Принцип научности знаний с позиций обновления современного физического образования

Н. В. Шиян

ПРИНЦИП НАУЧНОСТИ ЗНАНИЙ С ПОЗИЦИЙ ОБНОВЛЕНИЯ СОВРЕМЕННОГО ФИЗИЧЕСКОГО ОБРАЗОВАНИЯ

В процессе обучения физике в контексте модернизации образования необходимо обратить особое внимание на принцип научности знаний с позиций современных требований, исходящих от него. Основными требованиями данного принципа должны стать: фундаментальность естественнонаучных знаний, использование методов научного познания, приближение содержания в возможной степени к современной физической науке.

Доклад «Образование: сокрытое сокровище», представленный в ЮНЕСКО Международной комиссией по образованию для XXI века, Мировой образовательный форум в Дакаре, основные программные документы ЮНЕСКО во многом определили контуры образования для XXI века. Образование для XXI века призвано быть образованием для всех в течение всей жизни; оно должно основываться на системе научных знаний, обеспечивающих человеку достаточно широкий кругозор, а также работу по его возможностям и способностям; иметь в своей основе этическую доминанту, творческий и инновационный характер.

В стремительном развитии современной цивилизации основополагающую роль играют такие науки, как физика и множество технических и прикладных

наук, для которых она является теоретическим и методологическим базисом. Поэтому так важно, чтобы физическое образование в XXI веке было построено на научно обоснованных знаниях.

Принцип научности обучения впервые был сформулирован советскими педагогами и обоснован историческим развитием науки. Наука в значительной мере влияет на развитие современного общества. Успехи в развитии человечества во многом обязаны физической науке. Применительно к физике как учебному предмету принцип научности разработан учеными-методистами П. А. Знаменским, И. И. Соколовым, А. В. Пе-рышкиным, Л. И. Резниковым и др.

В настоящее время мы вновь обращаем внимание на принцип научности, потому что можно говорить о процессе сознательного отхода от данного прин-

ципа и, как следствие, об ухудшении качества естественнонаучного образования. В документе «Стратегия для России: образование», где сформулированы основные задачи реформы, отмечено, что необходима поддержка вхождения новых поколений в глобализованный мир, в открытое информационное сообщество. Для этого в содержании образования центральное место должна занимать коммуникативность: информатика, иностранные языки, межкультурное обучение. Совершенствованию естественнонаучных знаний, от которых зависит развитие нашего общества и которые несут основную смысловую научную нагрузку, в этом документе должного внимания не уделено.

Исходя из концепции системных изменений обучения физике в контексте модернизации образования, обратим внимание на данный принцип с позиций современных требований, исходящих от него. Рассмотрим основные из них.

1. Первое требование, вытекающее из рассматриваемого принципа, — фундаментальность естественнонаучных знаний. Сегодня это особенно важно, так как предмет «физика» — это не только физика. Это и астрономия, и технические приложения к физике, это и экология, и ОБЖ, это все, что близко к физике как основе, как основному вектору. Сюда относятся и воспитательные — проф-ориентационные — аспекты. Изменение, а точнее, отторжение, этого требования в настоящее время развернулось под несколькими лозунгами. Один из них заключается в том, что фундаментальность в образовании — не самое главное, и вместо фундаментального образования нужно разностороннее образование личности и ее развитие. Разностороннее развитие школьников стали трактовать так: физику или любой другой предмет естественнонаучного цикла

следует представить в виде неких модулей, из которых ученик набирает те, какие хочет. В результате получается, что вместо основ фундаментальной науки физики школьник получает размытый предмет.

Другие лозунги объединены идеей того, что из школы не должны выходить люди-компьютеры, напичканные информацией. Мы не должны гордиться тем, что наша школа дает детям самый большой объем знаний в мире, так как, выйдя за порог школы, российские школьники забывают до 90% изученного материала.

Анализ таких лозунгов показал:

• усвоение обширного объема знаний само собой, автоматически не ведет к развитию школьника. Но мысль о том, что развитие умственных способностей не зависит от содержания знаний, тоже является ошибочной. Проявление способностей всегда содержательно и строится на конкретном содержании конкретной предметной области. К. Д. Ушинский указывал, что школа должна обогащать человека знаниями и в то же время приучать его пользоваться этим богатством, но так как она имеет дело с человеком растущим, а знания будут расширяться, то школа должна не только удовлетворять потребности настоящей минуты, но и делать запас на будущее. Без крепкого фундамента прочного здания знаний не построить;

• усвоить весь учебный материал на сто процентов невозможно, отчасти из-за быстрого развития науки и, как следствие, из-за большого объема получаемой научной информации. Способности же учащихся к усвоению знаний, хотя и возрастают в историческом развитии человечества в силу непрерывного роста науки и ее влияния на жизнь, а также вследствие успехов методико-педагоги-ческой теории и практики, однако дале-

ко не в той мере, в какой возрастает объем знаний. Сегодня благодаря значительным достижениям микроэлектроники — компьютерной техники сбылись мечты фантастов о всемирной библиотеке, об оперативном обмене информацией, созданы всеобъемлющие электронные базы данных с почти мгновенным доступом к ним. Поэтому сейчас как никогда раньше, невозможно обойтись без умения сознательно отбирать и упорядочивать информацию, корректно проверять ее, творчески обращаться с изученным материалом, ориентироваться в информационном потоке. Но эти умения должны быть основаны на фундаментальных знаниях и направлены на возможность дальнейшей переработки информации для получения нового знания, исследовательских результатов; способности самостоятельно принимать решения.

Учащимся необходимо постоянно доказывать, что естественнонаучные знания не являются только инструментом ученых. Например, синтетические и композиционные материалы, искусственные ферменты, искусственные кристаллы — все это не только результаты разработок ученых-естествоиспытателей, но и продукты потребления различных отраслей промышленности, производящих товары повседневного спроса. Современные средства естествознания позволяют изучить многие сложные процессы на уровне ядер, атомов, клеток. В данной связи изучение естественнонаучных проблем на молекулярном уровне полезно и необходимо для будущих специалистов не только данного профиля, но и для тех, чья профессиональная деятельность не имеет прямого отношения к естествознанию. Таким образом, сегодня особенно важно, чтобы научность характеризовалась не количеством фактов, не разговорами обо всем

и скольжением по поверхности изучаемого материала, а глубоким проникновением в существо выделенных вопросов.

2. Чтобы обеспечить овладение естественнонаучными знаниями, включая и идеи современной науки, необходим тщательный отбор самого существенного содержания науки для образования школьников. Но для успешного решения этой задачи необходимо раскрыть логику предмета, обеспечивающую с первых шагов изучения подведение к новым научным понятиям. Таково второе современное требование, вытекающее из принципа научности. Оно означает, что учащимся необходимо предлагать для усвоения не только прочно установленные в физике-науке положения, но также необходимо использовать методы научного познания, по своему характеру приближающиеся к методам данной науки.

Учебное познание физики во многом сходно с научным познанием, хотя у них есть ряд принципиальных отличий в целях, задачах, средствах, в методологии. Проблема применения методов научного познания в учебном процессе заключается в том, что познавательная учебная деятельность значительно ограничена временными рамками, поэтому может быть осуществлена как ведомая учителем и, что немаловажно, в сжатой форме. Время, необходимое для осознания учащимися новых понятий, идей и научных методов, существенно больше отводимого на их изучение учебного времени.

3. Наука — это передний край соприкосновения человека с миром. Техногенная культура: естественные, математические и технические науки существенно изменяют наш менталитет. Как только естествознание, математика, основа техники и технологии вошли в структуру образования, они стали ме-

нять человеческое мышление, придавая ему критически-аналитическую рациональность, приучая людей к анализу явлений, к поиску альтернативных решений, к относительности систем отсчета, к четкости понятий и логических операций.

Овладение подлинно научными знаниями определяется характером их усвоения, правильным, то есть неискаженным и точным, восприятием предметов и явлений реального мира и верным отражением в сознании школьников существенных связей и отношений между ними. Но для этого необходимо, чтобы восприятие нового представляло собой процесс, в котором учащиеся рассматривали бы каждое новое явление или предмет с различных сторон, устанавливая многообразие связей данного объекта с другими — как сходными с ним, так и резко отличными от него. Таким образом, процесс обучения физике при правильной его постановке должен целенаправленно формировать элементы диалектического мышления. Таково третье требование, вытекающее из принципа научности.

Современная наука стремится к все большему познанию. Успехи науки велики и заставляют задуматься о дальнейших ее перспективах. У некоторых крупных физиков они создали впечатление, что настанет день, когда все станет известно, и за наукой, как говорил Р. Фейнман, останется только уточнение деталей. Однако тот день, когда все будет познано, если и настанет, то в бесконечно далеком будущем: познание лишь асимптотически приближается к абсолютной истине. Учащимся необходимо объяснять, что расширение сферы познанного ведет к увеличению площади ее соприкосновения с неизвестным. Наша система понятий развивается адекватно нашему проникновению в глубь

макро- и микромира, мы с нашим сознанием — дети нашей Вселенной. Около 70% массы наблюдаемой Вселенной определяется плотностью энергии вакуума, 20% массы сосредоточено в еще не известных элементарных частицах и лишь 5% — в обычном барион-ном веществе. И, наблюдая эти 5%, с помощью научного диалектического мышления мы сумели узнать о существовании остальных 95%\ Этот процесс познания и накопления знания бесконечен.

В настоящее время, к сожалению, существует недопонимание роли науки в современном мире. Высказываются мысли, что безудержное развитие нау-котехники — главная причина переживаемого человечеством глобального кризиса. Например, по мнению В. А. Ку-тырева, мы принадлежим к тому поколению землян, которым за время своей жизни довелось явственно осознать, что цивилизация на нашей планете вступила в фазу очередного эволюционного кризиса. Суть кризиса он выражает формулой: интеллект достиг такого технического могущества, что выработанные средства сдерживания уже не достаточны. Носитель разума стал смертельно опасен для самого себя.

О том, что человечество сегодня находится на пороге глобального цивили-зационного кризиса, говорят многие исследователи (Н. Моисеев, Е. Минард, А. П. Назаретян, Е. А. Седов). Е. Минард, оценивая современную ситуацию, считает, что люди оказались в критической точке своей эволюции, поскольку, с одной стороны, они обладают колоссальной изобретательностью и способны мыслить и созидать, а с другой — продолжают оставаться во многих отношениях невежественными, способны разрушать и нести зло. Наука и техника — не только главный инструмент, позволяющий людям приспособиться к посто-

янно изменяющимся природным условиям, но и главная сила, прямо или косвенно вызывающая такие изменения2.

Очевидно, что негативное отношение к науке, возникшее в связи с превращением ее в силу, несущую опасность для человечества, должно быть адресовано не к самой науке, эта опасность возникла вне науки, вопреки ее внутренним целям и может быть в первую очередь соотнесена с социальными механизмами использования результатов науки.

4. Четвертое требование принципа научности: школьная физика должна быть в возможной степени приближена к современной физической науке. Поэтому как содержание, так и построение школьного курса физики требуют постоянного обновления.

Физика — наука быстро развивающаяся. За последнее тридцатилетие в физике открыто большое число новых явлений, возникли новые теории, служащие для объяснения обширных групп физических явлений, созданы новые экспериментальные установки и приборы, позволяющие производить тончайшие наблюдения и измерять с величайшей точностью разнообразнейшие физические величины. В результате огромных достижений физики в XX веке мы имеем «новую» физику, отличную от старой, «классической» физики и по своему содержанию и по своим основным идеям.

Во всем мире всегда понимали и понимают, что чистая наука оправдывает в конечном счете затраты на ее развитие. Например, президент Билл Клинтон в 1995 году объяснял населению своей страны, что технология — двигатель экономического прогресса, а наука служит топливом для этого двигателя, что в интересах своих детей крайне важно вкладывать средства в фундаментальную науку, чтобы вооружить их знания-

ми и умениями, необходимыми для жизни и работы в XXI веке.

Внутренняя логика научного исследования, теснейшая взаимосвязь явлений мира и изучающих их ветвей науки неумолимо требуют продвижения и в тех областях, которые кажутся бесконечно далекими от запросов жизни. Без этого остановится, в конце концов, и технический прогресс. За пределами России, несмотря на суровую критику науки, продолжается быстрое развитие не только чисто теоретических, но и экспериментальных исследований, требующих огромных ассигнований. Можно привести такой пример. Российский шестиметровый телескоп в 70-80 годы XX века был самым большим в мире, сегодня существуют два десятка телескопов, в том числе два десятиметровых; разрабатываются проекты тридцати- и даже стометровых телескопов. На эти капиталовложения наука отвечает значимыми результатами.

Мечта об открытии планет вокруг звезд десятилетиями вдохновляла астрономов. В 1995 году с помощью сверхточных определений изменения скорости движения звезды 51 Пегаса была открыта первая околозвездная планета, и теперь их известно более 80 и открываются новые3. Обнаружение других планетных систем позволяет сравнивать Солнечную систему с другими системами, уточнять теорию образования планет. Недавно стало известно и об обнаружении рентгеновского излучения из центра Галактики, характерного для окрестностей черной дыры. В 2001 году обнаружены признаки явлений, предсказанных теорией, касательно черных дыр звездных масс — наличие вокруг них горизонта событий, границы, которая пропускает внутрь дыры что угодно, и ничего — назад, даже свет. Наблюдения велись с помощью космических теле-

скопов, позволяющих исследовать задерживаемые атмосферой Земли рентгеновское и ультрафиолетовое излучения. Реальность черных дыр практически доказана, а они могут быть окнами в другие вселенные. Успехи космологии и теории происхождения галактик неразрывно связаны с развитием физики элементарных частиц и построением единой теории физических взаимодействий.

Одной из важных целей обучения физике является знакомство школьников старших классов с современным состоянием физической науки и смежных областей естествознания и техники. Современная физика — это не только физика элементарных частиц, астрофизика или физика твердого тела. В круг интересов физики наших дней входят и акустика, и волновая оптика, и другие разделы классической физики. Учащиеся должны видеть тесную связь современных и традиционных разделов физической науки, на основе которой в значительной степени объясняются современные научные достижения.

Физическое образование, построенное на научно обоснованных знаниях, должно отвечать широкому кругу запросов социальных, профессиональных и конфессиальных групп, а также образовательным запросам личности. По мнению Б. Рассела, люди науки должны не только преодолеть научные проблемы, но и — что гораздо труднее — убедить мир прислушаться к открытиям науки. Если же они не преуспеют в этом трудном начинании, человек станет жертвой своей полуобразованности. Учителя естественных наук должны научить детей тому, что бесспорно известно и установлено учеными, познакомить с тем богатством знаний, которое принадлежит не только ученым, а всему человечеству и является частью общечеловеческой культуры. Школьники должны понимать

и представлять, каких материальных и интеллектуальных затрат требуют современные исследования, позволяющие проникнуть внутрь микромира и освоить внеземное пространство, какой ценой дается высокое качество изображения у современного телевизора, каковы реальные пути совершенствования персональных компьютеров, как чрезвычайно важна проблема сохранения природы, и др.

Стимулом развития науки, по мнению профессора Б. И. Лучкова4, является сама наука, так как наука развивается для того, чтобы глубже проникнуть в тайны мироздания. Учащимся необходимо объяснять, что, благодаря науке, многое уже достигнуто, однако не все ожидания еще сбылись. Кино, телевидение, книги и всемирные выставки заставляли предполагать, что заря XXI столетия будет эрой роботов-слуг, летающих реактивных автомобилей, космических путешествий-экскурсий, поселений на дне морей и океанов, первых видеофонов, одежды из бумаги, долгой жизни без болезней и др. Сегодня мы видим, что некоторые технические новации оправдались, другие — потерпели крах. Научный прогноз сложен. Два десятилетия назад, например, создание искусственного сердца с автономным источником питания казалось если не простой, то вполне достижимой целью. Считалось, что сердце — всего лишь четырехкамерный насос, и инженеры-биофизики смогут его изготовить. Но задача оказалось очень трудной, пока не удалось создать устройство, совместимое с нежными живыми тканями и сложнейшими химическими процессами, происходящими в организме. Однако больших успехов удалось добиться хирургам по ослаблению реакции отторжения трансплантируемого сердца (и некоторых других органов) с помощью лекарственных средств.

Похожая ситуация сложилась с созданием искусственного мозга. В 50-х — начале 70-х годов большинство разработчиков искусственного интеллекта были твердо убеждены в своей способности создать модель мозга человека. Но эта сложнейшая задача не была решена, хотя работы ученых в этой области привели к созданию систем медицинской диагностики, а также электронных гроссмейстеров, которые могут состязаться даже с великими шахматистами. Копирование же реального человеческого интеллекта сейчас считается чрезвычайно сложной проблемой и отодвигается в неопределенное будущее.

Пока не стала реальностью давняя мечта человека — иметь «летающие ранцы» для удобства передвижения. Индивидуальный реактивный летательный аппарат в виде ранца был разработан в 60-е годы американскими учеными при содействии военных. Но получалось, что вес горючего, необходимого для полета, был настолько велик, что спина человека не смогла бы его выдержать. Кроме того, такие ранцы не обеспечивали хорошей маневренности. Однако разработки продолжаются.

Большая часть специалистов в области электроники совсем недавно полагала, что в будущем кремниевые полупроводниковые приборы будут вытеснены арсенид-галлиевыми или сверхпроводниковыми приборами. Но большое количество работ было направлено на совершенствование кремниевой технологии. В результате в настоящее время ученые утверждают, что, пока существует современная технология изготовления интегральных схем, кремний по-прежнему останется главным материалом полупроводниковой промышленности.

Иногда значимость какого-то научного изобретения, открытия или технологии трудно оценить, пока другие, пусть

даже менее важные технические новации, не откроют для них перспективу. Многие годы персональные компьютеры считались всего лишь игрушкой, пока не были разработаны программы, сделавшие их полезным рабочим инструментом. Огромный объем программ для персональных компьютеров, в свою очередь, привел к тому, что оптические диски для запоминающих устройств одерживают победу над более дешевыми, но менее емкими гибкими дисками.

Все эти примеры показывают, что большинство современных технических инноваций еще не раскрыло своих возможностей, ведь сто лет назад ученые, заглядывая в будущее, даже не помышляли об антибиотиках, ядерной энергии, электронике, компьютерах или об освоении космоса. Поэтому уверенно можно сказать, что будущее начинается сегодня. От того, какое естественнонаучное образование получат сегодняшние школьники, зависит наше завтра.

С различными направлениями развития физической науки необходимо знакомить школьников на уроках физики, и в этом большую помощь учителю оказывает методический журнал «Физика в школе».

Практика показывает, что ни одно из указанных выше требований принципа научности не должно разрешаться изолированно от остальных. Все рассмотренные выше требования надо осуществлять в тесной взаимосвязи, в единстве. Только в этом случае принцип научности будет являться фактором обновления образования.

Российское, а точнее, советское естественно-математическое образование, в течение многих десятилетий имело достаточно высокий приоритет, понижать который сегодня было бы крайне нежелательно. С проблемой сохранения и возрождения естественно-математического образования уже столкнулись многие стра-

ны мира. Как отмечают американские исследователи, эффективность педагогической деятельности в естественнонаучных областях оказывает непосредственное влияние на жизнеспособность экономики и на качественный состав рабочей силы, а значит, и на качество жизни общества.

Основной функцией науки должна стать защитная функция. Физика должна защищать человека и Землю от губительных последствий энергии атома, биология и медицина — от наркомании, гуманитарные дисциплины — от пренебрежения нравственными ценностями, отсутствие которых не компенсируется

никакими интеллектуальными качествами. Только человек, обладающий хотя бы общими, и в то же время концептуальными естественнонаучными знаниями, задумается о сохранении природы не только для нынешнего поколения, но и для грядущего. Познание естественнонаучной истины делает человека свободным в широком философском смысле этого слова, свободным от некомпетентных решений и действий, свободным в выборе пути своей созидательной деятельности. Люди науки всегда рассматривали постижение природы как высшую миссию человечества.

ПРИМЕЧАНИЯ

1 Власова С. В. Естественнонаучная культура в современном мире. Мурманск, 2002.

2 Ефремов Ю. Н. Достоверность и границы научного знания. http://www.ihst.ru/~biosphere/03-4/Efremov.htm

3 Ефремов Ю. Н. Цитир. изд.

4 Лучков Б. И. На пороге Миллениума // Физика. Еженедельное приложение к газете «Первое сентября». 1999. № 48.

N. Shian

THE PRINCIPLE OF SCIENTIFIC KNOWLEDGE FROM THE POINT OF VIEW OF RENEWING MODERN EDUCATION IN PHYSICS

The principle of scientific knowledge in the process of teaching physics is regarded in the context of the current modernization of education. This principle assumes scientific methods of learning, while the contents of teaching reflecting the latest advances in modern science.