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

Цi методи дозволяють максимально уникнути суб'єктивiзму при складаннi навчальних програм, пiдготовцi посiбникiв та пiдручникiв для системи середньої школи. Зокрема встановлено, що запровадження вивчення фiзики на основi генералiзацiї знань навколо понять моделi атома та аксiом механiки, феноменологiчних та емпiричних узагальнень термодинамiки i електродинамiки, постулатiв, гiпотез, принципiв СТВ, оптики, квантової фiзики дає нову якiсть пiзнання за умови подолання недоліків, що їх мають традицiйні методичні пiдходи.

Традицiйно методика викладання фiзики забезпечує неперервнiсть якості змiни знань. Але сучаснi науковi узагальнюючi знання змiнюються дискретно. Нами проаналiзовано еволюцiю знання фундаментальних понять, i зокрема поняття дискретностi, дуалiзму, єдностi, ефiру, фундаментальних принципiв, та зроблено висновок про запровадження дидактичного взаємодоповнення класичного та квантового при вивченнi шкiльного курсу квантової фiзики.

У дисертацiї використано структурно-цiльовий метод для формування стандарту фiзичної освiти. Стандарт представлено нами сукупнiстю елементiв наукової навчальної iнформацiї; основними теорiями фундаментальної науки; основами ФКС; прикладною фiзичною наукою; науковими методами дослiдження та пiзнання. Ця сукупнiсть елементiв наукової та навчальної iнформацiї одержана з аналiзу стану сучасної науки та досвiду викладання фiзики як в нашiй державi, так i за її межами. За такого пiдходу стандартом можна вважати iнварiантну частину програми навчання, представлену в основі наукового методу дослiдження. Такий пiдхiд розробки стандарту дозволяє “iндивiдуалiзувати” його для рiзних типiв шкiл та етапiв навчання. Диференцiйованi програми повиннi мати як iнварiантну, загальну для всiх, так i варiантну, специфiчну частини. У загальному така методика ефективна для розробки i аналiзу програм з рiзними профiлями навчання.

На основi узагальнення педагогiчного досвiду та методичних дослiджень, з урахуванням об'єктивних засобiв аналiзу проблеми (метод графiв i матричний аналiз) та включенням у цiлi навчання передачi сучасного способу фiзичного мислення, нами визначено в загальних ознаках структуру i змiст ядра класичної та квантової фiзики курсу фiзики системи середньої освiти вiдповiдно до нинiшнього соцiального замовлення. Ядро включає:

а) концепцiю теоретичного узагальнення у вивченнi фiзики та систему його експериментального забезпечення. Вихiднi теоретичнi узагальнення приводять до вичленення фiзичних теорiй, забезпечують зв'язок мiж ними i визначають спiввiдношення класичного та квантового у курсi фiзики. Це є стратегiєю побудови i курсу фiзики в цiлому;

б) вiдображення iдей дискретностi, неперервностi, єдностi, симетрiї, iмовiрностi, принципу iсторизму у вивченні фізики;

в) основними структурними одиницями курсу є фундаментальнi фiзичнi принципи, постулати, аксiоми, експериментальнi узагальнення, якi вiдповiдають сучасному фiзичному способу мислення та дидактичним принципам навчання.

Обраний нами пiдхiд дозволив визначити ключовi психолого-педагогiчнi механiзми становлення методики вивчення взаємозв'язку і співвідношення класичного і квантового як моделей вихiдної заданої ситуацiї i моделей кiнцевої або промiжної мети дiяльностi.

Змiстовне структурно-логічне моделювання роздiлiв курсу фiзики 11 класу в тiй чи iншiй мiрi описується еврiстичними компонентами мислення, в той час як формалiзоване добре вiдтворюється алгоритмiчним. Як еврiстичнi, так i алгоритмiчнi прийоми структурування навчального матерiалу в нашому дослiдженнi є модельними конструктами дiяльностi учасникiв навчально-виховного процесу. Пропонована нами методика вивчення перервного і неперервного, дуалізму і єдності у фiзиці грунтується на гнучкому поєднаннi цього моделювання. Вона дозволяє бiльш раціонально управляти розвитком мислення учнiв, що є складнiшим завданням, нiж управлiння репродуктивним засвоєнням конкретних знань i операцiй.

У дослiдженнi показано, що класична теорiя взаємодiї випромiнювання i речовини є обмеженою моделлю матерiального свiту. Вона достовiрно вiдображає значну частину закономiрностей природи. Для гармонiчного осцилятора всi результати класичної i квантової теорiй, що в дипольному наближеннi можна порiвняти з дослiдом, спiвпадають. Якщо застосування класичної електромагнiтної теорiї не пояснює експериментальнi факти -- це означає, що дослiджуваний об'єкт (атом, молекула) не можна аппроксiмувати гармонiчним осцилятором. Квантовi уявлення формуються в процесi аналiтико-синтетичної дiяльностi учнів, спрямованої на побудову цiлiсної системи змiсту розділу. Ці уявлення виникають на основі мислено-розумових математизованих перетворень мікро- та макропроцесів природи.

Проведений нами аналiз методологiї та методики вивчення оптики, спецiальної теорiї вiдносностi, квантової фiзики показав, що головним нинi є розумiння того факту, що освiтнiм, розвиваючим i свiтоглядним цiлям пiзнання навколишнього свiту вiдповiдають предметнi курси, побудованi на узагальнених, цiлiсних теоретичних основах, якi одержали назву наукової картини свiту.

Поняття “наукова картина свiту” -- система знань про свiт, що грунтується на законах високого рiвня узагальнень i пiдтверджується в своїй основi експериментально або практичним досвiдом. ФКС -- iдеальна модель природи, що включає найзагальнiшi поняття, принципи i гiпотези фiзики i характеризує певнi iсторичнi етапи. Закономiрно, що дане поняття вперше введено в ньютонiвськi часи як “натуральна фiлософiя”. Iсторiя розвитку поняття ФКС має певні етапи розвитку та формування: антична картина свiту; механiчна; електрична, електромагнiтна; сучасна квантово-польова або релятивiстська. Цей розвиток є перервно-неперервним.

Нами проаналізовано 78 методичних посібників і виділено 20 основних структурних елементів конкретних методик вивчення курсу фізики середньої школи. Встановлено, що найбiльш повно питання методики вивчення конкретних питань шкiльного курсу фiзики розкрито у посiбниках вiдомих учених-методистiв О.I.Бугайова, П.О.Знаменського, Л.I.Резникова, I.I.Соколова, С.У.Гончаренка, В.П.Орєхова, А.В.Усової, С.Ю.Каменецького.

Згідно з метою дослідження, навчально-виховний процес ми розглядаємо як перехiд вiд освiтнiх систем iнформативного типу до навчання розвиваючого особистiсть, за структурою і змiстом -- вiд суб'єктивного до критерiйно-стандартного вiдбору навчального матерiалу для курсiв навчальних предметів; за предметом змiсту -- вiд систем предметно-диференцiйованих до онтологiчно-iнтегрованих; за формами органiзацiї навчання -- вiд замкнено-регламентованих до вiдкрито-креативних; за методами навчання -- вiд репродуктивно-монологiчних до продуктивно-полiлогiчних; за формами контролю -- вiд суб'єктивно-статистичного до iндивiдуалiзованого критерiйно-об'єктивного.

У дисертацiї розроблена методика кiлькiсного iнформативного опису змісту і структури тем, роздiлiв посібників та підручників для 11 класу середньої школи з допомогою методiв нелiнiйної математики і запропоновано в основу базового курсу фiзики покласти такi iдеї:

Iдея елементарностi. На кожному етапi розвитку уявлень про матерiю формують моделi структурної одиницi, яку надiляють властивостями неподiльностi, елементарностi. Методологiя елементарностi нами представлено таким чином: фізичне тіло як цілісне утворення, макротiло як сукупнiсть молекул => молекула (найменша частинка речовини) => атом (неподiльне фiзико-хiмiчне утворення) => електрон (елементарна частинка, елементарний заряд) => квант свiтла (елементарна порцiя електромагнiтного випромiнювання) => неподiльнiсть елементарних частинок як носiїв певних властивостей => дискретнiсть фiзичних величин, якi характеризують мiкрочастинки: енергiя, заряд, момент iмпульсу, довжина, час => праматерiя (кварки i лептони) => єднiсть перервностi i неперервностi.

Iдея переходу вiд жорсткого детермiнiзму в описi явищ до iмовiрнiсно-статистичних уявлень й формування в учнiв вiдповiдного стилю мислення.

Iдея збереження, iдея симетрiї, iдея єдностi фiзичної картини свiту, iдея генералiзацiї знань. Нами виявлено, що у курсi фiзики середньої школи iдея генералiзацiї знайшла своє вiдображення в двох напрямках. Перший з них полягає в удосконаленнi засобiв фiксацiї змiсту i органiзацiї вивчення навчального матерiалу без змiни самого змiсту знань -- мiнiмiзацiя навчального матерiалу. Прикладом може слугувати широке використання векторної алгебри, застосування єдиного математичного апарату для опису коливальних процесiв рiзної фiзичної природи, класифiкацiя елементарних частинок. Другий напрямок пов'язаний з перетворенням самого змiсту навчальних знань -- генералiзацiя спрямована на виявлення того змiстовного мiнiмуму, який дозволяє успiшно розв'язати навчально-виховнi завдання у навчаннi фiзики. Генералiзацiя навчальних знань пов'язується з вiдбором фундаментальних одиниць -- стрижневих знань, навколо яких концентрується весь навчальний матерiал.

Виконаний нами iсторико-генетичний аналiз фундаментальних явищ, понять, суджень, дiй, теорiй класичної та квантової фiзики у фiлософських, логiко-психологiчних та iнших дослiдженнях вiдповiдно до змiсту навчання фiзики в середнiх закладах освіти показує перспективнiсть практичного застосування методу теоретичних узагальнень та системного пiдходу. Їх реалiзацiя здійснюється за схемою: створення концепцiї => вiдшукання методiв її експериментальної перевiрки => створення механiзму реалiзацiї => вихiд на створення цiлiсної освiтньої (фiзичної) теорiї => практичне запровадження в структурi змiсту конкретної навчальної дисциплiни => створення вiдповiдної методики вивчення концепцiї.

У третьому роздiлi “Методика формування в учнів системи наскрізних понять квантової фізики, співвідношення класичних і квантових уявлень” розглянуто особливостi формування фiзичних теорiй не як проблеми адаптацiї їх змiсту, а як проблеми вiдшукання таких навчальних конструктiв, якi б забезпечували максимальну кiлькiсть зв'язкiв мiж змiстовними елементами. Ними є фундаментальнi фiзичнi явища, поняття, судження, дiї, теорiї, принципи, якi несуть на собi вiдбиток вiдповiдних теоретичних рiвнiв i можуть бути покладенi в основу вивчення класичних та квантових за змiстом курсiв. Це дало можливiсть пiдвищити теоретичний рiвень змiсту курсу фiзики i формувати в учнiв науково-теоретичний спосiб мислення, який вiдповiдає сучасному рiвню науки фiзики. Внаслідок цього продуктивною стає ідея генералiзацiї i циклiчностi при розв'язаннi конкретних фiзичних завдань. Систематизуючий вплив фундаментальних явищ, понять, суджень, дiй, теорiй в цьому випадку буде не опосередкованим, а безпосереднiм.

Першим узагальнюючим теоретичним принципом, який визначає змiст та структуру шкiльного курсу класичної та квантової фiзики, можна вважати принцип корпускулярно-хвильового дуалiзму, який став постулатом про властивостi квантової форми руху матерiї.

Наступним квантовим принципом є принцип стацiонарних станiв: будь-який мiкрооб'єкт, який знаходиться в обмеженiй частинi простору, в результатi дiї принципу корпускулярно-хвильового дуалiзму може бути лише в особливих -- стацiонарних квантових станах. Для цих станiв характерними є певним чином визначенi значення енергiї i розподiл iмовiрностi. Даний принцип “пронизує” весь навчальний матерiал роздiлу, є тiєю стрижневою iдеєю, яка дозволяє впорядкувати i пояснити емпiричнi факти, що вивчаються в механіці, термодинаміці, електродинаміці, оптицi, атомнiй i ядернiй фiзицi, фiзицi елементарних частинок. З цих позицiй доцiльно розглядати проблему квантування руху електрона в атомi водню.

Третiй принцип визначає iснування жорстких систем спектрiв. Спiввiдношення i зв'язок спектрiв з квантово-фiзичною формою руху складає принципову основу квантової фiзики як наукової дисциплiни. Для реалiзацiї цього положення в школi можна розглянути енергетичнi спектри на трьох структурних рiвнях матерiї: атомному, ядерному i “елементарному”.

Четвертий принцип -- принцип заборони Паулi. Розкриття його в шкiльному курсi квантової фiзики ми пропонуємо здiйснити на основi аналiзу закономiрностей спектрiв багатоелектронних атомiв.

П'ятий принцип -- прояв спiнової структури мiкрооб'єктiв в ансамблi тотожних частинок, який має мiсце не лише в атомнiй, а i в ядернiй фiзицi та фiзицi елементарних частинок.

На основi визначених квантово-механiчних принципiв розглядається в середнiй школi оболонкова модель ядра. Принцип стацiонарних станiв приводить до “ядерної спектроскопiї” (розсiювання швидких протонiв на ядрах iзотопу залiза-58).

Шостий принцип -- кваркова структура адронiв. Це дозволяє розглянути в курсi фiзики середньої школи “спектроскопiю елементарних частинок”.

Визначені принципи та характеристики класичної та квантової форми руху матерiї, визначають основнi знання та їх змiст у шкiльному курсi фiзики.

Унiверсальним способом пiзнання на всiх етапах вивчення фiзики є логiчний перехiд до вiдшукання конструктiв пiзнання, що вiдображають фундаментальнi властивостi природи. Тодi дуалiстичний, спектральний, iмовiрнісний пiдходи до вивчення явищ природи виступають своєрiдною пропедевтикою засвоєння фундаментальних явищ, понять, суджень, дiй, теорiй i в цiлому ФКС. Елементна база фундаментальних явищ, понять, суджень, дiй, теорiй, ФКС i методи системного та структурно-логiчного пiдходiв до органiзацiї процесу засвоєння знань розглядаються як унiверсальнi конструкти пiзнання.

Нами визначенi основнi орiєнтири забезпечення спiввiдношення в методологiї та методицi вивчення класичної та квантової фiзики. Констатуючий експеримент показав, що реальний стан рiвня засвоєння передбачених програмою i новiтнiх (для змiсту середньої освiти) понять (вiдноснiсть, близькодiя, далекодiя, дуалiзм, хвиля де Бройля, квантова механiка, хвильова функцiя, резонансне випромiнювання, спiввiдношення невизначеностi тощо) низький. У той час є домiнуючою традицiйна методика вивчення конкретних явищ, понять, суджень, теорiй. Психологiчнi, психолого-педагогiчнi дослiдження показали обгрунтовану можливiсть, а методологiчний аналiз i необхiднiсть запровадження новiтнiх знань у змiст диференцiйованої системи середньої освiти.

Запропонований нами змiст та пiдхiд: забезпечує знання учнiв про властивостi макро- i мiкрооб'єктiв на основi дуалiстичних iдей; розкриває спiввiдношення мiж законами квантово-релятивiстської та класичної фiзики; надає об'єктивного характеру статистичним закономiрностям та їх зв'язку з динамiчними характеристиками; визначає межi опису фiзичних явищ та процесiв. Планкiвська маса характеризує енергiю mплс2<<1019 ГеВ, при якiй повинен здiйснюватися перехiд до квантового опису зокрема гравiтацiйних взаємодiй. При менших енергiях справедливий класичний опис процесiв гравiтацiйних взаємодiй. Без визначення границь застосування тих чи iнших взаємодiй з наукової точки зору вивчити сучасну картину свiту вкрай важко.

У ходi дослiдження нами розроблена методика вивчення електромагнiтної теорiї на основi рiвнянь Дж.Максвелла, розглянуто еволюцiю поняття випромiнювання, розроблено нове тлумачення шкали випромiнювань, подано спосiб визначення фундаментальних фiзичних констант, визначено основнi поняття квантової фiзики та елементарних частинок.

Високо оцiнюючи дослiдження вчених, якi розробили i забезпечили запровадження в шкiльну практику єдиного пiдходу до вивчення коливань i хвиль рiзної природи, ми прийшли до висновку, що нинi iдею єдиного пiдходу слiд розглядати бiльш широко, на основi наскрiзного пiзнання дуалiстичностi i єдностi явищ природи. Ми вважаємо, що бiльш послiдовно системним є iєрархiчне розумiння рiвневої органiзацiї, яке розглядає iєрархiю не як домiнування та управлiння, а як “коалiцiйне” та “кооперацiйне” взаємосприймання. Така рiвнева органiзацiя у спiввiдношеннi вивчення класичних та квантових уявлень в курсi фiзики середньої школи привела до висновку про запровадження в методику вивчення фiзичних уявлень неперервного, наскрiзного пiдходу в навчаннi на основі визначених 127 фундаментальних явищ, понять, суджень, дій, теорій.

У дисертацiї запропоновано новий пiдхiд до вивчення проблеми спiввiдношення класичного i квантового в шкiльному курсi фiзики, визначено критерiї фiзичної зрiлостi суб'єкта пiзнання: перетворення особистостi в повноцiнний суб'єкт навчальної дiяльностi з оволодiння фiзичними знаннями; досягнення мiнiмуму розвиненостi, визначеного конкретно-iсторичними умовами, якi виокреслюються державним стандартом освiти. Спираючись на диспозицiйну структуру особистостi, зрiлiсть суб'єкта для пiзнання фiзичної реальностi, ми розглядаємо в контекстi наявностi стiйких цiннiсних орiєнтацiй у потоцi сучасної iнформацiї, рiвня активiзацiї розумової дiяльностi, соцiального замовлення тощо. Введенi поняття розглядаються як певна органiзацiя, а остання розумiється як спланована координацiя дiяльностi сукупностi суб'єктiв учіння згiдно нормативних основ в умовах диференцiацiї i прагнення досягнення визначених цiлей.

У четвертому роздiлi “Органiзацiя, методика проведення i результати педагогiчного експерименту” наведено результати констатуючого експерименту, на пiдставi яких зроблено висновки щодо основних недолiкiв у засвоєннi навчального матерiалу з класичної та квантової фiзики, рiвня сформованостi науково-теоретичного мислення учнiв, охарактеризовано показники ефективностi навчання фiзики, на пiдставi яких розкрито особливостi органiзацiї пошукового та формуючого експерименту, проаналiзовано його результати, приведено данi статистичної обробки результатів експерименту.

Констатуючий експеримент проводився у два етапи, кожний з яких визначався поставленими завданнями. На першому етапi констатуючого експерименту (1986-1988 рр.) визначались якiснi та кiлькiснi показники знань учнiв, явищ, понять, суджень, дiй та теорiй, якi забезпечують пiдготовку учнiв до усвідомлення взаємозв'язку та співвідношення класичного і квантового.

Кожен роздiл курсу фiзики 11 класу проаналiзовано з допомогою структурно-логічних схем i матричного та системного аналiзів. Нами складено та проаналізовано 21 структурно-логічну схему. На рис. 3 зображена одна з них -- структурно-логічна схема теми “Будова атома”. Мiж визначеними елементами знань встановлено 568 зв'язкiв.

Другий етап констатуючого експерименту проведено у 1988-1990 роках. Структурно-логічним методом виділено елементи знань, які забезпечують формування взаємозв'язку та співвідношення неперервного та дискретного при вивченні фiзики, що дало змогу розробити методику складання контрольних робiт, запитань для бесiд, тестування з використанням персональних комп'ютерiв та визначити методику аналiзу i оцiнки їх виконання. Контрольнi роботи складались таким чином, щоб за їх наслiдками можна було виявити не лише ступiнь формального засвоєння знання учнями тих чи iнших явищ, фiзичних процесiв, понять, теорiй, а й перевiрити усвiдомлення школярами причинно-наслiдкових зв'язкiв мiж запропонованими елементами знань.

Всього у констатуючому експериментi брало участь 512 учнiв випускних класiв, 224 вчителя фiзики середнiх шкiл i професійних навчальних закладів, 16 викладачiв фiзики середнiх спецiальних навчальних закладiв Кіровоградської, Тернопільської, Дніпропетровської, Черкаської областей та м. Києва. В ходi експерименту виявлено основнi недолiки у структурi навчального матерiалу, якостi знань учнiв і методицi вивчення змiсту квантової фiзики та її пропедевтичних роздiлiв в середнiй школi.

Наслiдки констатуючого експерименту дали змогу визначити подальший хiд нашого дослiдження, визначити завдання та покращити умови проведення формуючого педагогiчного експерименту.

Формуючий експеримент проводився в три етапи.

На першому етапi (1988-1990 роки) апробовано розроблений нами методичний пiдхiд до вивчення класичного та квантового на основi узагальненого теоретичного та емпiричного ступенiв навчання фiзики, вiдпрацьовано окремi складовi запропонованої методичної системи формування фiзичного знання. Експериментом було охоплено 2160 учнiв Кiровоградської, Тернопiльської, Донецької областей та м. Києва.

Обсяг вибiрки визначено за таблицями достатньо великих чисел. Контрольнi роботи проводились в 34 класах 24 шкiл Кiровоградської i Тернопiльської областей та м. Києва. Крiм цього, проведено бесiди та тестування з 412 учнями 26 шкiл Кіровоградської, Миколаївської та Черкаської областей.

У школах, що були включені у вибiрку, було проведено по шiсть послiдовних зрiзiв. Першi чотири зрiзи проводились у письмовій формі, а п'ятий та шостий зрiзи -- у формi проведення бесiд та тестування.

Для оцiнки ефективностi розробленої структури навчального матерiалу, шкільного фiзичного експерименту, методики навчання співвідношення та взаємозв'язку класичної і квантової фiзики визначено експериментальнi (окремо для рiвня А та В) та контрольнi класи. В експериментальних класах вивчення роздiлу проводилось за розробленими нами методичними матеріалами, в контрольних -- за дiючою навчальною програмою з фізики та посiбниками. Цей етап педагогічного експерименту проводився під безпосереднім керівництвом і безпосередньою участю автора.

На другому етапi (1990-1996 рр.) формуючого експерименту в пошуковому режимi вивчено логiчну структуру знань учнiв (визначено, якi зв'язки i вiдношення мiж явищами, поняттями, судженнями, дiями, законами, теорiями встановились у свiдомостi учнiв у процесi навчання), доступнiсть для засвоєння учнями понять роздiлу “Квантова фiзика” та роздiлiв, якi забезпечують пiдготовку учнiв до сприйняття його змiсту. Були сформованi структурні моделi тем курсу фiзики 11 класу. Моделювання розглядалось у поєднаннi з iншими науковими методами пiзнання фiзичного знання стосовно розгляду змiстовних логiко-психологiчних понять. На цьому етапi в експериментi брали участь 850 учнiв шкiл Київської, Миколаївської, Кiровоградської областей та студентiв перших курсiв Кiровоградського та Луганського педуніверситетів.

За наслiдками другого етапу педагогiчного експерименту, пiсля корекцiї визначеної системи явищ, понять, теорiй для вивчення проведено третiй етап формуючого експерименту (1996-2000 рр.). Здiйснено експериментальне вивчення роздiлів шкiльного курсу фiзики випускних класів, вiдповiдно до розроблених автором методичних рекомендацiй, впроваджено методичнi засади формування фiзичного знання як цiлiсної системи. Експеримент проводився на базi шкiл Кiровоградської, Миколаївської, Рiвненської областей та м. Києва. Експериментальним навчанням було охоплено 824 учнi з двадцяти двох шкiл. Порiвняльнi данi наслiдкiв проведеного нами констатуючого експерименту з наслiдками вивчення якостi знань в Українi та за її межами показали стiйку тенденцiю до стабiлiзацiї високого рiвня засвоєння квантової фiзики у 12-20% учнiв.

Середнє значення коефiцiєнта засвоєння елементiв знань учнiв випускних класiв загальноосвiтнiх шкiл становить 20-50%. Значна рiзниця мiж вищими i нижчими рiвнями засвоєння знань (вiд Кз = 5% до Кз = 95%) свiдчить про слабку осмисленiсть, свiдомiсть i структурнiсть знань. Простежується перервний характер в учнiвських знаннях. Традицiйнi посiбники з методики навчання фiзики не повнiстю орiєнтованi на логiку пiзнавальної дiяльностi учнiв та активiзацiю їх розумової дiяльностi, не в достатнiй мiрi сприяють формуванню стiйких причинно-наслiдкових зв'язкiв мiж явищами, поняттями, судженнями, теорiями.

У ході експерименту визначено експериментальнi формуючі класи, де здійснювалась апробація та корекція розробленої нами методики вивчення розділу “Квантова фізика”. В експериментально-дослідницьких класах навчання проводилось після попередньої корекції методичних розробок. Аналогічно підбирались контрольні класи.

Дослідницький експеримент забезпечував запровадження та апробацiю розроблених нами методичних розробок та рекомендацiй з вивчення класичної та квантової фiзики на основi наскрiзних фундаментальних понять i вдосконалення методики вивчення фiзики в середнiй школi. Узагальненi результати педагогiчного експерименту поданi в таблицi 1.

Таблиця 1

Узагальненi данi педагогiчного експерименту

Класи	Кількість учнів	Всього елементів n	Відтворено елементів	Кз=N100%/Nо
Контрольні (формуючі)	402	51054	11589	22,7
Контрольні (дослідницькі)	421	53467	15826	29,6
Експериментальні (формуючі)	384	48768	31016	63,6
Експериментальні (дослідницькі)	824	104648	71369	68,2

Різниця коефiцiєнтiв засвоєння знань дослiдницьких експериментальних i контрольних класiв d = Кзе - Кзк = 38,6%, а формуючих d = 40,1.

Між середнiми коефiцiєнтами засвоєння знань учнiв у експериментальних класах формуючого i дослiдницького експерименту існує незначна різниця, але ці коефіцієнти суттєво відрiзняються вiд вiдповiдного коефiцiєнта, одержаного в констатуючому експериментi. Це свiдчить про те, що обрана методика постiйного коригування змiсту навчання та методика його вивчення є бiльш ефективною. Учнi добре засвоїли узагальненi знання перервних та неперервних явищ випромiнювань та їх закономiрностей на прикладi вивчення шкали механiчних, капiлярно-гравiтацiйних та електромагнiтних хвиль усвiдомили вирiшальну роль у цьому природи збуджувача коливань (вiбратора).

За такого пiдходу, зокрема, якiсть знань теми “Механiчнi коливання та хвилi” у порiвняннi з контрольними класами та констатуючим експериментом зросла майже у два рази. Зростання ролi “якостi вiбратора”, зменшення його ентропiї добре проявляються на прикладi неперервного переходу вiд хвиль, для передачi яких потрiбне середовище, до хвиль, де воно необов'язкове (прояв співвідношення перервного та неперервного).

Грунтовне вивчення основних положень електромагнiтної теорiї дало можливiсть учням описати фізичні процеси, що проходять у коливальному контурi, сформувати фiзичний змiст поняття “струм змiщення”, а вiдповiдно властивості змiнного магнiтного i електричного полів. Такий підхід забезпечив поступовий перехід до вивчення оптичних явищ, де перервність та неперервність проявляється більше. Якiсть знань, понять i закономiрностей з класичної і квантової фізики у контрольних класах співпадає з результатами констатуючого експерименту. Виявлення цього вiдхилення на етапі дослiдницького експерименту дало змогу внести корективи в методику навчання квантово-механічних понять і забезпечити вивчення оптики, будови атома та ядра, елементарних частинок на основi фундаментальних понять дуалiзму, перервностi та неперервностi, єдностi одиничностi i цiлого на рiвнi коефiцiєнта засвоєння 60%. Вивчення понять фотометрiї на основi електромагнiтної та квантової теорiй забезпечило розумiння їх учнями з коефiцiєнтом засвоєння 55-85%. Найбiльших корективiв в переходi вiд формуючого до дослiдницького експерименту зазнала тема СТВ. У констатуючому експериментi середнiй коефiцiєнт якостi знань складав 17,5%, формуючому -- 42%, а дослiдницькому -- 67%.

За результатами формуючого педагогiчного експерименту зробленi висновки:

1. Орiєнтацiя на логiко-гносеологiчну структуру формування навчального матерiалу через оволодіння учнями методами пізнання перервного та неперервного та наскрiзне вивчення в курсi фiзики фундаментальних узагальнюючих понять та теорiй покращує не лише кiлькiснi показники пiзнання змiсту аксiом, принципiв, статистичних пiдходiв, гiпотез, постулатiв, феноменологiчних узагальнень, покладених в основу тiєї чи iншої фундаментальної теорiї, а й озброює школярiв загально-науковими способами дiй.

2. Розширення орiєнтацiї методики навчання учнiв на дослiдження локальних i узагальнених систем, якi мають конкретно-змiстову, суттєво-iєрархiчну структуру, та створення умов по вiдтворенню їх у виглядi знань актуалiзує ефективнiсть засвоєння фiзичного знання учнями загальноосвітніх шкіл, дозволяє переносити це вміння в нові, нестандартні ситуації.

3. У процесі експериментального навчання фізики нами встановлено зміну характеру мотиваційної пізнавальної діяльності школярів. На початку експерименту їх мотивація до навчальної діяльності була зумовлена переважно зовнішніми чинниками наступної життєвої діяльності. На завершальному етапі формуючого експерименту відбулась переорієнтація мотивації навчання в бік внутрішніх чинників. Випускники шкіл мотивацію навчання фізики пов'язували із загальною культурою особистості.

4. Запровадження наскрізного вивчення класичного і квантового у курс фізики загальноосвітньої 12-річної школи дозволяє озброїти учнів методами теоретичного пізнання. Це дозволяє підвищити ефективність засвоєння навчального матеріалу з фізики у порівнянні з немотивованим узагальненням чи підходом на основі чуттєвого пізнання.

Оцiнка результатiв експериментального навчання проводилася на основi поелементного кiлькiсного та якiсного аналiзу результатiв контрольних робiт, виконаних учнями; систематичних спостережень за процесом навчання, бесiд з учителями, студентами, учнями про наслiдки експериментального навчання i доцiльнiсть запропонованої методики; тестування та використання персональних комп'ютерiв при перевiрцi та закрiпленнi знань учнів.

Результати формуючого експерименту показали, що запропонований нами пiдхiд до розв'язання проблеми формування фiзичного знання учнiв на основi навчання наскрізного теоретичного узагальнення співвідношення й взаємозв'язку неперервного і дискретного є ефективним, а запровадженi методичнi шляхи його реалiзацiї в експериментальному навчаннi фiзики дозволяють досягти запланованих результатiв.

На основi результатiв дослiдження доведено, що проблема проектування фiзичної освiти та побудови вiдповiдної методичної системи формування знань учнів у процесi навчання фiзики здiйснюється через iсторико-генетичну реконструкцiю фундаментальних фiзичних теорiй у напрямку їх теоретичного узагальнення та наскрiзного вивчення понять, визначення спiввiдношення класичного та квантового у вивченнi курсу фiзики середньої школи.

Статистична обробка результатів педагогічного експерименту проводилась за методикою, запропонованою П.М.Воловиком. Помилка середньої імовірності правильних відповідей не перевищує 3,1%. Оцінку імовірності достовірності одержаної різниці проведено з допомогою нормального відхилення.

За таблицями Стьюдента визначається iмовiрнiсть достовiрностi одержаної рiзницi iмовiрностей засвоєння знань в експериментальних i контрольних класах. На основi одержаних даних підраховано середньоарифметичне число правильних вiдповiдей Кз, середньоквадратичне вiдхилення s, мода М, коефiцiєнт асиметрiї Аs, критерiй Стьюдента t, таблиця 2.

Таблиця 2

Основнi характеристики статистичних вiдхилень

Класи	Кз		М	Аs	T
Експериментальні	0,682	0,47	78,8%	-0,35	13
Контрольні	0,296	0,414	23,4%	-0,045

Рiзниця у якостi вивчення елементiв знань квантової фiзики у контрольних та експериментальних класах є суттєвою на рiвнi достовiрностi 95%, оскiльки критерiй Стьюдента має значення 13. На якiсть виконання письмових робiт у формуючому та дослiдницькому експериментi випадковi фактори у контрольних та експериментальних класах мало впливали s = 0,47, s = 0,414.

Значення моди в експериментальних класах значно вище, нiж у контрольних, що вказує на вiдповiдну якiсть знань. Крива частот в експериментальних класах у порiвняннi з контрольними має лiвосторонню асиметрiю, що свiдчить про суттєвий позитивний вплив запропонованої методики вивчення роздiлу квантової фiзики.

Рiзниця коефiцiєнтiв засвоєння знань в експериментальних та контрольних класах складає 0,4. До таких тем вiдносяться: електромагнiтнi хвилi, фотометрiя, випромiнювання i спектри, СТВ, будова атома. Для даних тем критерiй Стьюдента коливається вiд 13 до 46.

Якiсть знань з iнших тем знаходиться у межах 5-13 (за критерiєм Стьюдента), що бiльше за 3. Тому можна стверджувати про високу ефективнiсть розробленої нами методики вивчення фiзики на основi навчання наскрізного теоретичного узагальнення співвідношення й взаємозв'язку неперервного і дискретного та надiйнiсть результатiв педагогiчного експерименту. Помилка середньої iмовiрностi правильних вiдповiдей знаходиться у межах 1,7-3,3% i не перевищує прийнятої нами граничної похибки 5%. Рiвень достовiрностi елементiв знань: співвідношення класичного та квантового; фундаментальнi узагальнюючi теорiї (класична механiка, феноменологiчна термодинамiка та електродинамiка, постулативна СТВ, побудована на гiпотезах та принципах квантова фiзика); фундаментальнi поняття наскрiзного пiзнання; загальнонауковi принципи складають 0,988. Цi значення не виходять за прийнятi нами межi помилки.

Педагогiчний експеримент проводився сільських та міських школах різних регіонів України, що не дозволило в однаковiй мiрi вивчати та аналiзувати навчальний процес у всiх експериментальних та контрольних класах. Крiм цього, у кожного вчителя є свої особливостi органiзацiї вивчення кожного фiзичного поняття, явища, свої особливостi відносно логiки навчального процесу, логiки навчального предмета. Проте, педагогiчний експеримент у школах м. Кiровограда, Устинiвського, Компаніївського, Кіровоградського, Знам'янського районів Кiровоградської областi, де керiвництво навчальним процесом здiйснювалося безпосередньо автором, показав такi ж результати, як у тих школах, де навчання проводилось з використанням лише наших методичних рекомендацiй.

Таким чином, проведений педагогiчний експеримент пiдтвердив висунуте нами передбачення ефективності засобiв i шляхiв удосконалення методики вивчення фiзики на основi фундаментальних теорiй, понять, суджень, дій наскрiзного пiзнання спiввiдношення класичного i квантового.

На основi узагальнення результатiв дисертаційного дослiдження зроблено загальнi висновки:

1. Доведена ефективнiсть iсторичного пiдходу до вичленення у розвитку фiзики узагальнених структурно-понятiйних формацiй, природничих революцiй, в рамках яких наукова теорiя виступає у ролi одного iз основних елементiв та основи для вироблення рацiональної методики навчання -- необхiдної з позицiй фiзики як науки, i фiзики як навчальної дисциплiни. Це дало нам змогу розробити метод наскрізного вивчення співвідношення та взаємозв'язку перервного та неперервного у фізиці, в основу якого покладено єдність змістовного і процесуального компонентів навчального пізнання.

2. Установлено, що методологiя сучасної науки не може бути механiчно привнесена у 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 мiждисциплiнарному вивченнi тенденцiй розвитку освiти у загальнонауковому аспектi.

3. Розроблена методика вiдбору з науки фізики змiстовного матерiалу фундаментальних фiзичних явищ, понять, теорiй сучасних фiзичних уявлень про природу з допомогою системного підходу та структурно-логічного і матричного аналiзу.

4. Доведено, що проблема формування знань у процесi навчання фiзики здiйснюється через: вiдбiр та iсторико-генетичну реконструкцiю фундаментальних фiзичних теорiй (класичної механiки, молекулярно-кiнетичної теорiї, електромагнiтної та квантової теорiй) у напрямку їх теоретичного узагальнення; виявлення фундаментальних понять, якi забезпечують послiдовне наскрiзне вивчення сучасного фiзичного змiсту природних явищ, чим забезпечується єдиний пiдхiд до вивчення класичних і квантових явищ; виявлення ступеня спiввiдношення мiж класичним та квантовим у процесi вивчення явищ, понять курсу фiзики.

5. Обгрунтовано структурно-логiчний метод вiдбору, структурування та послiдовностi вивчення навчального матерiалу з фiзики для середньої школи як один з варiантiв визначення критерiїв державного стандарту фiзичної освiти.

6. Розроблено методичний пiдхiд до наскрізного вивчення в курсі фiзики середньої школи ідей, які базуються на усвiдомленому формуваннi в учнів у процесі навчання наукових методiв пiзнання фiзики: моделювання, симетрiї, вiдносностi, вiдповiдностi, аналогiї, iдеалiзацiї, доповнюваностi, обумовленостi, iмовiрностi, системностi, причинностi, подiбностi тощо.

7. Обгрунтовано змiстовi теоретичнi та прикладнi основи оволодiння учнями класичними аксіомами і квантовими iдеями структури природних явищ, iдей аксiоматичного, гiпотетичного, емпiричного та постулативного пiдходiв до побудови складових фундаментальних теорiй, якi забезпечують циклiчнiсть та генералiзацiю навчального процесу.

8. Встановлено, що вивчення фiзичних теорiй у курсi фiзики середньої школи постає не як проблема адаптацiї їх змiсту до стандарту освiти, а як проблема пошуку таких навчальних конструктiв, якi б забезпечували максимальну кiлькiсть зв'язкiв мiж змiстовими елементами. Методом перетину структурно-логічних схем виявлено, що такими елементами є фундаментальнi фiзичнi теорiї, принципи, закони, якi несуть на собi вiдбиток вiдповiдних (вiдносних) теоретичних рiвнiв i можуть бути покладенi в основу вивчення як класичних, так i квантових за змiстом курсiв.

9. Розроблено 97 нових, модернізовано -- 46 та удосконалено 39 дослідів ШФЕ доступних для використання учнями та вчителями в умовах диференційованого навчання.

Надалі дослiдження варто продовжити у таких напрямках:

а) розробка методики структурування навчального матерiалу курсу фiзики для школи на основi фундаментальних узагальнюючих понять, суджень, дій, теорій наскрiзного пiзнання взаємозв'язку та спiввiдношення класичного i квантового;

б) дослідження психологiчних та психолого-педагогiчних проблем формування в учнів фундаментальних узагальнюючих понять, суджень, дій, теорій наскрiзного пiзнання взаємозв'язку та спiввiдношення класичного i квантового;

в) дослідження психологiчних та психолого-педагогiчних проблем використання новiтнiх iнформацiйних технологiй в умовах диференцiацiї навчання;

в) дослідження проблеми вдосконалення державного стандарту середньої освiти на основi переваги об'єктивних чинників та критерiальних пiдходiв до структурування змiсту шкiльної освiти.

ВИТЯГ IЗ СПИСКУ ПУБЛIКАЦIЙ АВТОРА

Монографiї

1. Садовий М.І. Становлення та розвиток фундаментальних ідей дискретності та неперервності у курсі фізики середньої школи. -- Кіровоград: Прінт-Імідж, 2001. -- 396 с.

2. Садовий М.I. Науково-методологiчнi основи шкiльного курсу квантової фiзики. Науково-методичне видання -- Кiровоград: Прiнт-Iмiдж, 1998. -- 318 с.

3. Садовий М.І., Попов І.В. Методика і техніка експерименту з оптики. Посібник для вчителів та студентів педагогічних вузів. -- Кіровоград: Прінт-Імідж, 1998. -- 194 с.

Статті

4. Буров А.Н., Садовый Н.И., Попов И.В. Интерферометр для фронтальных опытов //Физика в школе. -- 1995. -- № 2. -- С. 44-45. (спiвавт.; 0,1 друк. арк.)

5. Попов И.В., Мамонтова Ю.М., Садовый Н.И., Буров А.Н. Качественные экспериментальные задачи по дисперсии света //Физика в школе. -- 1996. -- № 2. -- С. 66-67. (спiвавт.; 0,1 друк. арк.)

6. Садовий М.І. Про одну з проблем експерименту //Фiзика та астрономiя в школi. -- 1997. -- № 2. -- С. 35-36.

7. Садовий М.І. Про систему експериментальної діяльності //Фiзика та астрономiя в школi. -- 1997. -- № 3. -- С. 30-31.

8. Садовий М.I. Експеримент у навчаннi фiзики //Фiзика та астрономiя в школi. -- 1997. -- № 4. -- С. 6-9.

9. Садовий М.I., Бугайов О.I. Про деякi критерiї державного стандарту //Науково-методичний збiрник “Стандарти фiзичної освiти в Українi: технологiчнi аспекти управлiння навчально-пiзнавальною дiяльнiстю”. -- Кам'янець-Подiльський: К-ПДПI, 1997. -- С. 12. (спiвавт.; 0,03 друк. арк.)

10. Садовий М.I. Iнтерференцiя в широких свiтлових пучках // Фiзика та астрономiя в школi. -- 1998. -- № 2. -- С. 28.

11. Садовий М.I., Гавриленко О.М. Шкiльний експеримент -- проблеми пошуку //Новi технологiї навчання: Наук. метод. зб. /Ред. кол.: В.П.Андрущенко (головний редактор), О.I.Ляшенко, А.М.Федяєва та iн. -- К.: IЗМН, 1998. -- Вип. 22. -- С.129-142. (спiвавт.; 0, 6 друк. арк.)

12. Садовой Н.И., Попов И.В., Кондратьева Л.И. Конференция на тему “Научно-технический прогресс и охрана природы” //Физика в школе. -- 1998. -- №3. -- С. 24-25. (спiвавт.; 0,05 друк. арк.).

13. Садовий М.І. Шкала електромагнітних хвиль у курсі фізики середньої школи //Фiзика та астрономiя в школi. -- 1999. -- № 3. -- С. 18-23.

14. Садовий М.І., Костюкевич Д.Я. Про вивчення фундаментальних понять //Збірник науково-методичних праць “Теорія та методика вивчення природничо-математичних і технічних дисциплін” Наукові записки Рівненського державного гуманітарного університету. Випуск 1. -- Рівне: РДГУ, 1999. -- С. 76-78.

15. Гавриленко О.М., Садовий М.І. Про структуру методики навчання учнів //Збірник науково-методичних праць “Теорія та методика вивчення природничо-математичних і технічних дисциплін” Наукові записки Рівненського державного гуманітарного університету. Випуск 1. -- Рівне: РДГУ, 1999. -- С. 78-79.

16. Гавриленко О.М., Садовий М.І. Методологічні проблеми революційних та еволюційних змін у природничо-наукових дослідженнях //Наукові записки. -- Випуск 21. -- Серія: Педагогічні науки. -- Кіровоград: РВЦ КДПУ ім. В.Винниченка, 2000. -- С. 127-130.

17. Садовий М.І. Методологічний аналіз природи пізнання //Наукові записки. -- Випуск 28. -- Серія: Педагогічні науки. -- Кіровоград: РВЦ КДПУ ім. В.Винниченка, 2000. -- С. 126-131.

18. Садовий М.І. Визначення питомої теплоємності металів методом охолодження // Вісник Чернігівського державного педагогічного університету імені Т.Г.Шевченка. Випуск 3. Серія: педагогічні науки: Збірник. -- Чернігів: ЧДПУ, 2000. -- С. 259-263.

19. Садовий М.І. Про основні теоретичні і методичні засади гуманітарного курсу фізики //Збірник наукових праць Кам'янець-Подільського державного педагогічного університету: Серія педагогічна: Дидактики дисциплін природничо-математичної та технологічної освітніх галузей. -- Кам'янець-Подільський: Кам'янець-Подільський державний педагогічний університет, інформаційно-видавничий відділ, 2000. -- Вип. 6. -- С. 102-106.

20. Садовий М.І. Теоретичні та методичні засади концепції гуманітарного курсу фізики //Наукові записки. -- Випуск 32. -- Серія: Педагогічні науки. -- Кіровоград: РВЦ КДПУ ім. В.Винниченка, 2001. -- С. 55-57.

21. Садовий М.І. Засоби реалізації принципу історизму в навчанні фізики //Наукові записки. -- Випуск 34. -- Серія: Педагогічні науки. -- Кіровоград: РВЦ КДПУ ім. В.Винниченка, 2001. -- С. 84-88.

22. Садовий М.І. Про концепцію гуманітарного курсу фізики //Наукові записки. -- Випуск 38. -- Серія: Педагогічні науки. -- Кіровоград: РВЦ КДПУ ім. В.Винниченка, 2001. -- С. 129-137.

23. Садовой Н.И. Как развивать самообразование учащихся //Физика в школе. -- 2001. -- № 6. -- С. 99-100.

24. Садовий М.I Суперечливість у розвитку фізики і техніки //Вісник Чернігівського державного педагогічного університету імені Т.Г.Шевченка. Випуск 9. Серія: Педагогічні науки: Збірник. -- Чернігів: ЧДПУ, 2001. -- № 9. -- С. 14-19.

25. Садовий М.I Методологія і історизм у курсі фізики середньої школи. Збірник наукових праць: Спеціальний випуск /В.Г.Кузь (гол. ред.) та інші. -- К.: Наук., світ, 2001. -- С. 45-51.

26. Садовий М.I. Про фундаментальні фізичні поняття і теорії // Збірник наукових праць Кам'янець-Подільського державного педагогічного університету: Серія педагогічна: Модель середньої фізичної освіти в умовах переходу на 12-річний термін навчання. -- Коломия: ВПТ “ВІК”, 2001. -- Вип. 7. -- С. 66-75.

27. Садовий М.I. Системний аналіз структури методик шкільних навчальних предметів // Наукові записки. -- Випуск 39. -- Серія: Педагогічні науки. -- Кіровоград: РВЦ КДПУ ім. В.Винниченка, 2001. -- С. 178-181.

28. Садовий М.I., Вовкотруб В.П., Мамонтова Ю.М., Попов I.В. Використання газового лазера на уроках фiзики //Пiдвищення ефективностi урокiв фiзики. Зб. статей. /За ред. О.I.Бугайова. -- К.: Рад. шк., 1986. -- С. 37-39. (спiвавт.; 0,04 друк. арк.)

29. Садовый Н.И., Попов И.В. Отзывы о книгах //Народное образование. -- 1987. -- № 5. -- С. 109. (спiвавт.; 0,03 друк. арк.)

30. Попов И.В., Садовый Н.И. Как развивать мышление учащихся //Народное образование. -- 1988. -- № 6 -- С. 95 (спiвавт.; 0,1 друк. арк.)

31. Садовый Н.И., Попов И.В. Отзывы о книгах //Народное образование. -- 1988. -- № 10. -- С. 80. (спiвавт.; 0,07 друк. арк.)

32. Мамонтова Ю.М., Попов I.В., Садовий М.I. Завдання з використанням “чорних ящикiв” пiд час вивчення оптики //Методика викладання математики та фiзики. Респ. наук.-метод. зб. Вип. 6. -- К.: Рад. шк., 1990. -- С. 106-110. (спiвавт.; 0,1 друк. арк.)

33. Садовой Н.И., Попов И.В., Буров А.Н. Опыт к уроку “Рентгеновское излучение” //Физика в школе. -- 1991. -- № 2. -- С. 52. (спiвавт.; 0,01 друк. арк.)

34. Попов И.В., Мамонтова Ю.М., Садовый Н.И., Буров А.Н. Фронтальный эксперимент при изучении интерференции света //Физика в школе. -- 1992. -- № 1 - 2. -- С. 24-25. (спiвавт.; 0,05 друк. арк.)

35. Садовий М.I., Попов I.В. Експериментальне вивчення хiмiчної дiї свiтла //Методика викладання математики та фiзики. Респ. наук.-метод. зб. Вип. 8. -- К.: Рад. шк., 1992. -- С. 113-116. (спiвавт.; 0,1 друк. арк.)

АНОТАЦIЯ

Садовий М.I. Теоретичні та методичні основи становлення та розвитку фундаментальних ідей дискретності та неперервності в курсі фізики загальноосвітньої школи. -- Рукопис.

Дисертацiя у видi рукопису на здобуття вченого ступеня доктора педагогiчних наук зi спецiальностi 13.00.02 -- теорiя i методика навчання (фiзики). -- Нацiональний педагогiчний унiверситет iменi М.П.Драгоманова, Київ, 2001.

В дисертацiйному дослiдженнi дано теоретико-методичне обгрунтування формування в учнiв узагальненого теоретичного мислення.

За допомогою iсторико-генетичного, системного та логiко-методологiчного аналiзу обгрунтована проблема побудови методичної системи, котра забезпечить вивчення фiзики на узагальнених фiзичних теорiях та фундаментальних поняттях. Доведено, що формування сучасного фiзичного мислення в учнiв залежить вiд логiки побудови пiзнавального процесу структури i змiсту навчальних посiбникiв, соцiального замовлення, державного стандарту фiзичної освiти, подолання iсторичної замкнутостi шкiльного курсу фiзики на рiвнi класичних уявлень фiзичної картини свiту, врахування психологiчних, педагогiчних, методологiчних та фiлософських дослiджень.

Ключовi слова: квантова фiзика, загальнонауковi поняття, дискретнiсть, дуалiзм, фiзична картина свiту, фундаментальнi константи, графовий пiдхiд, матричний аналiз, фундаментальнi узагальнюючi теорiї, наскрiзне пiзнання фундаментальних понять, взаємодоповнення класичного та квантового.

АННОТАЦИЯ

Садовой Н.И. Теоретические и методические основы становления и развития фундаментальных идей дискретности и непрерывности в курсе физики общеобразовательной школы. -- Рукопись.

Диссертация в виде рукописи на соискание ученой степени доктора педагогических наук по специальности 13.00.02 -- теория и методика обучения (физике). -- Национальный педагогический университет имени М.П.Драгоманова, Киев, 2001.

В диссертационном исследовании дано теоретическое, методическое и психолого-педагогическое обоснование формирования в учащихся обобщенного теоретического мышления на основании изучения соотношения классического и квантового при изучении физики в средней школе, формирования фундаментальных понятий современной физики на протяжении изучения всего курса. С помощью историко-генетического, системного и логико-методологического анализа обоснована проблема построения методической системы, которая обеспечивает изучение физики на обобщенных физических теориях и фундаментальных понятиях. К таким теориям относятся аксиоматическая классическая механика, феноменологическая молекулярно-кинетическая и электромагнитная теории, квантовая теория, опирающаяся на гипотезы и постулаты. Эти теории позволяют сформировать в учащихся: общенаучные понятия симметрии, моделирования, соответствия, обусловленности, относительности, дискретности, дуализма, вероятности, причинности; понятия “сквозного” изучения сохранения, физической картины мира, фундаментальных констант, дискретности, единства, дуализма, “вибратора” излучения; свойства и закономерности объектов макро- и микромира, понятия динамического, статистического и вероятностного характера.

Рассмотрены методологические проблемы революционных и эволюционных изменений в естественнонаучных исследованиях, их влияние на формирование квантовой физики и методики ее изучения. Проанализировано влияние первой и второй естественнонаучной революции на развитие как физики науки, так и школьного курса физики через исследование концепции парадигм, исследовательских программ, обобщенных базисных теорий, культурологической эпистемологии, социально-культурного контекста. Революционные изменения в системе знаний должны сопровождаться параллельными изменениями в других компонентах познавательной деятельности и наоборот. Сделан вывод, что началом нынешней естественнонаучной революции являются противоречия и парадоксы, которые сложились в физике, и в частности в квантовой физике, возникновение принципиально новых средств и методов изучения этих явлений.

Доказано, что формирование современного физического мышления в учащихся в значительной степени зависит от логики построения познавательного процесса: структуры и содержания учебных пособий, социального заказа уровня знаний выпускников средних школ, государственного стандарта физического образования, преодоления исторической замкнутости школьного курса физики на уровне классических представлений физической картины мира, учета психологических, педагогических, методологических и философских исследований. В работе развивается новое направление исследований в методике изучения физики, в основу которого положен подход, основывающийся на теории графов, матричный, системный и сетевой анализ учебного материала и знаний учащихся. Предложены конструктивные системные и численные методы отбора критериев государственного стандарта знаний. Разработана и внедрена методика формирования в учащихся системы сквозных понятий квантовой физики, соотношения классических и квантовых представлений о макро- и микромире. Разработана методика изучения в курсе физики средней школы электромагнитной теории Дж. Максвелла на основании системы уравнений, определенной в интегральной форме. Предложен новый отличный от традиционного подход изучения шкалы излучений и электромагнитных волн в школе. Он основывается на введении понятия вибратора излучения.

Осуществлен научно-методический анализ классических и квантово-релятивистских представлений фундаментальности физических констант. Предложено в качестве фундаментальных констант использовать в школьном курсе физики универсальную гравитационную постоянную, постоянную тонкой структуры, скорость света, планковский квант действия, элементарный заряд.

В исследовании определена система понятий физики атома, ядра атома, элементарных частиц, оптики, которые составляют основу явлений, физических процессов, суждений, действий, теорий современного курса квантовой физики и современного уровня среднего образования, предложена методика их изучения.

...