Формирование современного стиля мышления при обучении физике в вузе

ФОРМИРОВАНИЕ СОВРЕМЕННОГО СТИЛЯ МЫШЛЕНИЯ ПРИ ОБУЧЕНИИ ФИЗИКЕ В ВУЗЕ

Г. Ф. Михайлишина

Аннотация. В статье приводится анализ феномена современного стиля мышления, обсуждаются компоненты системы преподавания современной физики в вузе и формулируются принципы, которые должны лечь в основу при создании методической системы изучения постнеклассической (современной) физики.

Ключевые слова: современный стиль мышления, постнеклассическая (современная) физика, система преподавания современной физики.

Summary. The article provides an analysis of the phenomenon of modern style of thinking, discusses the components of modern physics university teaching system and formulates the principles to form the basis for creating a methodological study system of postnonclassi-cal (modern) physics.

Keywords: modern style of thinking, postnonclassical (modern) physics, modern physics teaching system.

Историю научного познания в области физики можно условно разделить на четыре этапа [1, с. 11], каждый из которых характеризуется, в частности, доминирующими в науке нормами исследования, что приводит к появлению определенного стиля мышления.

1. Предыстория физики характеризуется близостью и даже слиянием физических и философских представлений о природе, что явно сказывается на доминирующем стиле научного мышления.

2. Идеалом физического исследования на этапе «классической» физики (ХУП-ХУШ вв.) и в рамках классического стиля мышления было построение завершенной, логически замкнутой и самодостаточной картины природы. В обоснование включалась идея о све-

дении знаний о природе к фундаментальным принципам и представлениям механики. В XIX в. место механики занимает электродинамика.

3. На этапе квантово-релятивист-ской физики (конец XIX - середина XX столетий) в противовес идеалу единственно истинной теории допускается существование нескольких отличающихся друг от друга конкретных теоретических описаний одной и той же реальности, поскольку в каждом из них может содержаться момент объективно-истинного знания.

4. На сегодняшнем этапе развития науки мы являемся свидетелями радикальных изменений в основаниях физики, связанных с вовлечением в круг исследований качественно новых объектов. Эти изменения можно охарактеризовать как предтечи очередной научно-

83

84

технической революции, в ходе которой рождается новая, постнеклассиче-ская физика. В дальнейшем мы будем называть ее современной физикой.

Основными характеристиками современного этапа развития физики являются:

• междисциплинарность исследований (являющаяся следствием реализации идеи единства физического мира) предполагает существование взаимосвязи, преемственности, взаимопревращаемости различных объектов, изучаемых в ряде естественных наук: математике, физике, химии, биологии и т.д.; это касается, естественно, и физических свойств мега-, макро- и микромира, что является следствием единых закономерностей, проявляющихся по-разному в зависимости от временных и пространственных масштабов;

• идея глобального эволюционизма -ответ на стремление современной науки (в частности, физики) к комплексному изучению природы в ее саморазвитии [2, с. 3-18].

Ярким проявлением междисциплинарного подхода к изучению объектов является зародившаяся в естественных науках (в первую очередь в физике) синергетика. Она изучает наиболее общие законы эволюции и, главное, самоорганизации сложных физических систем. Само слово «синергетика» в переводе с греческого означает «совместное действие», то есть она исследует те явления, которые возникают при совместном действии нескольких факторов, в то время как каждый фактор в отдельности к реализации этого явления не приводит [3].

Развитие синергетики влечет за собой глубокие изменения в подходах к изучению мира. Это означает кон-

цептуальный переход от бытия к становлению, от стабильности к управляемому развитию, от образов порядка к хаосу, генерирующему новые упорядоченные эволюционирующие структуры, от систем, поддерживающих свое равновесие посредством отрицательной обратной связи (гомео-стазис), к быстрым процессам эволюции, благодаря нелинейной положительной обратной связи, от эволюции к коэволюции, взаимно согласованной эволюции различных сложных систем [4]. Идеи синергетики плодотворны и в понимании феномена современного стиля мышления [5]. Нам представляется, что синер-гетические эволюционные нелинейные модели поведения сложных систем могут быть применены и к пониманию творческой активности человеческого мышления. У самоорганизующихся систем и креативных процессов мышления есть общие черты. И те и другие устремлены к творческому обновлению и совершенствованию, при этом синергетика раскрывает извечную эволюционную мудрость природы и мышления.

Осознание единства и взаимосвязи всех элементов глобального мирового процесса, характерное для современного этапа развития физики, ведет к коренной перестройке мышления, отказу от дуального видения мира и формированию недуальной системы мышления, возрождая на новом уровне синкретическое видение мира [6, с. 11-15]. Синкретическое (греч. зупкгШзшоз — соединение, объединение) мышление выражается в стремлении находить связи между самыми разнородными явлениями, создавать всевозможные гипотезы о причинах вызвавших их событий. В этом случае понимание на-

чинается не с анализа деталей явления, а с осознания его в целом и дальнейшем определении смысла существования отдельных частей.

Конечно, в исследовательской деятельности не следует руководствоваться одной лишь установкой на поиск фундаментальных структур и элементов целого и отбрасывать альтернативную ей установку на поиск его интегральных характеристик. Эти установки дополнительны (в смысле Н. Бора) и необходимы для адекватного описания природы [2, с. 3-18]. Но накопление в настоящее время эмпирических и теоретических результатов, обострение проблем и противоречий в современных научных теориях и концепциях вынуждает выдвигать на передний план развитие фундаментальных исследований, приближающих новую научную революцию, связанную с кардинальным изменением стиля мышления, видения самих научных проблем.

В свою очередь современное общество все больше осознает необходимость формирования у людей нового целостного миропонимания и научного мировоззрения, которые были бы адекватны последним достижениям фундаментальной науки. Науки о природе не только обеспечивают развитие технологий, но и развивают менталитет людей, в частности, формируют особый тип научного мышления, дефицит которого остро ощущается в современном обществе.

Сказанное выше свидетельствует, что новый современный (синергети-ческий) стиль мышления является одновременно нелинейным, эволюционным, творческим и холистическим (целостным). Формирование стиля мышления является одной из основных

целей изучения любой науки, в том числе физики. Фактически именно сформированный стиль мышления определяет в дальнейшем успех проведения научных исследований. Поэтому чрезвычайно важным становится вопрос: «Соответствует ли существующая в настоящее время методическая система изучения физики современному состоянию физической науки?» Анализ показывает [7], что ответ на этот вопрос отрицательный. Структура и содержание традиционного курса физики являются консервативными. Курс физики достаточно часто ограничивается изучением механистических воззрений классического этапа развития науки. Некоторое внимание придается изучению идей квантово-релятивистского этапа истории физики. В то же время идеи и методы, сопровождающие обсуждавшийся выше синергетический стиль мышления, отсутствуют в курсе физики практически полностью. Поэтому методическая система изучения физики, принятая в настоящее время, создает лишь минимальные условия для формирования современного стиля 85 мышления, которым должен обладать гармонично развитый, активно действующий специалист-профессионал.

Кризис современной системы образования, являющийся составной частью глобального кризиса цивилизации начала XXI в., в немалой степени обусловлен узкодисциплинарными установками сегодняшнего образования. Как следствие этого - фрагментарность видения реальности, что в условиях нарождающегося постиндустриального информационного общества не позволяет людям адекватно реагировать на все обостряющийся экологический кризис, девальвацию

86

нравственных норм и духовных ценностей, нестабильность политической и экономической ситуаций. Сегодня под лавиной информации мы страдаем от неспособности охватить комплексность проблем, понять связи и взаимодействия между вещами, находящимися для нашего сегментированного сознания в разных областях. Отсюда потребность в радикальной реформе образования на современном этапе, которая привела бы к тому, что выпускник учебного заведения стал компетентным специалистом-профессионалом, способным к реальному взаимоувязыванию знаний [8].

Осознание необходимости модернизации педагогической теории, приведения ее в соответствие с основными требованиями постнеклассической науки пришло в научную среду в конце 80-х гг. ХХ в. Выступая в 1989 г. на международном симпозиуме в Вене, канадский профессор Р. Рамзей утверждал, что состояние теоретико-методологических основ педагогической науки, опутанных паутиной механистических воззрений и концепциями прошлого века, вызывает глубокие опасения [5]. По его мнению, необходимо искать ответ на серьезные вызовы новейших достижений естественных наук, брошенные всем прочим областям науки. Возникает необходимость переосмыслить, придать новое понимание и выработать новые основания для педагогики и всей социально-педагогической деятельности общества.

Все вышесказанное свидетельствует о том, что технология формирования в курсе физики современного целостного стиля мышления учащихся станет более эффективной, если:

• спроектировать систему физического образования на основе нового

подхода, который раскрывает сущность и содержание учебной дисциплины «Физика» как системное понятие, формирующее целостный образовательный процесс, направленный на развитие компетентности в области физических знаний,современного стиля мышления и познавательной активности обучаемых;

• использовать эвристический, концептуальный, методологический и гуманитарный потенциал современной физики для развития образовательной активности и креативности обучаемых, их познавательной рефлексии и самостоятельности, формирования современного естественнонаучного мировоззрения.

Первый шаг к решению этой проблемы, мы видим в том, чтобы не разбрасывать отдельные разрозненные достижения и открытия современной физики по различным «местам» традиционно выстроенного курса, а определить методологическую важность самостоятельно существующих в современной физике разделов и сделать их равноправными частями нормативных курсов. Следующим шагом, который должен стать нормой во всех высших учебных заведениях, является создание системы преподавания современной физики, особенности и формы реализации которой, варьируются в зависимости от профиля учебного заведения.

Система преподавания современной физики в вузах должна включать:

• детально разработанные цели и задачи преподавания современной физики в вузе;

• нормативные, специальные и элективные курсы;

• специальный физический практикум;

• организацию самостоятельной работы студентов (работа на научных стендах, курсовые работы, дипломные работы, магистерские диссертации);

• современную методику оценки знаний, основанную на компьютерных технологиях;

• разработку включения в учебный процесс собственных научных достижений кафедры (лаборатории) и конкретных преподавателей;

• разработку общих положений методики преподавания современной физики в вузах, в основе которых лежат мультимедийные технологии, а также выявление особенностей методики преподавания современной физики в вузах разного профиля.

Обсудим более подробно компоненты данной системы.

Цели и задачи преподавания современной физики в вузе следующие. Курс современной физики в вузе призван дать обучаемым глубокие знания об основных направлениях и главных достижениях современной физики, ее взаимосвязях с другими разделами естествознания, а также сообщить студентам сведения о возникновении и развитии современных физических понятий и методов исследования, о жизни и творчестве крупнейших ученых-физиков, работавших в конце ХХ -начале XXI вв. и продолжающих свою научную деятельность сейчас. Таким образом, обсуждаемый курс должен сформировать у студентов общие понятия о закономерностях развития современной науки, создать у них четкое представление о методах исследования, используемых в физике на современном этапе ее развития, сформировать у них умение работать со сложной совре-

менной научной аппаратурой, выработать навыки использования компьютерной техники в физических исследованиях. При этом мы считаем, что если в процессе обучения эти цели и задачи будут достигнуты, то это неизбежно будет способствовать формированию современного стиля мышления обучаемого.

На лекционные курсы отводится, как правило, большая часть учебного времени, выделенного для изучения данного курса, и именно на лекциях студенты приобретают основную часть знаний. В классических университетах и педагогических вузах, где выпускникам необходимо иметь достаточно широкие знания по современной физике, лекционные курсы должны быть нормативными. (Мы здесь не обсуждаем подготовку специалистов по конкретным областям современной физики, которая ведется на выпускающих кафедрах классических университетов.) В технических вузах, где готовят высококвалифицированных инженеров, курсы современной физики могут быть факультативными (специальными, элективны- 87 ми), тематика которых соответствует специальности будущего инженера. В медицинских вузах лекционные курсы современной физики также могут быть факультативными и при выборе тематики акцент должен делаться на тех направлениях, которые оказывают влияние на развитие медицины.

Лекционный курс по современной физике отличается от основных курсов физики не только по содержанию и тематике, но и по методике обучения, главным образом, по соотношению в ней качественных и количественных методов. Современная физика - чрезвычайно математизированная наука.

ф

88

Профессиональная деятельность в любой из ее областей требует знания целого ряда специальных разделов математики, которыми подавляющая часть студентов вузов не обладает. Однако для профессиональной деятельности большей части выпускников этого и не требуется. При изучении современной физики в вузе важна не столько глубина и математическая обоснованность изучаемых явлений, сколько их физический смысл и широта обзора. И в большинстве вузов, в первую очередь педагогических, преподавание современной физики можно проводить, основываясь на широком использовании качественных методов изложения материала.

Подобный подход может быть более эффективным только при выполнении дополнительных условий. В частности, курсы современной физики должны сопровождаться большим количеством лекционных демонстраций эксклюзивного характера. Использование в лекционных демонстрациях характерной для современной науки сложной экспериментальной техники невозможно. В то же время именно в обсуждаемом случае применение компьютерных демонстраций как нигде эффективно. Мультимедийная техника дает возможность проиллюстрировать даже наиболее трудные для понимания разделы современной физики, познакомить слушателей с новейшими научными приборами и системами. Компьютер позволяет присутствовать при настройке коллайде-ра LHC, побывать на Марсе, наблюдая за марсоходом «Spirit», участвовать в обработке данных, поступающих с космического телескопа им. Хаббла. Этот список можно продолжать почти до бесконечности.

В предлагаемой системе преподавания современной физики значительное место должно также отводиться специальным практикумам. К настоящему времени разработана общая современная концепция специального практикума педагогического вуза [9, с. 337]. В ней отмечается, что именно современная физика должна составлять основу такого спецпрактикума, что открывает возможность максимального сближения научных исследований и вузовского преподавания. Эта трудная задача решается путем адаптации сложного физического эксперимента к условиям обучения в вузе. Адаптация включает различные виды моделирования, проведение компьютерных экспериментов, использование тренажеров, Интернета, аудиовизуальных средств и т.д. Цели лабораторных занятий при этом остаются прежними: практическое освоение научных положений изучаемого предмета и приобретение навыков исследования в рамках современного физического эксперимента.

Система преподавания современной физики в вузе опирается также на активные методы обучения, самостоятельную работу студентов, внедрение в нее элементов творческой деятельности. Формы организации этой деятельности могут быть как традиционными (работа на научных стендах, курсовые работы, дипломные работы, магистерские диссертации), так и новаторскими, связанными с мультимедийными технологиями. Последние являются предпочтительными уже в силу самого названия предмета.

При преподавании современной физики методика оценки знаний играет весьма важную, а иногда даже определяющую роль. Причина здесь,

ф

прежде всего, в том, что в настоящее время отсутствуют учебные пособия, в которых была бы систематическим образом описана современная физика. В учебнике «История физики» В. А. Ильина [1] сделана попытка изложить данную дисциплину в целом. Однако относительно небольшой объем приведенного материала и сугубо исторический аспект изложения не дают возможности эффективного использования данной книги как учебника по современной физике. Пока же преподавание современной физики, а оно ведется уже несколько лет в целом ряде вузов России (МПГУ-Москва, ПГУ-Архангельск, БГПУ-Борисоглебск, БГУ-Брянск), проводится путем чтения лекций, основанных на весьма разнородном материале. Естественно, что при этом у студентов возникают трудности с его освоением, решать которые приходится, в частности, путем создания адекватной системы опроса и тестирования, основанной на компьютерных моделях.

Очевидно, что в учебный процесс необходимо включать собственные научные достижения кафедр (лабораторий) и конкретных преподавателей вуза. Никто не сможет так заинтересовать обучаемых какой либо проблемой как человек по настоящему увлеченный этой тематикой, знающий все ее тонкости и посвятивший много лет ее изучению. И, действительно, достаточно часто в вузах практикуются спецкурсы, посвященные какому-либо направлению современной науки, вклад в которую вносит одна из кафедр или лабораторий вуза. Но будет гораздо полезнее, видимо, если в программу такого спецкурса будут включены темы, которые явля-

ются предметом научных интересов разных кафедр или лабораторий (если их несколько) и разных преподавателей. Разумеется, лектор, раскрывающий содержание каждой отдельной темы, должен быть человеком хорошо осведомленным, работающим в данной области науки, то есть каждый раз разным.

Система преподавания современной физики, конечно же, должна соответствовать основным положениям дидактики, методики преподавания физики и в то же время учитывать специфику каждого конкретного вуза.

Реализация такого подхода при изучении физики - это задача организации учебно-воспитательного процесса, разработки и использования соответствующих образовательных технологий. Основные принципы, которые должны лечь в основу при создании таких технологий, на наш взгляд, следующие:

1. При обучении студентов вузов разного профиля необходимо создать условия для формирования у обучающихся естественнонаучного рационального мышления и представлений об окружающем мире в целом, воплощенных в современной естественнонаучной картине мира, то есть для приобретения широкого базового фундаментального образования, позволяющего достаточно быстро переключаться на смежные области профессиональной деятельности и обеспечение потребности в новом уровне научной грамотности.

2. Для создания мотивации к обучению необходимо добиваться понимания смыслообразующего влияния предметного и социального контекстов будущей профессиональной деятельности на процесс и результат

89

учебной деятельности, в первую очередь, на занятиях, посвященных изучению современных достижений физической науки.

3. Методика преподавания современной физики должна соответствовать общим дидактическим принципам обучения и обладать своей спецификой, которая заключается, прежде всего, в использовании качественных методов обучения и широком применении мультимедийных технологий.

4. Современная физика может и должна выступать как концептуально и мировоззренчески обобщающая структура всего содержания физического знания.

5. Система преподавания современной физики в вузах не только помогает формированию физических знаний как фундаментальной базы для дальнейшей профессиональной подготовки студентов, но и способствует развитию современного целостного стиля мышления обучаемых.

// Гуманитарные науки в Сибири. -1998. - № 1.

7. Михайлишина Г. Ф. Изучение современной физики в педагогическом вузе: содержание, методы и формы обучения: Дис. ... канд. пед. наук. - М., 2002.

8. Лапушкина Л. И. Роль математического довузовского образования в формировании мировоззрения и стиля мышления молодого человека в условиях информационного общества: Дис. ... канд. филос. наук. - М., 2003.

9. Ильин В. А., Петрова Е. Б. и др. Разработка и реализация концепции специального практикума по физике для педагогического вуза. Сб. тезисов Всероссийского съезда физиков-

преподавателей. - М.: Изд. МГУ, 2000.

90

СПИСОК ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ

1. Ильин В. А. История физики: Учеб. пособие для студ. высш. пед. учеб. заведений. - М: Издательский центр «Академия», 2003.

2. Степин В. С. Научное познание и ценности техногенной цивилизации // Вопросы философии. - 1989. - № 10.

3. Новая иллюстрированная энциклопедия: В 20-ти томах. - Т. 16. - М.: Большая российская энциклопедия, 2001.

4. Хакен Г. Информация и самоорганизация. Макроскопический подход к сложным системам / Пер. с англ. Г. Хакен. - М.: КомКнига, 2005.

5. Кузнецов М. А. Философия творчества: учебное пособие. - М.: ВГМАМНС России, 2003.

6. Шарыпов О. В. Об актуальности создания постнеклассической физики