Фізика як основа для формування світогляду і компетентності майбутнього фахівця фізико-технологічного профілю

Размещено на http://www.allbest.ru/

Фізика як основа для формування світогляду і компетентності майбутнього фахівця фізико-технологічного профілю

Б. А. Сусь¹, Б. Б. Сусь²

Показано, що фізика як наука є основою для формування світогляду і компетентності майбутніх фахівців фізико- технологічного профілю. Тому студенти у вищій школі повинні брати участь у наукових дослідженнях, обговорювати фун-даментальні світоглядні проблемні питання, бо тільки таким шляхом вони крім знань можуть набути умінь використовувати знання в подальшій фаховій діяльності, що є необхідною умовою становлення компетентного фахівця.

Ключові слова. формування світогляду, проблемні питання фізики, компетентність, науково-дослідна робота, хвильо-вий і корпускулярний підходи, двоїстість. фізика наука студент школа

Вступ. Ми знаходимося у нескінченному Всесвіті, який перебуває у безперервному русі. Це нежива природа, яка є предметом вивчення для фізики. У неживій природі виникло живе і йде безперервний процес його розвитку і проникнення в сфери неживої матерії. Люди як окремі індивіди і як члени спільноти також невпинно прагнуть до розвитку. Існує колективна свідомість, яка спонукає до роз-витку в усі історичні часи. Значного розвитку людство набу- 52 ло за останнє століття. Нині фактично кожна людина має мо-більний телефон, радіо, телевізор, звичним і необхідним став комп'ютер. Побували на Місяці, досягнули інших планет. Сто років тому про таке не було підстав навіть думати - це була область фантастики. А тепер погляньмо на дуже далеку перспективу. Сонце і Земля існують десь біля 4,5 мільярдів років. Тут зародилося життя. Але ще через 4 мільярди років на Сонці завершаться термоядерні процеси, воно перетвориться на так званого «червоного гіганта», розшириться і Земля стане непридатною для життя. Звичайно, для окремої людини це щось дуже й дуже далеке від потреб кожного дня, бо їй потрібно просто жити і вона перейнята життєвими про-блемами. Але існує колективний розум, можливо у вигляді інстинкту, який спрямовує розвиток людства. Якщо Земля - наша, своя, близька, то навкруги неосяжний космос, який є чужим і жорстоким. І в тому далекому майбутньому людям ніхто не допоможе, тому вони самі собі мають дати раду. А для цього мусимо розвиватися. Важко навіть уявити якого розвитку людство досягне в майбутньому, але воно повинно створити системи, придатні для життя не однієї людини, а для багатьох поколінь, і таким чином добратися до планет інших зірок, щоб продовжити життя. Зрозуміло, що без роз-витку науки цього не відбудеться. Звичайно, розвиток по-винен бути всебічним і всі науки будуть важливі. Але без розв'язання фізичних проблем, не буде про що й думати. Бо йдеться про глибоке знання природи, а це справа фізики як науки про природу. Отже фізика - найважливіша з наук для майбутнього. Вона є фундаментальною світоглядною на-укою. Але фізика стала також основою для багатьох інших спеціальних наук. Тому майбутні фахівці в області фізики повинні розуміти значення фізики як науки для майбутньо-го, що у фізики як науки існує багато проблем і ці проблеми треба розуміти і розв' язувати. І цьому треба вчитись.

Постановка проблеми. У фізиці, як і в інших науках, досить часто наукові результати представляються догма-тично, як констатація фактів, як твердження без належного розкриття їх фізичного змісту. Однак формування студента як компетентного майбутнього фахівця вимагає фундамен- талізації знань, що неможливо без проникнення в суть того чи іншого явища. Дієвим засобом активізації процесу нав-чання у формуванні світогляду і компетентності майбут-нього фахівця можуть стати реальні проблемні питання дисципліни, зокрема й традиційні. У фізиці таких питань багато і вони можуть і повинні бути предметом обговорення в студентському середовищі. Треба зазначити, що тради-ційні проблемні питання у навчальній літературі розгля-даються, але парадокс у тому, що не звертається увага на їх проблемність. Отже проблемність як методичний аспект у навчальному процесі не використовується, тоді як розгляд навчальних питань з точки зору їх проблемності сприяє за-цікавленню студента навчальним питанням, виникненню ат-мосфери пошуку і активізації навчального процесу і таким чином створює умови для формування світогляду і компе-тентності майбутнього фахівця, зокрема вчителя фізики.

Розгляд проблеми. Проблемних питань, в тому числі традиційних фундаментальних і світоглядних, у фізиці багато. Розглянемо деякі з них. Наприклад, учням, а потім студентам розповідається, що в природі існують додатні і від'ємні заря-ди, які взаємодіють між собою, вивчається закон Кулона для точкових зарядів. Але при цьому ніде не звертається увага, що невідомо, що ж таке заряди? Це особливий вид матерії? Чи це, можливо, вияв форми руху матерії? Не звертається увага на те, що заряд не виявлений як окрема субстанція, додатні і від'ємні заряди не відокремлені від речовини, а завжди з ре-човиною. Негативний заряд існує тільки разом з електроном, а позитивний - разом з протоном, які є елементарними порці-ями речовини. Тому виникає питання: а може «заряд» - це не щось «віртуальне», а певний вид речовини? Заряди створю-ють навколо себе «електричне поле», завдяки якому відбува-ється їх взаємодія. А що таке «поле»? Це вид матерії? Чи фор-ма руху? Це якісь ще невідомі частинки чи може деформація середовища? Якого середовища? Ефіру? Вакууму? Фізичного вакууму? Виходить, що існує таке «щось», яке створює інше «щось»... Як бачимо, такі питання не просто фізичні, а пи-тання світоглядні. І не можна не помічати цих питань, а треба звертати на їх проблемність увагу.

Або інший приклад - електромагнітна хвиля. Це теж «поле» - так зване електромагнітне поле. Електромагнітне поле, до якого належить і світло, має двоїсту природу, бо воно, що беззаперечно доведено, є і частинками і хвилею. Бути ж одночасно частинкою і хвилею - явище суперечливе.

Так розуміли сто років тому. А як вважають нині? В навчаль-ній літературі про це не говориться. Просто доводиться, що світло - це хвилі. І окремо доводиться, що світло - частинки. Тобто світло - це хвиля і частинки одночасно. При цьому навіть часто відзначається особливість науки фізики, яка поєднує такі незвичайні суперечливі властивості природи. Можемо навести приклад такого особливого некритичного підходу. Ось як бачить проблемне питання фізики автор су-часного шкільного підручника [1, с.167]:

Як бачимо, про те, що ці два твердження суперечли-ві, не говориться. А навпаки - суперечність відкидається. Тут доречно навести думку Ейнштейна щодо питання двоїс-тості [2]:

«Що таке світло - хвиля чи ливень світлових корпус-кул?... Схоже, що нема ніяких шансів послідовно описати світ-лові явища, вибравши тільки яку-небудь одну з двох можливих теорій. Стан такий, що ми повинні застосовувати іноді одну теорію, а іноді другу, а час від часу одну й другу. Ми зіткнулися з трудністю нового типу. Маємо дві протилежні картини ре-альності, але ні одна з теорій окремо не пояснює всіх світлових явищ, тоді як сумісно вони їх пояснюють».

Ейнштейн бачив суперечність хвильового і корпуску-лярного уявлень про світло, просто в його час ще не були виявлені причини такої суперечності. І дійсно, хвильовий підхід при поясненні природи світла суперечить корпуску-лярному підходу. Покажемо це на прикладі.

З хвильової точки зору світло - це хвилі, тому згідно з принципом Гюйгенса кожна точка хвильової поверхні dS є дже-релом нових хвиль. Отже, від точки dS, куди дійшли коливання, світло може потрапити в точку спостереження К (рис. 2 а).

ходи знаходяться в суперечності. А це означає, що якийсь з підходів неправильний. Таким неправильним є хвильовий підхід, оскільки гіпотетичного середовища «ефіру» для по-ширення електромагнітних хвиль, за сучасними уявлення-ми, не існує. На таку проблему звертає увагу Г Лінднер [3]:

«Хвильовій теорії не вистачає вирішальної ланки: но-сія, чи середовища, в якому поширюються світлові хвилі - про нього теорія замовчує! Це головне питання в теорії світла старанно обминається, на нього накладене «табу»».

Справжня проблема двоїстості в тому, що традиційно фі-зика розглядає лише один тип хвиль, обумовлених коливанням середовища, в якому поширюються хвилі. Насправді ж існує принципово інша природа хвиль - хвилі без середовища. Це хвилі частинок, які летять і при цьому ще внутрішньо коли-ваються. Моделлю таких хвиль може бути політ зграї птахів, які переміщуються поступально і ще махають крилами. Або марш колони солдатів, де кожен солдат (частинка) періодично рухає ногами і таке переміщення коливань у просторі можна розглядати як хвильовий процес. Аналогічно відбувається по-ширення світла як коливання фотонів і їх переміщення у про-сторі. Більше того, фотони, у відповідності із залежністю між масою і енергією: W = c ²пг, перебувають у коливальному про-цесі типу: енергія-маса-енергія-маса- ... [4].

А такі електромагнітні хвилі як радіохвилі - це теж хвилі і частинки? В жодній книжці з радіотехніки (та й з фі-зики також) не сказано, що радіохвилі - це частинки. А від цього залежить спосіб думання і можливі інші уявлення.

Або ще приклад: така важлива наука як квантова ме-ханіка ґрунтується на понятті хвиль де Бройля. Хвиля де Бройля - це частинка, яка рухається зі сталою швидкістю. А де ж коливання, коли частинка рухається зі сталою швид-кістю? Яка природа коливань у хвилі де Бройля? Хвиля - це ж коливний процес, який поширюється в просторі! В даному випадку також повинні існувати коливання типу енергія- маса-енергія-маса..., які виникають в результаті зростання маси при прискоренні частинки [4, с.107].

Виникає питання: як бути викладачеві, який про тра-диційні проблемні питання розповідає студентам? Подавати матеріал як догму чи звертати увагу на проблему? А як бути студентові? Також ставитись до навчання догматично, «за-зубрюючи» матеріал, чи сприймати його як проблему?

На своєму досвіді ми переконалися, що проблемних пи-тань не слід замовчувати, а навпаки - треба звертати на них ува-гу. Студенти реагують на проблемні питання, зацікавлюються ними, беруть участь в обговоренні, з великим інтересом висту-пають на семінарах і конференціях. З року в рік у нас студенти, зацікавившись науковими проблемами ще на першому курсі, продовжують це робити й на старших курсах, вже закінчивши вивчення фізики. З участю студентів розроблений електронний варіант навчального посібника «Сучасний погляд на традицій-ні проблемні питання фізики» [4].

Наведемо деякі приклади традиційних проблемних фундаментальних питань фізики світоглядного характеру, на які в сучасній науковій і навчальній літературі нема від-повіді і які обговорюються нами в процесі вивчення фізики:

1. За сучасними уявленнями в основі світу є субстанція, яку ми називаємо матерією. Матерія перебуває у двох видах - речовини і поля. Речовина - це добре відомі для нас тіла - вода, камінь, пісок, космічні тіла - Місяць, зорі. І ще важливо, що матерія перебуває в нескінченному русі. Проблемне питан-ня: чи є така форма руху як взаємний неперервний перехід матерії з одного виду в інший? Тобто, з речовини в «поле» і з «поля» - в речовину? Чи треба вивчати такий рух?

2. Інший вид матерії - поле. Ми знаємо електричне, магнітне, електромагнітне, гравітаційне поля. Електро-магнітні поля - це так звані електромагнітні хвилі - світло, радіохвилі, гамма-випромінювання. Електромагнітне поле, зокрема світло, має двоїсту природу - це хвилі і частинки водночас. Але хвилі - явище просторове. а частинка - лока-лізована. І це в один і той самий час. Як так може бути?

3. Інша проблема: якщо світло - хвилі, то в якому се-редовищі вони поширюються? В «ефірі»? Якщо світло - частинки, то де тут коливний процес?

4. Відомо, що електромагнітна хвиля - це коливан-ня електричного і магнітного полів, які мають енергію. Проблемне питання: у що перетворюється енергія елек-тромагнітної хвилі в процесі коливань ?

5. Електричне поле створюються зарядами. А що таке заряд? Це вид матерії чи прояв руху матерії?

6. Чому дифракція розглядається тільки з точки зору хвильового підходу? Чому розгляд дифракції з корпус-кулярної точки зору знаходиться в суперечності з хвильо-вим підходом?

7. Рівномірний рух частинки у квантовій механіці роз-глядається як хвиля де Бройля. Де у хвилі де Бройля колив-ний процес? Що коливається?

8. Ми знаємо два види взаємодії між тілами - через середовище і через обмін частинками. Обидва види дають відштовхування. А який механізм гравітаційного притя-гування?

Висновки. Фізика як наука є основою для формуван-ня світогляду і компетентності майбутніх фахівців фізико- технологічного профілю, тому студенти у вищій школі по-винні брати участь у наукових дослідженнях, обговорювати фундаментальні світоглядні проблемні питання, бо тільки таким шляхом вони крім знань можуть набути умінь вико-ристовувати знання в подальшій фаховій діяльності, що є необхідною умовою становлення компетентного фахівця.

Список використаних джерел

1. Касьянов В. А. Физика. Учебник для общеобразовательных школ. 11 класс / В.А. Касьянов. - М. : Дрофа. - 288 с.

2. Эйнштейн А. Эволюция физики / А. Эйнштейн, Л. Ин- фельд. - М. : Наука. 1965. - 326 с. - (Albert Einstein and Leopold Infeld. The evolution of physics. - Nev York : Simon and Schuster, 1954).

3. Линднер Г. Картины современной физики / Г. Линднер. - М.: Мир, 1977. - С. 30.

4. Сусь Богдан. Сучасний погляд натрадиційні проблемні питан-ня фізики : науково-методичне видання в мультимедійному представленні / Богдан Сусь. - К. : Просвіта, 2013. - 130 с.

Размещено на Allbest.ru