандарте высшего профессионального образования введена учебная дисциплина «Концепции современного естествознания» и, что более важно, подобная педагогическая проблематика включена как составляющая компонента государственного образовательного стандарта и общего образования. Последняя ставит целью, в частности, освоение знаний, касающихся современной физической картины мира в контексте строения и эволюции Вселенной [3].

Ранее нами была выдвинута и обоснована новая методическая модель изучения основ современной физики [4; 5], в которой в качестве инициирующего и пропедевтического начала изучения релятивистской и

квантовой физики было предложено использовать последние достижения и открытия космологической науки. Новейшая физика и космология сейчас в состоянии дать в целом объективированный ответ на извечный вопрос Человека - как устроен Мир, в котором он живет. Сущность этого ответа кроется в самой онтологической природе современной физики. Надо отметить, что космологический аспект этой темы в научно-популярном изложении для учащихся квалифицированно и доступно освещен в ряде книг [6-8]. В этой же статье мы предприняли попытку иного рода: очертить круг вопросов современной космологии, изучение которых в школьном курсе физики позволит подвести учащихся к сложному и необычному миру квантоворелятивистской физики. Поэтому ниже мы кратко изложим содержательные основы такого научно-методического подхода, где космологии отводится роль «парадного входа» в квантово-релятивистскую физику.

Можно сказать, что современная космология [9-11] держится на «трех китах»:

А) Регулярное расширение Вселенной Одним из фундаментальных открытий XX в. является установление того факта, что наша Вселенная «дышит», то есть обладает определенной глобальной динамической структурой. Этот релятивистский гравитационный динамический феномен был впервые теоретически предсказан российским ученым А.А. Фридманом в 1922 г. Решая (при определенных предположениях о глобальной симметрии нашей Вселенной) уравнения Эйнштейна, описывающие релятивистскую гравидинамику, Фридман установил, что в зависимости от величины средней плотности гравитирующей материи во Вселенной она должна находиться в том или ином динамическом режиме расширения или сжатия. Это чрезвычайно важное космологическое явление впервые было экспериментально подтверждено Эдвином Хабблом. В 19281929 гг. он обнаружил характерное «разбега-ние» галактик местной группы, которое в наше время воспринимается как всеобщее космологическое расширение Вселенной. С усовершенствованием методик и инструментария наблюдения за всемирным космологическим расширением в настоящее время твердо установлено, что на расстояниях порядка миллиарда световых лет имеет место

разбегание галактик, подчиняющееся закону Хаббла (рис. 1). Этот закон устанавливает хорошую линейную корреляцию между скоростью удаления (друг от друга) галактик и расстоянием между ними, приходящимся на нынешнюю эпоху.

Из фридмановской теории динамической эволюции нашей Вселенной вытекает, что космологическое расширение должно происходить по линейному закону: в каждый данный момент истории Вселенной скорость V разбегания галактических объектов, находящихся на расстоянии Я друг от друга, должна быть пропорциональна этому расстоянию

V = н • Я .

Это и есть знаменитый закон Хаббла. Здесь Н - суть некоторый коэффициент, который обычно называют постоянной Хаббла. Закон (1) является прямым следствием однородности и изотропности, которые в мегамасштабе существуют в мире галактик. Наиболее реалистически измеренное значение постоянной Хаббла для настоящей эпохи существования Вселенной равно:

Н = 65

км/с

Мпк

Б) Большой Взрыв. Реликтовое излучение Космологическое явление, называемое расширением Вселенной, в настоящее время является достоверно установленным фактом. Еще на заре зарождения космологии в астрофизике А. Фридман и его ученик Г. Гамов подняли вопрос о причинах этого феномена. Если процесс расширения Вселенной обернуть вспять во времени, то мы получим фактор, называемый «сжатием». Это приводит к выводу, что расширение нашей Вселенной началось с некоторого особого (сингулярного) ее состояния и на начальном этапе этого процесса представляло собой нечто похожее на колоссальный вселенский взрыв. Теоретические оценки показывают, что в подобном состоянии Вселенная находилась примерно Т = 1/Н лет тому назад, т. е. ее возраст составляет приблизительно 15^18 миллиардов лет. Об акте рождения и начальном состоянии Вселенной в космологической науке в настоящее время известно очень мало. Но тем не менее твердо установлено, что такой «взрыв» был, и, кроме того, известны некоторые его оценочные параметры. В настоящее время в так называемой Стандартной Космологической Модели Вселенной (СКМВ) последнее положение принято как некая аксиома. Трудности с изучением и определением

Рис. 1. Диаграмма Хаббла, построенная для выборки галактик по методу Тулли-Фишера. По вертикальной оси отложена скорость удаления галактик в тысячах километров в секунду, по горизонтали -расстояние в десятках мегапарсек

этого начального сингулярного состояния Вселенной очень большие. И причиной тому является то, что ее поведением в то время управляли физические законы, которые существенно отличаются от тех, которые действуют в современную эпоху. Однако если отступить от первых моментов «творения», хотя бы на очень малое время, порядка т г 10 35 с, то состояния Вселенной и дальнейший ход ее динамической эволюции уже допускают осмысленное и детальное исследование на основе твердо установленных физических законов.

О первых мгновениях постпланковского времени существования нашей Вселенной уже известно достаточно много. Прежде всего, установлено, что на начальных этапах космологического расширения вещество (материя) пребывало в состоянии чрезвычайно горячей и плотной космической плазмы. В то время не было никаких форм обычного (известного нам сейчас) вещества: ни элементарных частиц, ни атомов, ни галактик, ни звезд, ни планет. Все это появилось значительно позже в процессе естественной динамической эволюции нашей Вселенной (табл. 1).

Начальное состояние Вселенной Г. Га-мов назвал горячей Вселенной, а сам процесс ее начального развития - Большим Взрывом. Гамов (опираясь на известные тогда научные факты и законы) исследовал процесс зарождения и развития нашей Вселенной в рамках концепции Большого Взрыва достаточно подробно. На основании этих исследований

ему удалось достаточно точно (по сравнению с наблюдениями) определить распределение химических элементов во Вселенной. Кроме того, эта концепция позволила ему предсказать существование реликтового электромагнитного излучения, образовавшегося во время Большого Взрыва и равномерно наполняющего Вселенную и в наше время. Гамову удалось даже оценить характеристическую термодинамическую температуру этого излучения, которая по его оценкам должна быть порядка 3 К.

В 1965 г. электромагнитное «эхо» Большого Взрыва (реликтовое фоновое электромагнитное излучение), предсказанное Гамо-вым, было экспериментально обнаружено радиоастрономами А. Пензиасом и Р. Вильсоном. Это было именно то излучение, которое как следствие вытекало из концепции Большого Взрыва. Оказалось, что это излучение обладает высокой степенью однородности и изотропии и кроме того (что очень важно) характеристическая температура этой компоненты космического электромагнитного излучения оказалось Т = 2,73 К.

Существенный прогресс в экспериментальном исследовании электромагнитного фонового излучения был осуществлен с помощью специальной радиометрической пре-цезионной аппаратуры, размещенной на спутнике СОВЕ (рис. 2), запущенном КАСА 18 ноября 1989 г. в рамках научного проекта, ориентированного на специализированное исследование реликтового излучения.

Таблица 1

Основные эпохи эволюции Вселенной

Название эпохи и физические процессы в то время Время от Большого Взрыва Температура

Рождение классического пространства-времени 10-43 с 1012 К

Стадия инфляции ~10~42 -10~36 С меняется в очень широких пределах

Рождение вещества 10~36 с ~ 1029 К

Рождение барионного избытка 1035 с ~ 1029 К

Электрослабый фазовый переход 10-10 с ~1017 -1016 К

Конфаймент кварков 10~4 с ~1012 -1013 К

Первичный нуклеосинтез 1-200 с ~109 -1010 К

Доминирование темной материи 700 лет 300 000 к

Рекомбинация 700 000 лет 3 000 к

Современная эпоха 20 000 000 000 лет 3 к

Рис. 2. Спутник «СОВЕ». Наверху за конусообразным щитом (предназначенным для защиты от постороннего излучения - излучения Земли, солнца и т. п.) расположены приборы для изучения реликтового излучения. Приборы РГЯЛ8 и DIR.BE находились внутри основной панели инструментов - в двух черных отверстиях. По окружности основной панели располагались три радиометра прибора БМЯ

Исследовательский спутник СОВЕ работал на орбите более двух лет. Экспериментальная информация, собранная приборами этого спутника, позволила с чрезвычайно высокой точностью промерить форму спектрального распределения энергии в реликтовом фоновом излучении и определить его температуру (рис. 3), а также обнаружить явление анизотропии этого излучения и построить карту радиояркости неба в миллиметровом диапазоне. За комплекс этих исследований руководителям проекта - американским астрофизикам Дж. Мазеру и Дж. Смуту в 2006 г. была присуждена нобелевская премия по физике за «Открытие планковской формы спектра космического фонового излучения и анизотропии космического фонового излучения».

Открытие низкоуровневой анизотропии реликтового фонового излучения положило начало эпохе прямой экспериментальной прецизионной космологии. Очень точная фиксация формы спектра реликтового фонового излучения позволяет использовать этот фон в качестве особой системы отсчета в пространстве нашей Вселенной. Последнее обстоятельство позволяет измерять и оценивать основные космологические параметры Вселенной с точностью до долей процентов. Результатом этих исследований, а также других наблюдений и теоретического оценивания, стало построение СКМВ.

В) Инфляционная Вселенная. Гравитационный вакуум

На рубеже двух тысячелетий (начиная с 1998 г. и позже) несколькими группами астрономов было открыто еще одно явление, имеющее космологическое происхождение. Расширение нашей Вселенной, которое подчиняется закону Хаббла (1), было экспериментально верифицировано для расстояний порядка 100 Мпк. Такие расстояния позволяют «заглянуть» в предшествующую историю нашей Вселенной всего на глубину порядка 3 108 лет. В то время как Вселенная существует около 18 миллиардов лет. Серьезные теоретические аргументы указывают на то, что на более ранних этапах расширения параметр Хаббла Н существенным образом зависит от времени. Для экспериментального подтверждения этой идеи необходимо было заглянуть в прошлое нашей Вселенной на глубины большие, чем 100 Мпк. При этом соответствующие пространственные расстояния надо было измерять способами, не зависящими от закона Хаббла.

В астрономии для прямого измерения пространственных расстояний применяется фотометрический способ, основанный на методе так называемой «стандартной свечи». Стандартная свеча - это мощный источник света, для которого известна его интегральная светимость. Измерив яркость такого источника в месте его наблюдения, по опреде-

Рис. 3. Экспериментальная зависимость термодинамической температуры реликтового излучения от длины волны. Волновому вектору 10 см-1 соответствует частота 300 ГГц, находящаяся вблизи максимума в спектре реликтового излучения. Спектр излучения абсолютно черного тела на таком графике представляется прямой, параллельной оси абсцисс, так и получилось для измерения температуры реликтового излучения. С учетом погрешности измерений отклонения от закона абсолютно черного тела нет. Среднее значение температуры - 2,726 К

ленным фотометрическим законам можно определить и расстояние от наблюдателя до источника. Для определения очень больших расстояний необходимы очень мощные источники света с высокой однородностью светимости. Для этих целей было предложено использовать вспышки сверхновых звезд в очень удаленных для нас галактиках.

Поскольку в максимуме блеска сверхновые светят как целые галактики, то с помощью их можно измерять расстояния в миллиарды световых лет. В связи с этим, среди сверхновых был выделен особый класс 1а, который обладает хорошей однородностью в максимуме блеска. Хорошая однородность светимости этой популяции звезд, а также их большая светимость в максимуме блеска делают эти звезды идеальным индикатором для определения сверхбольших расстояний. В астрономии скорость удаления одних галактик относительно других определяется с использованием эффекта доплеровского смещения по физическому параметру, который называется «красным смещением». Этот параметр обозначается символом 7 и определяется как

г =

где X - длина волны регистрируемого света, а Х0 - длина волны испущенного света.

На рис. 4 приведены результаты измерений скоростей разбегания галактик для очень больших расстояний (Я > 109 световых лет). На этом рисунке прямая 1 представляет расширение, соответствующее закону Хаббла (1). Кривая же 2 показывает, что на более ранних этапах наша Вселенная расширялась с космологическим ускорением, отличным от нуля. Таким образом, начиная с 1998 г. у астрофизиков впервые появилась возможность измерять удельное ускорение Мира. Современная космологическая теория эволюции нашей Вселенной полагает, что космологическое ускорение обусловлено ненулевым значением так называемой космологической постоянной. Наличие этой константы означает существование особой универсальной мировой среды, обладающей определенными инерционно-гравитационными свойствами. В настоящее время эту «среду» называют космологическим гравитационным вакуумом или (в некоторых литературных источниках) гравитационной квинтэссенцией. Она индуцирует чрезвычайно интересное свойство,

Рис. 4. Диаграмма Хаббла, построенная по 42 сверхновым звездам типа 1а

называемое антигравитацией, которое раздувает Вселенную с самого ее начала, удаляя друг от друга гравитирующие объекты. По современным оценкам квинтэссенция обладает самой большой плотностью энергии во Вселенной. Энергия космического гравитационного вакуума (или «темная энергия») составляет примерно 67 % от всей энергии Вселенной и в настоящее время является наиболее загадочным ее компонентом.

Факт существования темной энергии лежит в основе новой космологической концепции устройства и динамики Вселенной, которую называют инфляционной моделью. Эта модель Вселенной на данный момент времени имеет сравнительно немного эмпирических оснований. Но тем не менее она является лидером в теоретических базисных схемах, которые естественно позволяют разрешить и объяснить почти все существующие проблемы СКМВ, в том числе и проблему сингулярного (начального) состояния Вселенной.

Здесь мы не будем углубляться в конкретику инфляционной модели Вселенной. Наиболее полно и квалифицированно содержание этого вопроса освещено в [11]. С точки зрения поставленной методической задачи рассмотренный материал, прежде всего, интересен тем, что позволяет объективировать факт существования такого физического объ-

екта, как вакуум, релятивистские и квантовые свойства которого составляют предмет изучения релятивистской и квантовой физики.

Путь вхождения в современную квантово-релятивистскую физику в школьном курсе через концептуально-мировоззренческий аспект и, в частности, используя краткое, но содержательное освещение основных достижений и открытий современной космологии, как показывает педагогический опыт, является методически эффективным. Учебный материал, изложенный и проиллюстрированный в этой статье, можно рассматривать как вариант подобного научно-методического подхода к изучению этой темы фундаментальной физической науки.

1. Эйнштейн А. // Собрание научных трудов.

М., 1966. Т. 3. С. 464-467.

2. Давыдов В.В. Проблемы развивающего обучения. М., 1986.

3. Федеральный компонент государственного стандарта общего образования // Физика в школе. 2004. № 4. С. 22-33.

4. Марков В. Н., Пухов Н.М. // Наука и школа. 2006. № 4. С. 22-26; № 5. С. 12-17.

5. Марков В.Н., Пухов Н.М. Современная физика: Концептуальные и методические основы изучения. М., 2007.

6. Черепащук А.Н., Чернин А.Д. Вселенная, жизнь, черные дыры. Фрязино, 2004.

7. Сажин М.В. Современная космология в популярном изложении. М., 2002.

8. Лауреаты Нобелевской премии 2006 года по физике // Природа. 2007. № 1. С. 67-72.

9. Вайнберг С. Гравитация и космология. Волгоград, 2000.

10. Долгое А.Д., Зельдович Я.Б., Сажин М.В. Космология ранней Вселенной. М., 1988.

11. Линде А.Д. Физика элементарных частиц и инфляционная космология. М., 1990.

Поступила в редакцию 30.01.2007 г.

О НЕКОТОРЫХ ПОДХОДАХ К РЕШЕНИЮ ПРОБЛЕМЫ ОБРАЗОВАНИЯ ШКОЛЬНИКОВ, ИСПЫТЫВАЮЩИХ ТРУДНОСТИ В ОБУЧЕНИИ В УСЛОВИЯХ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ УЧРЕЖДЕНИЙ

О.В. Кобцева

Kobtseva O.V. On some approaches to the education problems of schoolchildren having difficulties in the studies under conditions of comprehensive institutions. The article reveals the essence of education problem of the children having difficulties in training, characterizes this category of children, analyzes approaches to the definition of schoolchildren’s poor progress, and reveals the reasons of difficulties in studies of the schoolchildren. The evolution of views of the reasons for poor progress and the main reason of its appearance in comprehensive institutions of Russia in XX century is traced.

Современный период в общественной и экономической жизни нашей страны сопровождается существенным снижением показателей социальной защищенности и здоровья детей. По данным Министерства образования и науки РФ 76 % детей 6-7 лет, поступающих в первый класс, имеют те или иные отклонения физического здоровья, 18-20 %

имеют пограничные (негрубые) нарушения психического здоровья. У этих детей ограничены учебные возможности, недостаточная работоспособность, повышена утомляемость. Значительная часть таких школьников не имеет классических форм отклонений в развитии, но вместе с тем они испытывают стойкие трудности в учении и освоении социальной роли ученика.

В психолого-педагогической литературе используются различные термины для обозначения изучаемого контингента детей: «дети с отклонениями в развитии», «дети с задержкой психического развития», «дети

группы риска», «дети с пониженной обучаемостью», «школьники с проблемами в обучении», «отстающие в учении», «учащиеся с трудностями в обучении», «неуспевающие школьники» и др. [1]. В иностранной литературе встречаются термины: «дети со специфическими трудностями обучения», «ребе-

нок с проблемами», «медленно обучающиеся дети и др.» [2].

Сложность разграничения и выделения интересующей нас категории детей, испытывающей трудности в обучении, заключается в том, что строго научного понятия нормы личности не существует. Между нормальным и патологическим состоянием находится огромное количество переходных форм [3]. Точно также обстоит дело и с трактовкой понятия «отстающие школьники», «неуспевающий обучающийся».

В психолого-педагогической и социально-педагогической литературе термин «неуспевающий» также имеет неоднозначное толкование. В словарях по социальной педагогике неуспеваемость рассматривается или как комплексная неподготовленность учащихся, наступающая в конце более или менее законченного отрезка процесса обучения, отсюда неуспевающие учащиеся - это наиболее распространенный тип «трудных» в школьной жизни (С.А. Завражин), или как отставание в учении, при котором школьник не овладевает за отведенной время знаниями, предусмотренными учебной программой (Л.В. Мардахаев). В психолого-педагоги-ческом словаре под редакцией П.П. Пидка-систого неуспеваемость обучающихся рассматривается с точки зрения Закона РФ «Об