Теоретичні та методичні основи становлення та розвитку фундаментальних ідей дискретності та неперервності в курсі фізики загальноосвітньої школи

Размещено на http://www.allbest.ru

НАЦІОНАЛЬНИЙ ПЕДАГОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

імені М.П.ДРАГОМАНОВА

13. 00. 02 -- Теорія і методика навчання (фізики)

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

доктора педагогічних наук

Теоретичні та методичні основи

становлення та розвитку фундаментальних ідей дискретності та неперервності в курсі фізики загальноосвітньої школи

Садовий Микола Ілліч

Київ -- 2001

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Національному педагогічному університеті імені М.П.Драгоманова, Міністерство освіти і науки України

Науковий консультант

доктор педагогічних наук, професор

Бугайов Олександр Іванович, Інститут педагогіки,

завідувач лабораторією математики і фізики.

Офіційні опоненти:

доктор педагогічних наук, професор, академік АПН України

Гончаренко Семен Устимович, Інститут педагогіки і психології професійної освіти, провідний науковий співробітник лабораторії професійного навчання у закладах профтехосвіти;

доктор фізико-математичних наук, професор

Тичина Ірина Іллівна, Національний педагогічний університет імені М.П.Драгоманова, професор кафедри експериментальної та теоретичної фізики і астрономії;

доктор педагогічних наук, професор

Мартинюк Михайло Тадейович, Уманський державний педагогічний університет імені П.Г.Тичини, завідувач кафедри фізики та методики викладання фізики

Провідна установа:

Тернопільський державний педагогічний університет імені Володимира Гнатюка, кафедра фізики та методики викладання фізики, Міністерство освіти і науки України, м. Тернопіль

Захист відбудеться 3 січня 2002 року о 13 год 30 хв на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.053.03 в Національному педагогічному університеті імені М.П.Драгоманова, 01601, Київ, вул. Пирогова, 9.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Національного педагогічного університету імені М.П.Драгоманова, 01601, Київ, вул. Пирогова, 9

Автореферат розісланий 3 грудня 2001 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Є.В.Коршак

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальнiсть дослiдження. Перебудова системи середньої освiти в Українi, започаткована Державною нацiональною програмою “Освiта” (“Україна ХХI столiття”), передбачає посилення методологiчної спрямованостi впровадження нової концепцiї фiзичної освiти, стандартів освіти, альтернативних навчальних програм, пiдручникiв та посiбникiв з фiзики.

Відтак цілком зрозуміло, що, аби уникнути суб'єктивно-iнтуїтивного характеру та самочинного плину впровадження нового змiсту фiзичної освiти, потрiбнi комплекснi, психологiчнi, психолого-педагогiчнi, методологiчнi та дидактичнi дослiдження для визначення концептуальних засад запровадження нового змiсту освiти. Вони повиннi враховувати пiдвищення ролi гуманiтарного потенцiалу сучасного свiтового суспiльства, зростання новiтнього технологiчного виробництва на основi iнформацiйних технологiй, глобальності проблем екологiчного свiтогляду.

Провідні ідеї концепції фізичної освіти в Україні визначені у дослідженнях О.І.Бугайова, С.У.Гончаренка, О.В.Сергеєва, О.І.Ляшенка, М.І.Шута, В.Ф.Савченка, Є.В.Коршака та інших. Завдяки широкому спектру функцiй фундаментальних понять у науцi, їх формування стає одним з визначальних структурних елементiв процесу навчання.

З багатьох причин реалiзацiю структурно-логiчних та системних пiдходiв, як мети і методів навчання, розвитку та виховання, формування активних способів дiяльностi учнiв у системi середньої освiти не було здiйснено в практицi та науково-методичних дослiдженнях. Проте психологiчні (Л.С.Виготський, Г.С.Костюк, О.М.Леонтьєв, В.Н.Пушкiн, С.Л.Рубiнштейн), психолого-педагогiчні, методологiчні та дидактичні дослiдження (О.I.Бугайов, С.У.Гончаренко, О.В.Сергеєв, О.I.Ляшенко, Б.Є.Будний, В.В.Мултановський, В.Г.Разумовський) довели їх перспективнiсть та плiднiсть.

Аналiз навчальних програм, пiдручникiв i посiбникiв з фiзики, педагогічного досвіду вивчення фізики як предмета в школах, лiцеях, гiмназiях, коледжах, середнiх спецiальних і професійних навчальних закладах дозволяє стверджувати, що змiст i структура, методи навчання фiзики не зазнали суттєвих видозмiн i в основному зорiєнтованi на логiчну схему емпiричного мислення гербартівської моделi: початкове ознайомлення з об'єктом об'єднання нових уявлень iз засвоєним ранiше => систематизацiя, закрiплення та узагальнення знань - пiдсумкова систематизацiя комплексу знань. Ця важлива, але не найефективнiша схема психiчного розвитку дiтей не вiдображає рiзноплановостi навчання i багато в чому залишає поза увагою питання формування зокрема теоретичних узагальнюючих знань, спiввiдношення класичного та квантового в навчаннi фізики. У навчальних програмах, посiбниках і пiдручниках з фізики узагальнення понять, суджень, способів дiяльності, теорiй вiдносяться до теоретичного рiвня i мають спiльну гносеологiчну природу. Мислення учнiв найчастіше здійснюється за циклом: виокремлення абстракцiї в предметно-матерiальнiй дiяльностi - сходження вiд абстрактного до конкретного - висновки - практичне застосування висновкiв.

Досвід історії навчання і сучасна педагогiчна практика показують, що ідеї співвідношення класичного і квантового, перервності і неперервності, властивостей елементарних частинок, єдностi природних процесiв та фiзичної картини свiту (ФКС) потребують подальшої методичної розробки. У бiльшостi методичних посiбникiв з фізики навчання традицiйно спрямовується на розгляд виокремленого розділу, вiдiрваного курсу вiд цiлого. Побудова курсу фiзики як лiнiйної послiдовностi явищ, понять, суджень, дiй, теорiй залишається традицiйною лiнiйною послiдовнiстю вивчення теорiй: класична механiка - молекулярно-кiнетична теорiя - термодинамiка => елементи класичної електронної та електромагнiтної теорiї => спецiальна теорiя вiдносностi - елементи квантової теорiї - фiзична картина свiту. Такий підхід не дозволяє досягти очiкуваної сформованостi мислення в учнiв на рівні сучасної квантово-механічної картини світу. Виникає потреба в розробці таких засобiв пiзнання, які мiстять змiстовно цiлiсне сучасне знання про об'єкт, уособлюють у собi цілісне розумiння об'єкта пiзнання, вiдображають особистiсний аспект пiзнання. Виникає потреба в необхідності перегляду ряду існуючих традицiйних точок зору на структуру та змiст навчання фізики.

Існує суперечність між сучасним змістом класичних і новітніх знань та змістом і структурою шкільного курсу фізики. Названу суперечність ми розв'язуємо шляхом побудови шкільного курсу фізики на структурній основі, на органічному поєднанні в курсі питань класичної і сучасної фізики, на відображенні в курсі фундаментальних ідей дискретності і неперервності матерії і її властивостей. Це один з важливих напрямків підвищення наукового і методичного рівня шкільного курсу фізики. Все це підтверджує, що тема дослiдження є актуальною.

Стан дослiдження проблеми. Проблема змiсту, структури, взаємозв'язку класичного i квантового, теоретичного i емпiричного узагальнення в фiзицi була i залишається однiєю з провiдних у філософiї та методологiї науки. Окремі аспекти проблеми досить грунтовно висвiтленi в лiтературi. З методичної точки зору єднiсть процесiв природних явищ, спiввiдношення перервного і неперервного у вивченнi фізичних явищ визначається проблемою як логiчною, так i гносеологiчною і вимагає аналiзу та синтезу понятiйних структур, засобiв i форм абстрактного мислення для вiдповiдного вiдтворення суб'єктом пiзнання логiчних операцiй i з'ясування вiдношень мiж людиною i дослiджуваним нею предметом пiзнання. З гносеологiчного боку проблема вимагає виявлення генезису системи знань.

Особливостi становлення наукових знань i генезису структурно-логiчних систем конкретних наукових знань дослiджували фiлософи (Л.Б.Баженов, I.Йорданов, Б.М.Кедров, С.Б.Кримський, I.В.Кузнецов, Т.Кун, I.Лакатос, М.В.Мостепаненко, М.Е.Омельяновський, М.В.Попович), вiдомi вченi природодослiдники (В.А.Амбарцумян, О.I.Берг, М.П.Дубiнiн, I.К.Кiкоїн, Є.Л.Наппельбаум, I.Пригожин, Б.Рассел, В.О.Фабрикант). Творцями фундаментальних фiзичних уявлень квантової теорії були Н.Бор, М.Борн, Л. де Бройль, В.Гейзенберг, В.Л.Гiнзбург, П.Дiрак, А.Ейнштейн, П.Л.Капiца, I.В.Курчатов, В.Паулi, М.Планк, В.О.Фок та iн.

У науково-методичних дослiдженнях проблему вiдображення сучасної фiзики в шкiльному курсi з наголосом на фундаментальнi наукові принципи i новий виклад незмiнного за обсягом навчального матеріалу виділяли А.Ф.Iоффе, Я.Б.Зельдович, I.I.Логвiнов, А.М.Мишляєв, В.Г.Разумовський, Л.I.Резнiков, В.А.Фабрикант, Б.Є.Будний, А.І.Павленко.

На різних етапах розвитку науки вченi-методисти розвивали рiзнi пiдходи до оцiнок наукових проблем, але всi вони зводяться до того, що формування в учнiв науково-теоретичного способу мислення в пiзнаннi слiд розглядати ширше, нiж існуючі спiввiдношення рiвнiв пiзнання. Зокрема до цих спiввiдношень належать: iсторична наступнiсть процесу пiзнання природи, в ходi якої здiйснюється поступовий перехiд вiд емпiрiї до теорiї; певним чином створенi форми пiзнавальної дiяльностi та проблеми розвитку теоретичних i експериментальних методiв пiзнання; намагання привести у вiдповiднiсть змiст навчання i сучасний спосiб мислення. Психологiчний, психолого-педагогiчний та методологiчний аспекти проблеми пiдпорядкування структури i змiсту системи навчальних знань сучасному способу науково-теоретичного мислення в пiзнаннi дослiджувалися, в основному, у з'ясуваннi особливостей розвитку теоретичного мислення учнiв в процесi навчання на рiзних етапах онтогенезу (Ю.К.Бабанський, Г.О.Балл, Дж.Брунер, В.В.Давидов, Д.Б.Ельконiн, Т.А.Iльїна, З.I.Калмикова, Г.С.Костюк, В.Ф.Паламарчук, Ж.Пiаже, А.М.Сохор, А.В.Усова, С.А.Шапоринський та iншi). Дослiдження цих учених базувались на предметнiй основi. Проте, вони не ставили завдань, пов'язаних з вивченням методологiчних та методичних особливостей формування наступності й взаємозв'язку класичних i квантових теоретичних узагальнень та емпiричних новітніх знань, їх розвитку в навчальному процесі, переході на 12-річну освіту.

В дидактицi i методицi навчання фiзики проблеми розроблялись головним чином у напрямку обгрунтування та визначення структури змiсту освiти (останнiм часом у виглядi державних стандартiв) (А.Ф.Баранов, О.I.Бугайов, Г.Ф.Бушок, С.У.Гончаренко, Ю.I.Дік, В.Г.Зубов, О.Ф.Кабардiн, I.К.Кiкоїн, I.М.Малишев, А.М.Мансуров, Г.Я.Мякишев, А.А.Пiнський, О.В.Пьоришкiн, В.Г.Разумовський, Л.I.Резнiков, В.О.Фабрикант, М.М.Шахмаєв). Інші вчені-методисти спрямовували свої зусилля на особливостi формування фiзичного знання з рiзних роздiлів шкiльного курсу фiзики (С.У.Гончаренко, Б.Є.Будний, Ю.Є.Дурасєвич, Е.Ю.Евенчик, В.Р.Iльченко, С.Ю.Каменецький, Є.В.Коршак, С.П.Величко, А.І.Павленко, М.Т.Мартинюк, П.С.Атаманчук, В.П.Орєхов, А.А.Пiнський, I.В.Попов та iншi).

Група дослiдникiв розглядала специфiчнi ознаки формування фiзичного знання з врахуванням спiввiдношення класичного i квантового, теоретичного й емпiричного, що грунтувалось на принципах рiвнiв пiзнання (Г.М.Голiн, Е.Н.Горячкiн, П.О.Знаменський, Л.Я.Зорiна, О.I.Ляшенко, В.В.Мултановський, О.В.Сергеєв, I.I.Соколов та інші).

Методичні аспекти проблеми досліджувались в основному в напрямку з'ясування моделi навчального пiзнання пiд час вивчення фундаментальних фiзичних теорiй. Iсторико-методологiчний пiдхiд до вивчення навчального процесу розроблявся Г.М.Голiним; поетапна структура процесу систематизацiї знань на рiвнi фундаментальних наукових понять, законiв, теорiй, принципiв та наукової картини свiту розкрита С.У.Гончаренком; дослiдження проблеми взаємозв'язку теоретичного та емпiричного в навчальному пiзнаннi здiйснено О.I.Ляшенком; зміст і структуру шкільного курсу фізики за типами фундаментальних взаємодiй розробляв В.В.Мултановський; циклiчну модель навчального процесу з фiзики в залежностi вiд етапiв пiзнання за схемою: факти Ю гiпотеза Ю наслiдки Ю експеримент запропонував В.Г.Разумовський.

Названi вченi-методисти виходили з традицiйно установленого рiвня й структури навчального пiзнання, не розглядали досліджувану нами проблему в умовах рівневої диференцiацiї навчання з врахуванням вимог державних стандартів для закладiв системи середньої освiти. Вивчення фiзичних теорiй, побудованих на принципах, постулатах (класична механiка, термодинамiка, СТВ, квантова фiзика) принципово вiдрiзняється вiд методики вивчення цих теорiй, побудованих за модельними гiпотезами (кiнетична теорiя iдеального газу, електронна теорiя речовини, теорiя атома).

Наше дослiдження з визначення спiввiдношень класичних i квантових теоретичних узагальнень та методологiчних основ навчання фiзики у гуманітарній середній 12-річній школі є логiчним продовженням дидактичних i методичних дослiджень, в яких автори значною мiрою здiйснили психолого-педагогiчне i методичне обгрунтування змiсту курсу фiзики вiдповiдно до визначеного рiвня пiзнання. Нами запропонована модель пiзнання в процесi формування наскрізних фiзичних знань, яка грунтується на методах структурно-логічного аналiзу та системного пiдходу.

Мета дослiдження полягає в теоретичному та експериментальному обгрунтуванні концепції і розробці методичної системи формування знань про дискретність і неперервність у курсі фізики загальноосвітньої школи за схемою пошуково-креативного навчання, взаємозв'язку класичного та квантового у пізнанні учнів, формування в них фiзичного мислення на рiзних рiвнях пізнавальної діяльності з опорою на ШФЕ.

Об'єктом дослiдження є процес навчання фізики у середній загальноосвітній школі.

Предмет дослiдження є теоретичні та методичні засади становлення фундаментальних ідей дискретності та неперервності у курсі фізики загальноосвітньої школи, підпорядковані концептуальній єдності змістовного і процесуального компонентів навчального процесу з фізики. До засад входять:

1. Понятійно-категоріальна структура курсу фізики;

2. Дидактичні принципи та методи пізнавальної діяльності учнів, специфічні для рівнів пізнання класичного і квантового;

3. Механізм формування і розвитку уявлення учнів про класичне і квантове, згідно концепцією 12-річної фізичної освіти та зміст гуманітарної фізики.

Практична реалізація методичної системи навчання гуманітарної фізики в загальноосвітній школі здійснювалась шляхом:

-- розробки і визначення шляхів запровадження концепції 12-річної фізичної освіти;

-- формування в учнів фізичного знання на рівні теоретичного узагальнення взаємозв'язку перервного і дискретного, класичного і квантового; школа фізика пізнавальна квантова

-- генералізації навчального матеріалу з фізики на базі фундаментальних фізичних понять, явищ, теорій, які трансформовані на рівень усвідомлення учнями співвідношення класичного та квантового;

-- розвитку теоретичного мислення учнів на основі адекватних способів діяльності.

Вибiр шкiльного курсу фiзики випускного класу як предмета дослiдження зумовлений таким: курс фізики випускного класу загальноосвітньої школи охоплює цілісні фундаментальні теорії сучасної картини світу. Грунтовний емпіричний та аксіоматичний, гіпотетико-дедуктивний, принципово-індуктивний способи побудови розділів, які складають структуру курсу як теоретичну систему, дозволяють поширити одержані висновки на інші розділи курсу фізики, вiдобразити сучасний стан науки.

Аналiз пiзнавальної дiяльностi учнiв показав, що iдея генералiзацiї та циклiчностi ще не повною мiрою слугує iнструментом для здобуття нових знань. Застосування системного пiдходу до аналізу обраної нами проблеми в єдностi її багатоаспектних iнварiантiв склало методологiчну основу дослiдження, а саме:

1. Суб'єктивно-особистiсну концепцiю людини, в основу якої покладено:

а) твердження про онтогенетичну еволюцiю людини, в процесi якої вiдбувається становлення особистостi через розвиток психiчних та фiзичних задаткiв;

б) iдея про розвиток особистiсних якостей, задаткiв та здiбностей суб'єкта в єдностi з суспiльними вiдносинами;

в) положення про дiяльнiсну суть розвитку особистостi, яка проявляється через рiвень творчої активiзацiї у процесi навчання, спiлкування, працi тощо;

г) концепцiя iндивiдуальностi та колективiзму кожної людини як особистостi з її мотивацiйними та вольовими характеристиками, якi є основою рушiйних сил її розвитку в навчальному пiзнаннi.

2. Соцiальну концепцiю процесу пiзнання, в основi якої лежить замовлення суспiльства на результати культурного, освiтнього та загального розвитку особистостi, які визначаються конкретною iсторичною епохою.

3. Дидактичне моделювання процесу формування та засвоєння понять, суджень, дiй, вивчення явищ, теорiй, в якому визначено єднiсть змістовного та логiчного аспектiв цього процесу на основi iдеї циклiчностi та генералiзацiї пiзнавальної дiяльностi

4. Теорiю розвитку психiки школярiв, за якою теоретичне мислення розглядають як дiю, спрямовану на формування понять i встановлення закономірностей їх засвоєння.

Методами дослiдження були:

1. Iсторико-генетичний та системно-структурний пiдходи як методи дослiдження, в основу яких покладена iсторично обумовлена i логiчно упорядкована послiдовна система наскрізних знань з її невiд'ємними складовими i ознаками.

2. Теоретичний аналiз психолого-педагогiчної, фiлософської, методологiчної, спецiальної та методичної лiтератури, узагальнення технологiй педагогiчного досвiду працiвникiв системи середньої освiти.

3. Експериментальний метод перевірки результатів дослідження.

В основу дослiдження покладена концепція, сформульована у формі методичної моделі формування в учнів фізичного знання, яка грунтується на таких твердженнях:

-- центральне мiсце в системi наукового знання та освiти займають провiднi iдеї кожної науки, узагальнюючi i основоположнi науковi теорiї поняття;

-- дидактичні вимоги до структури і змісту навчального матеріалу шкільного курсу фізики, побудованого на структурній основі, органічному поєднанні класичної і сучасної фізики, грунтується на осмисленні суб'єктами пізнання їх внутрішніх структурно-функціональних зв'язків;

-- фундаментальнi поняття, судження, дiї, теорiї сучасної наукової картини світу вiдiграють визначальну роль у формуванні науково-теоретичного способу мислення учнiв;

-- змiст навчального матерiалу та знань суб'єктiв пiзнання побудований на структурній основі дозволяє конструювати моделi змiсту фiзичної освiти виходячи з теоретичних узагальнень;

-- навчально-пiзнавальна дiяльнiсть учнiв в процесi оволодiння емпiричним базисом, ядром та наслiдками теорiї вiдтворює цiлiсну картину пiзнання класичного та квантового й їх співвідношення у шкільному курсі фізики і грунтується на теорiї повного пiзнавального циклу;

-- навчально-пiзнавальна дiяльнiсть школярiв у формуваннi структурованих знань будується у вiдповiдностi з основним психологiчним законом цiлiсностi в онтогенезi;

-- формування концепції 12-річної фiзичної освiти грунтується на трьох психологiчних аспектах: спонтанному абстрагуваннi й узагальненнi (репродуктивний та iлюстративний рiвень активiзацiї розумової дiяльностi); побудовi абстрактних моделей, формалiзацiї (проблемний рiвень розумової дiяльностi); висунення гiпотез про iстотнi ознаки певного класу явищ, понять, суджень, дiй, теорiй (пошуковий та дослiдницький рiвень активiзацiї розумової дiяльностi);

-- системний пiдхiд до побудови структури змiсту курсу фiзики середньої школи забезпечує ефективне конструювання моделi змiсту методики вивчення цього курсу на взаємодоповнюючих емпiричному та теоретичному рiвнях.

Поставлена мета, висунута концепція дослiдження вимагали розв'язання таких завдань:

1. Проаналiзувати історичні етапи революцiйних та еволюцiйних змiн в природознавчих науках та виявити їх вплив на розвиток змiсту i структури курсу фiзики середньої школи;

2. З'ясувати сутнiсть наукового i навчального пiзнання, їх закономiрностi з метою приведення у вiдповiднiсть змiсту та структури фiзичної освiти i сучасного наукового знання в середніх закладах освіти;

3. Виявити та систематизувати новітні технології побудови структури фiзичних знань про співвідношення класичного і квантового у навчальному пiзнаннi учнiв з метою забезпечення сучасного фiзичного мислення школярiв;

4. Визначити концептуальнi психолого-педагогiчнi аспекти та структуру дiяльностi суб'єктiв у процесi пiзнання класичних і квантових теоретичних узагальнень та емпiричних знань в онтогенезi;

5. Виділити та науково обгрунтувати систему узагальнюючих наскрiзних понять, якi забезпечують послідовність і наступність у оволодiнні учнями класичними і квантовими iдеями, iдеями аксiоматичного та постулативного, гiпотетичного та принципового, емпiричного та теоретичного пiдходiв до формування фундаментальних теорiй;

6. Проаналізувати дидактичні принципи наступності, систематичності, науковості, історизму, неперервності та гуманітарного навчання та виявити особливості їх прояву при вивченні співвідношення класичного і квантового, розробити концепцію гуманітарної фізичної освіти у 12-річній загальноосвітній школі;

7. Виявити складовi квантово-механiчних знань і розробити методику вивчення та формування фундаментальних фiзичних явищ, понять, суджень, дiй, теорiй, що забезпечують формування співвідношення перервності та неперервності у курсі фiзики загальноосвітньої школи;

8. Перевiрити в навчальному процесi педагогiчну ефективнiсть запропонованої методичної системи i розробленої методики вивчення фундаментальних ідей дискретності і неперервності в шкільному курсі фізики.

Наукова новизна:

-- на основi iсторико-генетичного аналiзу концептуально обгрунтовані теоретичні і методичні основи формування в учнiв уявлень про співвідношення у фізиці класичного і квантового через систему “наскрiзних” понять. Пiд наскрiзними поняттями розумiється така їх система, яка сприяє вивченню перервного та неперервного, дуалiзму i єдностi, симетрiї i доповнюваностi, вiдносностi та невизначеностi при засвоєнні фiзичних явищ, понять, процесiв на всiх етапах навчання фiзики в загальноосвітній школi;

-- запропоновано концепцію гуманітарної фізичної освіти 12-річної загальноосвітньої школи, яка передбачає реалізацію формування у фізиці класичного і квантового, забезпечує специфіку прояву дидактичних принципів наступності, систематичності, науковості, історизму, неперервності та гуманітарного навчання при вивченні фізики;

-- доведена ефективнiсть використання методологiчних знань з фізики з метою розвитку механіко-квантово-релятивiстських уявлень учнiв на основi аналiзу спiввiдношення класичних та квантових уявлень;

-- обгрунтовано метод вiдбору з науки фізики змiстовного навчального матерiалу та концептуальних основ формування державного стандарту знань, які грунтуються на використаннi системного підходу й структурно-логічного та матричного аналiзу;

Теоретичне значення дослiдження:

-- проведено теоретичний та логіко-методологічний аналіз проблеми співвідношення класичного і квантового у пізнанні;

-- на основі теорії графів розроблено основи системного та логiко-методологiчного аналiзу навчального матеріалу та знань учнів з фізики. Методика розробленого аналізу можлива для застосування в інших навчальних предметах;

-- обгрунтована необхідність перебудови шкільного систематичного курсу фiзики на гуманітарний курс фізики 12-річної загальноосвітньої школи на основi методологiї й змiсту сучасної фiзики та уточнення особливостей прояву дидактичних принципів навчання;

-- визначено змiст фундаментальних теорiй шкільного курсу фізики та здiйснено теоретичне їх узагальнення;

--розроблено критерії формування державного стандарту знань з навчальних предметів;

-- обгрунтована методика формування в учнiв системи наскрізних понять, створена методична система формування в учнів фізичного знання, в основу якого покладено взаємозв'язок та співвідношення класичного і квантового рівнів пізнання і відповідних їм способів діяльності учнів в навчанні фізики.

Практичне значення:

-- створено технологiю iсторико-генетичної та структурно-логiчної системи вiдбору предметних знань (на прикладi роздiлiв курсу фiзики 11 класу), яка забезпечує емпiричний базис i цiлiснiсть вiдповiдної дидактичної композицiї фiзичного знання, побудованого на структурній основі;

-- розроблено методику формування в учнiв уявлення про співвідношення перервного та дискретного при вивченні фундаментальних наскрізних понять, суджень, дiй, теорiй курсу фізики загальноосвітньої школи;

-- розроблена автором технологія і методика шкiльного фiзичного експерименту відповідно до визначеної стратегії структурування знань. Розроблено 97 нових дослідів, 46 модернізовано та 39 удосконалено, видано навчальний посiбник;

-- видано науково-методичні посібники і матеріали з реалiзацiї формування системи понять сучасної фiзичної картини свiту.

Результати проведеного дослiдження можуть бути використанi під час складання навчальних програм шкiльного курсу фiзики, пiдготовки шкiльних навчальних посiбникiв i пiдручникiв, у розробці методики вивчення основ теорiй загальноосвiтнього курсу фiзики за новими профiльними та диференцiйованими навчальними програмами, у пiдготовцi майбутнiх учителiв фізики у вищих педагогiчних навчальних закладах.

Вiрогiднiсть отриманих результатiв пiдтверджується: вiдповiднiстю використаних методiв та методологiчної основи дослiдження до поставлених в дисертації завдань; широкою апробацiєю основних теоретичних i емпiричних положень дослiдження в педагогiчному експериментi; впровадженням результатів дослідження у навчальний процес середньої школи, педагогiчних вузiв та в пiслядипломнiй освiтi; створенням методичних посiбникiв та рекомендацiй; позитивною оцінкою педагогічної громадськості під час обговорення результатiв дослiдження на численних всеукраїнських і міжнародних конференцiях i семiнарах.

Особистий внесок автора: наукові результати підтверджують власний концептуальний підхід до розв'язання проблеми співвідношення і взаємозв'язку класичного і квантового, неперервного і дискретного у пізнанні; визначені загальні засади дослідження та розроблено механізм реалізації їх основних положень; у ході дослідження одержані результати, які дозволяють розглянути специфіку прояву дидактичних принципів: наступності, систематичності, науковості, історизму, неперервності навчання, гуманітарної освіти при вивченні класичного і квантового; розроблені і апробовані навчально-методичні матеріали; здійснення консультування та забезпечення методичними матеріалами учасників експерименту.

Апробацiя i впровадження результатiв дослiдження. Основнi результати дослiдження доповiдалися i обговорювались на науково-практичних i науково-методичних конференцiях: (Київ 1996, 1997 р.р.; Полтава, 1990 р.; Тбiлiсi, 1991 р.; Рiвне, 1993, 1998 р. р.; Кiровоград 1994 , 1996, 1998, 2000, 2001 р.р.; Суми, 1997 р.; Кам'янець-Подiльський, 1997, 2000 р.р.; Чернiгiв, 1998, 2000, 2001 р.р.; Умань 2001 р.), семiнарах (Київ, 1996, 1998 р.р.) та мiжвузiвських i звiтних iнститутських конференцiях (Iнститут педагогiки АПН України, Нацiональний педагогiчний унiверситет iм. М.П.Драгоманова, Кiровоградський державний педагогiчний університет ім. В.К. Винниченка, Центральний iнститут удосконалення учителiв, Кiровоградський обласний iнститут удосконалення учителiв).

Запропонованi автором методичнi та практичнi результати дослiдження впроваджено в практику роботи шкiл, гiмназiй, лiцеїв, коледжiв та вузiв України.

Дисертаційне дослідження виконане відповідно до тематичного плану наукових досліджень кафедри методики викладання фізики Національного педагогічного університету імені М.П.Драгоманова, а тема дисертації затверджена рішенням вченої ради Національного педагогічного університету імені М.П.Драгоманова (протокол № 5 від 30 листопада 2000 року) та узгоджена в бюро Ради з координації наукових досліджень у галузі педагогіки і психології в Україні (протокол № 1 від 23 січня 2001 року).

На захист виносяться:

1. Положення про визначальну роль теоретичного узагальнення спiввiдношення класичного i квантового, неперервного i дискретного, дуалiзму i єдностi в курсі фізики для формування науково-теоретичного способу мислення учнiв.

2. Концептуальні засади побудови гуманітарного курсу фізики 12-річної школи на основі взаємозв'язку та співвідношення ідей дискретності та неперервності у загальноосвітній школі.

3. Метод вiдбору з науки фізики змiстовного навчального матерiалу та концептуальні основи формування державного стандарту знань, які грунтуються на використаннi системного підходу й структурно-логічного та матричного аналiзу;

4. Специфіка прояву дидактичних принципів наступності, систематичності, науковості, історизму, неперервності та гуманітарного навчання у 12-річній загальноосвітній школі.

5. Модель процесу формування сучасних квантово-механiчних уявлень, формування системи наскрiзних узагальнених понять курсу фiзики середньої школи та її реалiзацiя у вiдповiдних формах пiзнавальної дiяльностi учнiв у процесі навчання фiзики.

Публікації. Результати дисертацiйного дослiдження опублiкованi в трьох монографiях: “Становлення та розвиток фундаментальних ідей дискретності та неперервності у курсі фізики середньої школи”, “Методика i технiка експерименту з оптики”, “Науково-методичнi основи шкiльного курсу квантової фiзики”, 12 методичних розробках, 54 статтях наукових журналiв та збiрниках наукових праць, 17 матерiалах тез конференцiй, де внесок автора становить бiльше 112 друкованих аркушiв.

ОСНОВНИЙ ЗМIСТ I СТРУКТУРА ДИСЕРТАЦIЇ

Дисертацiя складається з вступу, чотирьох роздiлiв, загальних висновкiв, списку основної використаної лiтератури i додаткiв. Вона має обсяг в 364 сторiнки, iлюстрована 21 рисунком, 19 таблицями, 12 додатками.

У вступi подано обгрунтування актуальностi виконаного дослiдження, проаналiзовано загальний стан розробки проблеми у дидактиці та педагогiчнiй практицi, визначенi мета, об'єкт, предмет, концепція i завдання дослiдження, сформульовано його методологiчнi засади i методи та концепцiя дослідження, визначена наукова новизна, теоретичне i практичне значення дослідження, положення, якi виносяться на захист, викладено форми апробацiї та впровадження отриманих автором результатiв дослiдження, їх вiрогiднiсть та обгрунтованiсть.

У першому роздiлi “Теорія і методологія взаємозв'язку і наступності класичного і квантового у фізиці” в iсторико-генетичному аспектi розглянуто становлення фундаментальних основ науки фiзики та теорiї її пiзнання крізь призму фiлософського, методологiчного i психолого-педагогiчного з'ясування природи пiзнання i сутностi знання як багатоаспектного феномена. Принциповим аспектом нашого пiдходу є iдея виявлення джерел iсторичної реконструкцiї і становлення сучасних фундаментальних фізичних теорiй.

Проведене iсторико-методологiчне вивчення проблеми виявило її багатоаспектнiсть. Серед них особливої уваги заслуговують перспективи визначення засад змiсту та структури освiти, в тому числi i фiзичної, зумовленi як внутрiшнiми механiзмами становлення нового знання, так i зовнiшнiми факторами його функцiонування. Саме в такому широкому розумiннi проблеми, поряд з фiлософським її баченням, доцiльно в стратегiчнi цiлi формування освiтнього свiтогляду включити концепцiю парадигм, методологiчних програм, стандартних концепцiй, нових дослiдницьких програм, культурологiчної епiстемологiї, плюралiстичної методологiї, iдею прiоритетної концепцiї випереджаючої освiти на базi фундаментального експериментування. В процесі дослідження постало питання про необхiднiсть вичленення в розвитку фiзики деяких узагальнених структурно-понятiйних систем, в рамках яких наукова теорiя виступає лише в ролi одного iз компонентiв (М.Д.Ахундов, Л.Б.Баженов, С.В.Iларiонов, Р.Карнап, С.Б.Кримський, Т.Кун, I.Лакатос, О.I.Ляшенко, К.Поппер, Ф.Саппе, П.Фейєрабенда, Д.Холтон). У зв'язку з цим розвиток фiзики постає як змiна таких систем (формацiй), але з одних фiлософських позицiй ця змiна носить iррацiональний характер i подiбнi формацiї iснують як рiзнi i не взаємодiючi свiти, а з iнших вони є лише вузловими пунктами єдиної ланки пiзнання єдиної Природи. Тому в логiку i методологiю науки другої половини ХХ столiття ввiйшли рiзноманiтнi проблеми наукових революцiй.

Принципове значення аналiзу революцiйних та еволюцiйних змiн в фiзичнiй науцi, а вiдповiдно i в курсах фiзики для системи середньої освiти, полягає не стiльки в тому, щоб знайти мiсце для фундаментальних понять в iснуючому курсi фiзики, а й в удосконаленнi самого систематичного курсу на основi методологiї сучасної фiзики та результатiв психологiчних і психолого-педагогiчних дослiджень у теорiї пiзнання. В дослiдженнi показано, що методологiя сучасної фiзики не може бути механiчно перенесена в навчальний процес, а потребує педагогiчно ефективної трансформацiї. Перетворення нинiшнього iсторичного етапу розвитку науки (початок третьої наукової революцiї) пов'язанi iз змiною спрямування з техногенно-економiчного напрямку на гуманiстично-екологiчний i грунтуються на поглибленому мiжпредметному інтегративному вивченнi тенденцiй розвитку освiти у загальносвiтовому аспектi.

Проаналізовані дослiдження, присвяченi аналiзу революцiйного переходу вiд понятiйної структури класичної фiзики до понятiйної структури сучасної квантово-релятивiстської фiзики. Особливий iнтерес становить аналiз складних процесiв перебудови концептуальних систем iнших наук (хiмiя, бiологiя), якi відбуваються пiд впливом понять, принципiв, стилю мислення, що склались у сучаснiй фiзицi. Але якщо в науцi фiзицi цей процес пройшов далеко за екватор, то у шкiльному курсi фізики справа завершилась лише початковими змiнами.

Єднiсть корпускулярних i хвильових властивостей матерiї -- це принцип взаємозв'язку та переходу традиційної і нової теорій, який розкриває суть явищ як макросвіту, так і мiкросвiту i лежить в основi як класичної, так і квантової теорiї. Тут мається на увазi, що дана єднiсть є адекватним виразом принципу єдностi перервностi i неперервностi матерiї, а остання внутрiшньо пов'язана з принципом єдностi простору i часу, а також з принципом єдностi Всесвiту i розвитку.

Класична доповнюванiсть макроскопiчного i мiкроскопiчного аспектiв вiдрiзнила фiзику XIX вiд фiзики XVIII ст., що передбачали унiверсальнi закони, якi дiють не модифiкуючись у всiх галузях -- у мiкросвiтi так само, як i в макросвiтi. У фiзиці ХIХ ст. було встановлено межi дії фізичних законів макро- та мікросвiту. Дослідженням встановлено, що доповнюваність нетотожних законiв, зокрема термодинамiки i механiки, -- основа фiзичної атомiстики ХIХ ст., яка виходить із специфiчних форм руху, властива рiзним ланкам iєрархiї дискретних частинок речовини. Прослідковано, що складнi форми руху не можна вiдокремити вiд найбiльш простої форми -- перемiщення частинок. Це перемiщення пiдпорядковане законам ньютонiвської механiки, залишається фундаментом концепцiї, однак структура надбудови в цiй концепцiї не повторює, як думали в XVIII ст., структури самої концепцiї.

Iдея єдностi i боротьби суперечностей у науцi вiдома з давнiх давен і є джерелом розвитку науки. Розглядаючи дуалiзм свiтла, Г.Лоренц указав, що застосування релятивiстської механiки до руху корпускул разом з хвильовими уявленнями могло розв'язати багато суперечностей. Це стосувалося зокрема iнтерференцiї свiтла за великих рiзниць ходу (мiльйони довжин хвиль). Таких же розмiрiв має набувати i фотон. Тому механiчне змішування хвиль i корпускул для пояснення природи свiтла принципово не сприймається. В цьому випадку для наукового оволодiння фактами використовується математика і науковий експеримент.

Крiм експериментального, теоретичний рiвень пiзнання реалiзується цiлiсним вивченням основних фiзичних теорiй через ланцюжок: виявлення i накопичення експериментальних фактiв, що суперечать iснуючiй теорiї => висунення загальних принципiв, гiпотез, постулатiв для пояснення нових фактiв => уточнення теоретичних припущень i математичного апарату => оформлення нової теорiї => одержання наслiдкiв iз положень нової теорiї => експериментальна перевiрка одержаних наслiдкiв. Такою є методологiчна схема наукового пiзнання для цiлiсного вивчення теорiї тяжiння, молекулярно-кiнетичної теорiї, теорiї електромагнiтного поля, спецiальної теорiї вiдносностi, квантової теорiї.

Проведений аналіз дозволив зробити висновок, що розвиток фiзичної науки не зводиться до її теоретичного змiсту, до основ класичної механiки. Наукова революцiя, що створила класичну механiку, докорінно вiдрiзняється вiд революцiї, наслiдком якої є сучасна фiзика. Для сучасної фiзики важливо не лише знайти закони явищ у деякiй матерiальнiй системi взаємозв'язкiв, але й виявити механiзм переходу вiд законiв вiдомого кола явищ до нових законiв, бiльш загальних i глибоких. Якраз таким шляхом утверджувалась спецiальна i загальна теорiя вiдносностi, квантова фiзика, теорiя елементарних частинок. Нинi фiзичнi знання “знаходяться” мiж граничними величинами швидкостi свiтла i сталою Планка. Друга революцiя кінця ХІХ початку ХХ століття в фiзицi якраз i обумовила межі її розвитку.

Аналiзуючи наслiдки другої революцiї у природознавствi, нами видiлено 4 замкнуті системи понять, аксiом курсу фiзики

Цифрою 1 позначена перша система -- механiка I.Ньютона. Вона описує механiчнi процеси, динаміку рiдин i пружнi коливання тiл, включає акустику, статику, аеродинамiку, гiдродинамiку i значною мiрою небесну механіку.

Цифрою 2 позначена друга система -- теорiя теплоти, сформована в ХIХ ст. Певною мiрою через статистичну механiку вона зв'язана з першою системою, але не є її частиною, бо вона оперує рядом понять, що не мають аналогiї в інших роздiлах фiзики: теплоті, ентропiї, вiльній енергiї, ентальпiї тощо.

Цифрою 3 позначена третя замкнута система понять i аксiом, виведених з електричних i магнiтних явищ, одержала завершене формування на початку ХХ столiття в роботах Г.Лоренца, А.Ейнштейна i О.Мiнковського. Вона охоплює електродинамiку, СТВ, оптику, магнетизм, дебройлiвську теорiю хвиль матерiї всiх елементарних частинок рiзних видiв (хвильова механiка Е.Шредiнгера сюди не входить).

Цифрою 4 позначена четверта система -- квантова теорiя. Її центральним поняттям є функцiя iмовiрностi або статистична матриця. Вона охоплює квантову i хвильову механiку, теорiю атомних спектрiв, хiмiю i теорiю iнших властивостей матерiї (провiднiсть, феромагнетизм).

Ломка механiчної картини свiту i поступова її замiна електромагнiтною не була революцiйною. Вона стосувалась виключно конкретного змiсту фiзичних теорiй, не зачiпала загальних принципiв їх побудови. М.Планк зробив першi кроки до створення квантової теорiї, давши обгрунтування термодинамiці теплового випромiнювання. А.Ейнштейн, розробляючи теорiю вiдносностi, зробив спробу покласти в її основу теорiю Д.Максвелла для нерухомих тiл i побудувати вiльну вiд суперечностей електродинамiку рухомих тiл. Однак розв'язати виявленi проблеми М.Планк та А.Ейнштейн не змогли без виходу за рамки електромагнiтної картини свiту. Назрілі проблеми розв'язали квантова механiка та теорiя вiдносностi, а тому виділились у самостiйні галузі фiзичного знання. Їх розвиток привiв до того, що електродинаміка пiсля 1910 року стала консервативною. В кiнцевому результатi експериментальнi та теоретичнi дослiдження привели до змiни поглядiв на проблеми.

Друга природнича революцiя початку ХХ століття внесла змiни та корективи до взаємовiдносин складових, поданих на рис.1. Ці зміни та корективи подані на рис. 2. Цифрою 1 позначена перша система. Вона мiститься в третiй, як граничний випадок, коли швидкiсть свiтла буде величиною порiвняно нескінченною і мiститься в четвертiй як граничний випадок, коли планкiвський квант дiї можна вважати нескiнченно малим. Перша i частково третя системи необхiднi для четвертої як опорнi основи для опису експериментiв. Друга система зв'язана з кожною з трьох i особливо важлива для четвертої. Незалежнiсть iснування третьої та четвертої систем наводить на думку про iснування п'ятої замкнутої системи понять, в якiй перша, четверта i третя системи мiстилися б як граничний випадок.

Проведений нами аналіз показав, що найбiльш яскраво еволюцiйнi та революцiйнi змiни в природознавствi протягом всього перiоду його розвитку простежуються через механiку, оптику та квантову фізику. Історичний розвиток наукових дослiджень та вiдкриттiв змушував дослiдникiв все бiльше i бiльше заглиблюватись у фiзичну природу явищ, а пiзнiше i в суть самої Природи. Так, Р.Декарт один із перших створив основу механiстичної картини свiту i зробив спробу звести оптику до механiки. На той час це було досить прогресивним, оскільки механiка протистояла схоластицi. Процес пiзнання здійснювався за схемою послiдовних наближень і визначав його дiалектику. Так поступово відбулося наближення до iстини через послiдовнiсть “вiдносних iстин”. Процес цього наближення є нескінченним. Неврахування дiалектики цього процесу не раз приводило фiзикiв до невиправданого самозаспокоєння, до хибного переконання в тому, що та чи iнша наукова проблема вичерпна. Прикладом такого є історiя розвитку оптики, квантової фiзики. Їх розвиток проходив одночасно з поглибленням уявлень про природу матерiї. У мiру розвитку i поглиблення уявлень про свiтло виявились внутрiшнi зв'язки мiж, здається, зовсiм рiзними явищами, та їх загальнi причини. В результаті цього в 60-х роках ХIХ столiття виникла електромагнітна теорія, що витіснила механістичний підхід до аналізу оптичних явищ. Тому в кiнцi ХIХ столiття переважна бiльшiсть вчених вважали, що, як i у всiй фiзицi, в оптицi особливих проблем немає. Однак, існували двi мало помітні проблеми, що виникли в зв'язку з дослiдженням теплового випромiнювання і експериментально виявленi незрозумiлi закономiрностi фотоефекту. Названі проблеми, в дiйсностi, перетворились в потужнi проблеми i привели до революцiйних потрясiнь не лише в оптицi, а й у всiй фiзицi.

Перегляду зазнали самi основи уявлення про природу свiтла. В результатi здiйснилося дiалектичне об'єднання хвильової та корпускулярної концепцiй. Фiзична картина свiту, створення якої розпочато Г.Галiлеєм i I.Ньютоном, була завершена Д.Максвеллом i Г.Гельмгольцем і вiдповiдала положенню древнiх: природа не робить стрибкiв. У цiй фiзичнiй картинi світу все базувалось на поняттi неперервностi процесiв. Поява гiпотези квантiв (iдея перервностi) примусила переглянути суть речей: природа робить стрибки. М.Планк доповнив: “і навіть досить дивні...”. Те, що XX столiття буде столiттям електрики, розумiли всi: багато було накопичено фактiв, але що це буде i столiття атомiв, мало хто пiдозрював. Дорогу у вiк атома вiдкрила теорiя М.Планка, його проста з виду формула E = h?. Так були закладені основи нової фізичної картини світу.

Крiм названих, були й iншi картини свiту, якi не стали магiстральними в фiзицi, але в рiзний час грали помiтну роль.

У дослiдженнi показано, що теоретичну основу традицiйної емпiричної системи методiв вивчення природи фiзичних явищ, понять, суджень, дiй, теорiй склали методи наукового пiзнання фiзики, якi водночас є i навчально-пiзнавальними методами для учнiв (експериментальнi методи, iдеалiзацiя, моделювання тощо). Провiдну роль серед них вiдiграло моделювання як динамiчний процес i як готовий результат.

Дослiдження проблеми про необхiдні умови формування системних знань вимагало аналiзу трьох об'єктiв: складу i структури науки фізики; наукового змiсту навчальних предметiв природничонаукового циклу; процес навчання цьому змiсту. Аналіз проблеми показав, що дидактичне завдання полягає у виявленні ефективних шляхiв навчання не тільки окремої конкретної теорiї як такої, а знайти те спiльне, що складає необхiднi умови навчання будь-якій теорiї як цiлiсної освiти.

Таким чином показано, що сучаснi фундаментальнi iдеї наукового свiтогляду передбачають його основнi положення: матерiалiстичнiсть свiту в своєрiдностi, рiзноманiтностi, невичерпностi i єдностi; дiалектику природи у взаємозв'язку i взаємозумовленостi; неперервнiсть процесу пiзнання природи; своєрiднiсть (iмовiрнiсний характер) теоретичного узагальнення фiзичних знань; встановлення спiввiдношення класичного та квантового при вивченнi явищ природи; формування та прiоритетнiсть гуманiстичних цiнностей. Так, в методологiчних дослiдженнях бiльшостi вчених перехiд вiд однiєї фундаментальностi теорiй до iншої визначає механiзм розвитку науки -- наукової революцiї, змiну парадигм, дослiдницьких програм. Зроблений нами аналiз еволюцiйних та революцiйних змiн у природознавствi, якi вiдбулися протягом всього розвитку науки фiзики, дає пiдставу виокремити основнi причини, якi приводять до революцiй у природознавствi, а вiдповiдно i в теорiї його пiзнання. До них вiдносяться:

1. Абсолютизацiя визначених методiв пiзнання, застосування яких забезпечує успiх у дослiдженнi широкого класу фiзичних явищ. Так, у електродинамiцi використовують метод, який грунтується на уявi про точковiсть мiкрочастинок. Успiхи цього методу при вирiшеннi конкретного завдання визнанi, але цей метод привiв до виникнення уявлень, згідно з якими у свiтi є безструктурнi матерiальнi утворення. Таке уявлення рiвноцiнне твердженню про iснування матерiальних утворень поза простором i часом.

2. Абсолютизацiя вищезгаданих положень природознавства i представлення їх у якостi змiсту основних положень матерiалiзму, тобто метафiзичний пiдхiд до розумiння матерiї та її основних характеристик, i зокрема невiддiльнiсть об'єкта дослiдження вiд середовища його пiзнання.

3. Метафiзичне, застигле розчленування у природі на рiзнi типи фундаментальних взаємодiй. У зв'язку з цим виникла потреба визначити фундаментальнi одиницi наукового знання. В ходi проведеного дослiдження ми прийшли до висновку, що конструктами таких одиниць є аксiоми, гiпотези, принципи, постулати, феноменологiчнi основи, емпiричнi узагальнення. На їх грунтi побудовані конструкти -- фундаментальнi явища, поняття, судження, дiї, теорiї та ФКС.

У другому роздiлi “Теоретичні і методичні проблеми розвитку та становлення змісту шкільного курсу фізики та відображення у ньому фундаментальних фізичних теорій” розкрита логiка пiзнавального процесу засвоєння учнями сутностi явищ, понять, суджень, дiй, теорiй, визначено формально-логiчну i змiстовну логiко-психологiчну структуру навчального матерiалу та адекватнiсть їй знань учнiв. Дано концептуальне обгрунтування необхiдностi перебудови навчального систематичного курсу фiзики на основi методологiї сучасної науки.

В дисертацiї теоретико-методологiчною основою вивчення об'єктiв складної природи є системний пiдхiд та структурно-логічний аналіз як певна методична орiєнтацiя дослiдження. Для кiлькiсної характеристики проблем дослiдження ми застосували методи нелiнiйної математики порiвняльного аналiзу, що дозволяє вiдтворити статистичну сторону детермiнацiї -- залежнiсть конкретної ознаки одиничних явищ експериментальної сукупностi вiд необхiдних i випадкових причин.

У дослiдженнi методичнi засади та основи структури програми з квантової фiзики середньої школи визначають побудову програми всього курсу фiзики на основi iдеї циклiчностi та генералiзацiї навчального матерiалу навколо фундаментальних теорiй. Iдея циклiчностi в методицi викладання фiзики достатньо розкрита В.В.Разумовським.

Для аналiзу навчальних програм для середньої школи, посiбникiв та пiдручникiв, методичної та спецiальної лiтератури ми застосували метод графiв та матричний i поелементний аналiз знань учнiв. На рис. 3 зображена структурно-логічна схема навчального матеріалу теми “Будова атома”. Аналіз структурно-логічних схем розділів курсу фізики 11-го класу дав змогу виділити 127 основних елементiв знань для наскрізного вивчення у курсі:

-- основнi положення: електромагнiтної та квантової теорiй, МКТ, термодинамiки, електродинамiки, СТВ;

-- загальнонауковi поняття: симетрiї, доповнюваностi, вiдповiдностi, обумовленостi, вiдносностi, моделювання, iмовiрностi, дискретностi, дуалiзму, спостереження, системностi, аналогiї, подiбностi, причинностi;

-- наскрiзнi поняття: фiзична картина свiту, дуалiзм, збереження, теорiї, вiбратор випромiнювання, константи, дискретнiсть;

-- взаємозв'язок: поля i хвилi, дифракцiї та iнтерференцiї, енергiї та mc2, частоти та індуктивності і ємності, довжини хвилi та довжини камертона, механіки і електродинаміки, теорiй курсу;

-- властивостi: електрона, протона, фотона, фонона, нейтрона, позитрона, нейтрино, мезонiв, гiперонiв, резонансiв, очарованих, кваркiв, -частинок, рентгенiвських променiв, ?-частинок, свiтлового потоку, хвиль рiзної природи, радiоактивностi, ядер, ефiру, електричного поля, магнiтного поля, електромагнiтного поля, змiнного струму, спектрiв;

-- закономiрностi: механiчного руху, механiчних коливань, електромагнiтних хвиль, електромагнiтних коливань, змiнного струму, фотометрiї, випромiнювання атома, фотоефекту, фотохiмiї, люмiнесцентного випромiнювання, СТВ, квантової теорiї, радiоактивностi, ядерних реакцiй, iзотопiв, ядерних сил, елементарних частинок, геометричної оптики, коливального руху;

-- знання, що базуються: на принципах, постулатах, феноменологiчних узагальненнях, гiпотезах, аксiомах, експериментальних узагальненнях;

-- знання понять: реальна хвиля, когерентнiсть, ?? = ? змiнює когерентнiсть, iнтерференцiя, дифракцiя, сферичне дзеркало, лiнза, постулати Ейнштейна, моделi атома, ядернi моделi, стала Планка, швидкiсть свiтла, тонкої структури, принцип Паулi, хвиля де-Бройля, ефект Мессбауера, рiвняння квантової механiки, хвильова функцiя, невизначенiсть, квантування, струм змiщення, розсiювання Комптона, ядернi реакцiї, квантовi числа, реактор, критична маса, правила змiщення, перiод напiврозпаду, стацiонарнi стани, дослiд Боте, постулати Бора, дослiд Майкельсона, монохроматичнiсть, розподiл енергiї у спектрi, гiпотеза Планка, вектори Е та В, нелiнiйна оптика, перетворення ядер.

Аналіз перетину структурно-логічних схем розділів діючих посібників та підручників для системи середньої освіти (рис. 4) дав змогу виділити в них чотири фундаментальні теорії: класична механіка, молекулярно-кінетична, електромагнітна та квантова теорії, на основі яких здійснюється вивчення змісту курсу фізики. Обраний пiдхiд дозволив визначити ключовi психологiчнi механiзми становлення фiзичного знання як спiввiдношення побудованих i перетворюваних моделей вихiдної заданої ситуацiї iз моделлю кiнцевої або промiжної мети дiяльностi. Змiстовне логiчно-психологiчне моделювання поєднано з побудовою формалiзованих моделей на математичнiй основi. Їх спiввiдношення в цiлому є динамiчним i залежить вiд вiдтворення готових змiстовних компонентiв в умовах конкретної ситуацiї.

Порядок вивчення конкретних знань є умовним, але не довiльним. Застосування графового методу, сiткового планування, включаючи i матричний, при аналiзi навчальних програм з фізики дозволяє не лише усунути дублювання вивчення одних i тих же явищ, понять, але врахувати i мiжпредметнi зв'язки, розв'язати окремi завдання оптимiзацiї програм, пiдручникiв, навчальних планiв, посiбникiв.

...