Гносеологічні основи комплексного використання віртуального та реального фізичного експерименту в старшій школі

Размещено на http://www.allbest.ru/

Гносеологічні основи комплексного використання віртуального та реального фізичного експерименту в старшій школі

І.В. Сальник

Стандарти фізичної освіти визначають обов'язковий мінімум змісту, яким повинен оволодіти кожен випускник школи. Зміст освіти вимагає ознайомлення учнів з методами пізнання природи. Однією з нерозв'язаних проблем, що пов'язані з реалізацією вимог стандартів фізичної освіти до природничої грамотності випускників, є проблема взаємозв'язків емпі-ричного та теоретичного методів дослідження в процесі пізнавальної діяльності. Розв'язання цієї проблеми пов'язано з удосконаленням методів навчання, зокрема, засвоєння методів пізнання, розвиток вмінь пізнавальної діяльності. Провідна роль в цьому належить навчальному фізичному експерименту, сучасною тенденцією розвитку якого є використання ІКТ. В статті розглядається вплив комплексного запровадження реального навчального фізичного експерименту у поєднанні із засобами інформаційних технологій на формування цілісної системи знань про фізичні об'єкти.

Ключові слова: пізнання, теоретичне знання, емпіричне знання, науковий факт, віртуальне та реальне, навчальний фізичний експеримент, цілісна система знань.

Постановка проблеми. Фізиці належить вирішальна роль у формуванні наукового світогляду та природничо- наукової картини світу. Однією із найважливіших складових шкільного курсу фізики є система знань, тобто сукупність фактів та методів їх встановлення, що дозволяють обґрунту-вати основні положення теорій, що вивчаються.

Дидактичні функції більшості занять з фізики націлені на реалізацію теоретико-понятійного компоненту навчання й не орієнтовані на організацію цілеспрямованої експери-ментальної діяльності учнів, на процес індивідуальної само- реалізації їх творчого потенціалу. Особливо гостро стоїть ця проблема в старшій школі, оскільки психолого-педагогічні особливості розвитку учнів цього віку передбачають опану-вання фізичного матеріалу на теоретичному рівні пізнання.

З іншого боку, інтенсивний розвиток та розширен-ня можливостей інформаційно-комунікаційних технологій сприяло їх включенню в склад навчально-методичних засо-бів та актуалізувало їх запровадження в системі навчального фізичного експерименту. Тенденція витіснення реального експерименту віртуальним визначає актуальність теоретич-ного обґрунтування та практичної реалізації нової моделі © Сальник І. В., 2015 системи навчального експерименту, що ґрунтується на комп-лексному, взаємопов'язаному та взаємообумовленому вико-ристанні цих двох складових - віртуальної та реальної. пізнавальний навчальний фізичний експеримент

Поєднання віртуального та реального в системі нав-чального фізичного експерименту передбачає таку органі-зацію експериментальної діяльності, за якої дані види екс-перименту будуть доповнювати один одного, а їх взаємодія викличе появу нових, інтегративних, синергетичних ефектів в організації пізнавальної діяльності учнів.

Вікові особливості учнів старшого шкільного віку до-сить широко вивчені та описані в науковій літературі. Згідно досліджень педагогів та психологів у старшому шкільному віці формується абстрактно-логічне мислення (на відміну від основної школи, де переважає наочно-образне, конкрет-не мислення, далеке від абстракції), вони прагнуть до по-рівнянь, до глибших теоретичних узагальнень. В цьому віці зароджується необхідність розуміння діалектичної сутності явищ, що вивчаються, їх суперечливості, а також виявлення тих взаємозв'язків, які існують між кількісними та якісни-ми змінами. Учні старшої школи виявляють зацікавленість до розв'язання теоретичних проблем, до методів науково- го дослідження, до самостійної пошукової діяльності по розв'язанню складних завдань.

Відповідно, якщо в основній школі вивчення фізичних явищ та процесів відбувається з опорою на емпіричну базу з наступним індуктивним узагальненням, то в старшій школі переважати повинен дедуктивний спосіб формування еле-ментів системи знань В цьому випадку учні оволодівають змістом фізичних понять на теоретичному рівні, з наступ-ною конкретизацією та підтвердженням змісту отриманих знань на основі експерименту.

Саме єдність чуттєвого з логічним, конкретного з аб-страктним допомагає розкрити істину, точніше відобразити реальні зв'язки в природі. Здійснити експериментальне дослі-дження можна тільки на теоретичній основі, у зв'язку з чим експеримент треба розглядати як єдність теорії і практики, що веде до глибокого розкриття сутності фізичних явищ.

Як зазначає в своєму дослідженні Р.В. Майєр [2], принцип достатньої підстави, висунутий ще Аристотелем, вимагає експериментального підтвердження будь-якого на-укового твердження. Лише тоді воно може вважатися істин-ним, коли це твердження науково обґрунтоване емпірично. Розповсюдження даного принципу на процес навчання, пе-редбачає експериментальне обґрунтування основних ідей шкільного курсу фізики, що сприяє формуванню наукового світогляду, доказовості мислення школярів, впевненості в іс-тинності набутих знань.

Аналіз останніх досліджень. Наше дослідження ґрун-тується на ідеях таких відомих вчених як П.С. Атаманчук, О.І. Бугайов, С.П. Величко, С.У Гончаренко, Ю.І. Дік, А.В. Касперський, Є.В. Коршак, О.І. Ляшенко, М.Т. Марти- нюк, О.В. Сергєєв, М.І. Шут та ін., які фактично визначили зміст сучасного шкільного курсу фізики та методику його викладання. Аналіз їх робіт, а також наукових праць вчених, що займаються питаннями теорії та методики навчального фізичного експерименту дозволяє констатувати неперервний розвиток методики експериментального вивчення фізичних явищ та розробку й вдосконалення усієї системи навчально-го фізичного експерименту [3]. В той же час ми вимушені констатувати відсутність системного дослідження процесу формування цілісної системи знань учнів старшої школи на основі сучасного навчального фізичного експерименту, що ґрунтується на зв'язках реальної та віртуальної складових та його впливу на весь процес пізнавальної діяльності учнів.

На нашу думку, взаємопов'язане запровадження в сис-темі навчального фізичного експерименту старшої школи віртуального та реального має певні потенційні можливості, реалізація яких сприяє підвищенню ефективності засвоєння системи знань. Серед найважливіших нами виділяється роз-виток гносеологічної складової такого підходу, що дозволить організувати пізнавальну та навчально-дослідницьку діяль-ність учнів як на емпіричному, так і на теоретичному рівні.

Отже, метою нашого дослідження є виявлення змін, які відбуваються в процесі пізнання учнів внаслідок комп-лексного запровадження віртуального та реального в системі навчального фізичного експерименту старшої школи. В про-цесі дослідження нами були використані методи системно-структурного аналізу та синергетичний підхід до процесу навчання фізики старшої школи.

Виклад основного матеріалу. Як відомо, теорія та екс-перимент - дві сторони єдиного процесу пізнання, зв'язок між якими має діалектичний характер. Теорія розробляється для пояснення експериментальних результатів й для перед-бачення нових явищ. Але будь-яка теорія дає певною мірою обмежені й наближені знання. По-перше, теорія описує іде-алізовані об'єкти, які лише за певних умов наближаються до реальних. По-друге, будь-яка теорія має межі застосування, вимагає додержання певних умов, що також є ідеалізацією. Критерієм істинності одержаних знань і важливим факто-ром перевірки наслідків, що випливають із теорії, є експе-римент. Але він не дає пояснень фактам, не розкриває суті явищ. Пізнати їх суть можна лише у процесі теоретичної ді-яльності. Отже, теорія і практика єдині: розвиток практики неможливий без теорії і навпаки.

В шкільному курсі фізики може бути виділено три скла-дові: емпірична, теоретична та практична. Найважливішою умовою формування у учнів системи фізичних знань є взаємопов'язане оволодіння емпіричною, теоретичною та практичною складовими курсу фізики.

З метою встановлення взаємозв'язків віртуального та реального в системі навчального фізичного експерименту розглянемо детальніше особливості формування системи знань на теоретичному та емпіричному рівнях вивчення нав-чального матеріалу учнями старшої профільної школи.

Методичні особливості формування системи фізичних знань в учнів викликані закономірностями пізнавальної ді-яльності, а також специфічними рисами теоретичного й емпіричного мислення учнів в процесі вивчення шкільного курсу фізики. О.І.Ляшенко в своєму дослідженні зазначає, що проблеми взаємовідносин теоретичного й емпіричного в пізнанні слід розглядати ширше, ніж співвідношення рів-нів пізнання, а саме: як взаємозумовленість емпіричного й теоретичного знання; як проблему взаємовідносин рівнів пізнання;як історичну наступність стадій наукового пізнан-ня, поступовий перехід від емпірії до теорії; як специфічні форми пізнавальної діяльності та проблеми розвитку експе-риментальних та теоретичних методів пізнання. Одночасно, науковець доводить, що зміст і методи шкільного курсу фізики загалом зорієнтовані на логічну схему емпіричного мислення: початкове ознайомлення з об'єктом - поєднання нових знань із засвоєними раніше - систематизація, закрі-плення та узагальнення знань - систематизація комплексу знань, що применшує роль теоретичного знання в навчанні [1]. На нашу думку, оскільки фізика відноситься до емпі-ричних наук, основою формування системи знань з фізики в школі повинен бути емпіричний метод з опорою на теоре-тичні знання учнів. Виходячи з цього, вважаємо за потрібне детальніше розглянути особливості формування системи емпіричних знань з фізики в старшій школі.

В основі процесу формування емпіричних знань ле-жить навчання учнів емпіричним законам та фактам, форму-вання умінь аналізувати результати дослідів, висувати гіпо-тези та здійснювати їх експериментальну перевірку.

Вивчення об' єкту або явища природи може здійсню-ватися безпосередньо через виконання експериментальної діяльності або шляхом розумових дій внаслідок вивчення результатів досліджень вчених, опрацювання літератури, викладення матеріалу вчителем і т.д. Відповідно, можна ви-ділити шляхи набуття емпіричних знань учнями через не-свідоме спостереження (повсякденне знання), свідоме спо-стереження або виконання експерименту.

Зрозуміло, що в процесі формування системи знань на учня впливає не лише вчитель та система експерименту, а й те середовище, в якому відбувається процес навчання. Вплив середовища визначає вибір методів, засобів, техноло-гій, які обирає вчитель та приймає учень. Сучасне навчаль-не середовище ми визначили як віртуально орієнтоване [3, с.40]. Отже, однією з найважливіших складових цього середовища є інформаційно-комунікаційні технології та засо-би віртуальної реальності.

Однією із складових емпіричного знання є наукові факти, до яких відносяться фундаментальні факти (об'єкти, явища, поняття, фізичні величини та зв'язки між ними, за-кони, фундаментальні константи і т.д.), а також факти при-кладного змісту (створення штучних матеріалів, нових при-ладів та пристроїв, розробка нових методів дослідження та технологічних процесів та ін.). Усі наукові факти, що вивча-ються в школі Р.В. Майєр поділив на три групи: ті, що мож-на експериментально встановити в повсякденному житті; ті, що можуть бути встановлені експериментально на уроці та ті, які не можна встановити експериментально в умовах школи [2]. Учень в процесі пізнання повинен оволодіти яко-мога більшою кількістю фактів з метою формування його мислення на більш високому науковому рівні: здійснити пе-рехід до практичного й навіть філософського рівня пізнання, коли людина здатна використовувати набуті знання в своїй практичній, професійній діяльності та навіть усвідомлювати методологію процесу пізнання взагалі.

Відповідно, в процесі шкільного експериментування доцільно запроваджувати такі засоби, які сприяли б акти-візації процесу пізнавальної діяльності учнів, успішному засвоєнню усієї суми знань та сучасних наукових фактів, оволодінню методами наукового пізнання. Серед таких су-часних засобів ми виділяємо ІКТ.

Виходячи з означеного, можна стверджувати наявність взаємозв'язку між віртуальним та реальним навчальним фі-зичним експериментом як засобу поєднання у процесі нав-чання фізики учнів старшої школи теоретичного та емпірич-ного методів пізнання.

У своєму дисертаційному дослідженні О.І. Ляшенко дає концептуальне обґрунтування методичної системи фор-мування фізичного знання, в основу якої покладено взаємо-зв'язок емпіричного та теоретичного в навчанні фізики й с формульовано методичні поради щодо технології формуван-ня фізичного знання на теоретичному рівні. Наголошується, що спостереження не повинно завершуватися збором емпі-ричних даних, а повинно передбачати пізнавальну актив-ність учнів. Важливу роль у цьому має відіграти процедура теоретичного осмислення учнями безпосередньо сприйня-того чуттєвого матеріалу з позицій існуючого теоретично-го знання. Адже органам чуття доступне зовнішнє явище, а внутрішнє, сутність осягається мисленням [1].

Внутрішню сутність явищ та процесів дозволяє роз-крити віртуальний експеримент, що ґрунтується на викорис-танні комп' ютерного моделювання.

Характерними рисами емпіричного пізнання є те, що об' єкт або явище вивчається переважно з огляду на його зовнішні зв'язки та прояви, що доступні для спостережен-ня та певним чином виражають внутрішні його властивості. Отримання фактів, їх попереднє усвідомлення, опис експе-риментальних даних, їх систематизація, класифікація - ха-рактерні ознаки емпіричного пізнання, з яким зустрічається учень у ході пізнавальної діяльності.

На відміну від емпіричного теоретичне пізнання ха-рактеризується спрямованістю на себе, тобто дослідженням самого процесу пізнання. На основі теоретичного пізнання здійснюється обґрунтування та передбачення нових законо-мірностей, формування методології наукового пізнання, що може прискорити розвиток знань та світогляду учнів.

В процесі вивчення фізичних теорій учні впевнюються, що емпіричний та теоретичний рівні пізнання відмінні. Але в реальній дійсності ці два рівні пізнання завжди взаємоді-ють. Тому, з метою формування цілісної системи наукових знань, що мають одночасно прикладний характер, необхідно запроваджувати їх взаємодію та показувати взаємозв' язок.

Якщо повернутися до системи наукових знань, що ви-вчаються в шкільному курсі фізики, то наш аналіз показав, що в старшій школі на відміну від основної де переважає по-всякденне знання (53,6%) та реальний експеримент (41,6%), лише 22% знань відносяться до повсякденного знання, 49,7% - факти, що підтверджуються експериментально на уроці завдяки реальному експерименту, 28,3% - факти, які

Отже, старша школа вимагає поєднання різних видів експерименту - віртуального та реального.

Такий висновок підтверджує також аналіз змісту шкіль-ного курсу фізики на предмет розподілу різного типу науко-вих фактів за темами. Такий аналіз дозволяє стверджувати, що факти, які можуть бути встановленні в повсякденному житті переважають в процесі вивчення механіки. Переважна більшість явищ, процесів, законів та закономірностей, що можуть бути експериментально встановленні в умовах шко-ли вивчається в електродинаміці.

Основну частину системи знань квантової фізики скла-дають наукові теорії та факти, що не можуть бути встанов-лені експериментально в умовах школи. Більш того, є окре-мі теми шкільного курсу фізики, в яких практично зовсім відсутній емпіричний матеріал (загальні відомості про рух, елементи теорії відносності).

Протягом всього курсу фізики кількість фундаменталь-них знань більша за кількість матеріалу прикладного змісту.

Можна констатувати той факт, що по мірі розвитку науки та розширення системи фізичних знань, що вивчається в школі, буде зростати доля наукових фактів саме третьої групи.

Отже можна констатувати, що частина питань шкіль-ного курсу фізики вивчається суто емпірично, а частина - суто теоретично. Для формування цілісної системи знань необхідно надати учневі можливість не лише отримати пев-ні знання про явища, процеси, закономірності, а й створити умови для оволодіння методами їх вивчення, а також сфор-мувати вміння використовувати їх для обґрунтування теоре-тичних положень. Найважливішою умовою системності фі-зичних знань є наявність в свідомості учнів стійких зв'язків між науковими фактами та теоретичними положеннями, тобто експериментом та теорією. Подолати розрив, що іс-нує між знаннями, отриманими різними методами, показати зв'язок між теоретичним та експериментальним дозволить поєднання в системі навчального фізичного експерименту, як основи вивчення шкільного курсу фізики, віртуального та реального. Таке поєднання цілком відповідає дидактичному принципу зв'язку емпіричних знань з теоретичними.

Як було нами зазначено, емпіричне знання не може повністю пояснити закони виникнення, функціонування та розвитку об'єкту, не розкриває причинно-наслідкові зв'язки та внутрішній його зміст. Теоретичне ж узагальнення нама-гається зсередини з'ясувати суть, зрозуміти інформацію, що недоступна емпіричному пізнанню. Це можна зробити й у системі навчального експерименту за допомогою викорис-тання віртуальних моделей фізичних об'єктів, які дозволя-ють розкрити внутрішню суть явищ та процесів.

Для того, щоб теоретичний образ сформувався у мис-ленні учнів, необхідно синтезувати два основних рівня пси-хічного відображення людиною об'єктивної реальності - чуттєво-предметний та понятійно-знаковий. Віртуальний експеримент може виконати функцію сполучної ланки між понятійним та образним мисленням, забезпечивши успіш-ний перехід від емпіричного до теоретичного в процесі піз-нання й навпаки. Отже, взаємопов'язане запровадження в системі навчального фізичного експерименту старшої школи віртуального та реального дозволить встановити гносеоло-гічні зв'язки між рівнями пізнання в системі знань, створити умови їх цілісного сприйняття та перетворення в переконан-ня, перевести процес пізнання на більш високий рівень.

Проведений нами аналіз особливостей та характерних властивостей запровадження реального та віртуального фі-зичного експерименту в умовах сучасного навчального сере-довища старшої профільної школи [3] дозволив нам виділити ті чинники, які забезпечують їх взаємозв'язок та взаємодо- повнення у формуванні емпіричних та теоретичних знань як цілісної системи. Такі зв'язки показані нами на рис. 3.

Висновки. Отже, проведене нами дослідження дозволяє говорити про багатоплановість впливів взаємопов' язаного за-провадження віртуального та реального в системі фізичного експерименту на навчально-виховний процес старшої школи. Визначені вище закономірні зв'язки стають визначальними в організації пізнавальної діяльності учнів з фізики в старшій школі, оскільки змінюють внутрішню структуру усіх складо-вих навчального процесу. Отримані висновки будуть врахо-вані в процесі побудови нової моделі системи навчального фізичного експерименту старшої школи.

Список використаних джерел

1. Ляшенко О.І. Взаємозв'язок теоретичного та емпіричного у навчанні фізики : дис. ... д-ра пед. наук : 13.00.04; 13.00.02 /

O. І. Ляшенко ; АПН України. - К., 1996. - 442 с.

2. Майер Р.В. Проблема формирования системы эмпирических знаний по физике : автореф. дисс. ... докт. пед. наук : спец. 13.00.02 “Теория и методика обучения физике” /

P. В. Майер. - СПб., 1999. - 42 с.

3. Сальник І.В. Віртуальне та реальне у навчальному фізично-му експерименті старшої школи: теоретичні основи : [моно-графія] / І.В. Сальник. - Кіровоград : ФО-П Александрова М.В., 2015. - 324 с.

Размещено на Allbest.ru