Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ теоретико-методических проблем формирования содержания курса теоретической физики в системе профессионального педагогического образования ...17
1.1. Теоретические обобщения физики как фундамент содержания допрофессионального и профессионально-педагогического физического образования 17
1.2. Констатирующий педагогический эксперимент 31
1.3. Анализ учебных пособий и учебных программ по курсу квантовой механики педагогического вуза 41
Глава 2. Содержание раздела «Квантовая механика» курса теоретической физики физического факультета педагогического вуза 48
2.1. Педагогические принципы отбора содержания раздела «Квантовая механика» курса теоретической физики физического факультета педагогического вуза.. 48
2.2. Основные физические и методологические принципы в содержании курса теоретической физики педвуза 67
2.3. Методологические принципы как основа содержания раздела «Квантовая механика» курса теоретической физики педвуза 80
2.4. Квантовомеханические принципы в содержании раздела «Квантовая механика» курса теоретической физики педвуза 104
Глава 3. Методика реализации методологических и квантово-механических принципов в курсе квантовой механики педагогического вуза. 120
3.1. Общие вопросы методики формирования понятий об основных принципах квантовой механики в курсе теоретической физики педвузов 120
3.2. Организация и методика проведения педагогического эксперимента 169
Заключение 185
Список литературы 188
Приложения 204
- Теоретические обобщения физики как фундамент содержания допрофессионального и профессионально-педагогического физического образования
- Педагогические принципы отбора содержания раздела «Квантовая механика» курса теоретической физики физического факультета педагогического вуза..
- Общие вопросы методики формирования понятий об основных принципах квантовой механики в курсе теоретической физики педвузов
Введение к работе
Постановка научной проблемы и актуальность исследования.
В новых; социально-экономических условиях существенно меняется концепция образования в России. Средняя школа в наше время строится на основе таких принципов, как демократизация, гуманизация, гуманитаризация обучения. Идея демократизации системы образования постепенно проникает и в высшую школу. Изменение концепции образования приводит к смещению приоритетов в иерархии целей обучения, в соответствии с чем встает проблема определения содержания образования и создания новых обучающих технологий.
Начиная с 60-х годов прошлого века в науке и в педагогической практике разрабатывается научное направление, связанное с психолого-педагогической концепцией развивающего обучения. Уже в начальной школе Л.В.Занков [67, 68], Д.Б.Эльконин [218], В.В.Давыдов [53-55] и их последователи предлагают в процессе обучения опираться на содержательный анализ. Одной из проблем этого направления является проблема развития творческого, научно-теоретического типа мышления. Наиболее широко (в педагогическом плане) она была поставлена В.В.Давыдовым. В методике преподавания физики это направление развивалось В.В.Мултановским [126-129], А.А.Пинским [144] и продолжает развиваться другими исследователями (М.Е.Бершадский [11], Г.П.Корнев [88, 89], Н.А.Леонова [102, 103], СЯ.Чачин [208] и др.).
Докторская диссертация В.В.Мултановского «Проблема теоретических обобщений в курсе физики средней школы» [127] и его монография «Физические взаимодействия и картина мира в школьном курсе» [129] посвящены рассмотрению путей реализации теоретических обобщений в школьной практике. Разрабатывая проблему теоретических обобщений при обучении физике, учёный выделяет четыре уровня теоретических обобщений: понятия, законы, теория, физическая картина мира. СЯ.Чачин в диссертационной работе «Исследование роли фундаментальных физических идей в содержательном обобщении знаний» [208] расширил схему уровней теоретических обобщений В.В.Мултановского, включив в неё, в том числе, и физический принцип. Формированию знаний о фундаментальных физических идеях и принципах в процессе преподавания физики в средней и высшей школе посвящены исследования А.А.Пинского [144], Г.П.Корнева [88, 89], А.И.Наумова [133-136], Н.А.Леоновой [103], Б.Аллахунова [4], Санчеса Солорсано Ораля [167] и др. Фундаментальные физические принципы являются одним из элементов системы методологических знаний. Вопросу включения методологических знаний в курс физики средней школы посвящены работы известных отечественных учёных таких, как В.Ф.Ефименко [65], Г.М.Голин [44, 45], А.А.Бух [31], В.Г.Разумовский [158-160], Б.И.Спасский [183-185], В.Н.Мощанский [124], В.В.Мултановский [129], Н.В.Шаронова [209], Н.С.Пурышева [153], А.А.Пинский [144], Н.В.Кочергина [93, 94].
Следует отметить, что теория содержательного обобщения не получила достаточного развития в высшей школе, в частности, практически не исследована проблема методики реализации содержания фундаментальных принципов физики в системе профессиональной подготовки учителей физики.
В ходе констатирующего эксперимента,. проведенного в период 2000-2001гг. в школах г. Сарова и Нижегородском государственном педагогическом университете, было установлено недостаточное использование методологических знаний, теоретических обобщений в форме физических принципов учителями физики средних школ, слабое знание принципов физической науки выпускниками школ. Анализ учебных пособий по квантовой механике для педагогических вузов показал, что во многих из них недостаточно отражены физические принципы, не раскрыто их фундаментальное значение для построения физической теории. Это закономерно сказывается на качестве образования будущих педагогов, что в свою очередь отражается на знаниях учащихся школ.
Вопросам педагогики высшей школы посвящены исследования С.И.Архангельского [7, 8], С.И.Зиновьева [69], Т.А.Ильиной [76], Н.Ф.Талызиной [189], А.И.Наумова [136] и др. Процесс обучения в педагогическом вузе подчиняется всем закономерностям и принципам, свойственным процессу обучения в высшей школе вообще. Ведущим же принципом для любого высшего учебного заведения является принцип профессиональной направленности учебно-воспитательного процесса, который подразумевает всестороннюю ориентацию на будущую профессию. Это выражается, прежде всего, в структуре и содержании учебно-воспитательного процесса конкретного вуза.
В педагогическом вузе принцип профессиональной направленности обучения находит выражение в принципе профессионально-педагогической направленности обучения, который оказывает существенное влияние на закономерности и содержание других принципов обучения. Требование профессионально-педагогической направленности обучения в педвузе касается не только психолого-педагогической, но и специальной подготовки будущего учителя. Исследованию проблемы преподавания спецдисциплин с учётом принципа профессионально-педагогической направленности посвящены работы А.И.Наумова [133-136], Родригеса Родригеса Хосе Адольфо [162], А.С.Косоговой [90], В.М.Шитова [213] и др. Наиболее полно эта проблема исследована в работах А.И.Наумова. Произошедшие в последние десятилетия изменения в системе образования ставит новые проблемы перед специальной (предметной) подготовкой учителя физики. В частности, учитель физики должен понимать и уметь реализовывать заложенное в школьных программах и учебниках содержание физического образования, которое отобрано и структурировано в соответствии с концепцией теоретического обобщения. Одно из направлений подготовки учителя физики к решению этой проблемы является реализация концепции теоретических обобщений в практике вузовского обучения, в частности в курсе теоретической физики, что обеспечит профессионально-педагогическую направленность образования студентов физических факультетов. Использование фундаментальных физических принципов в качестве теоретических обобщений в курсе теоретической физики в педагогическом вузе отвечает требованию профнаправленности обучения и существенно влияет на формирование у будущих учителей знаний методологических основ современной физики.
Однако, как свидетельствуют результаты констатирующего эксперимента, преподаватели теоретической физики в педагогическом вузе не уделяют достаточного внимания физическим и методологическим принципам в процессе преподавания теоретической физики. Более того, значительное число преподавателей вообще считают, что курс теоретической физики в педвузе не должен отличаться от курса теоретической физики классического университета. Анализ учебных пособий по квантовой механике также показал, что во многих из них слабо отражены методологические и квантовомеханические принципы. В то же время, согласно программам для педвузов, задачами дисциплины «Основы теоретической физики» являются следующие: «сосредоточить внимание студентов на наиболее общих понятиях, принципах и законах физики и научить студентов применять эти принципы и законы для анализа конкретных физических процессов и явлений: ознакомить студентов с основными методами теоретической физики, обращая внимание на методологические обобщения...» (подчёркнуто нами) [196. С.82].
Таким образом, изучение научной и методической литературы, а также результаты констатирующего эксперимента, показывают, что в теории и методике обучения физике можно выделить ряд противоречий, решение которых прямо связано с проблемой исследования. К ним относятся противоречия между:
• современными требованиями к содержанию курса теоретической физики педагогического вуза и недостаточной их реализацией в практике вузовского преподавания;
• необходимостью формирования у студентов целостного представления о методологических основах физической науки и недостаточным вниманием к решению этой задачи в практике обучения;
• требованием профессионально-педагогической направленности обучения в педагогическом вузе и существующим построением курса теоретической физики в педагогическом вузе,. которое не способствует его реализации.
Таким образом, проблемой исследования является поиск ответа на вопросы: какими должны быть требования к отбору содержания курса теоретической физики для студентов педвузов и к его структурированию; какой должна быть методика преподавания курса теоретической физики в педвузе, которая позволит повысить не только уровень предметных знаний, но и уровень методологических знаний (знания принципов физической науки, методов научного познания).
Основная идея выполненного исследования состоит в том, что одной из возможностей реализации принципа профессионально-педагогической направленности при обучении теоретической физике студентов педагогических вузов является повышение роли фундаментальных физических принципов.
Объектом исследования является методика преподавания курса теоретической физики в педвузе.
Предмет исследования — методика преподавания раздела «Квантовая механика» курса теоретической физики педагогического вуза.
Особое внимание мы уделяем таким компонентам методической системы, как цели, содержание и структура раздела «Квантовая механика» курса теоретической физики в педвузе. Поэтому, основной задачей исследования является определение структуры и содержания раздела «Квантовая механика» в соответствии с принципом профессионально-педагогической направленности обучения.
Цель исследования — обоснование и разработка методики преподавания раздела «Квантовая механика» курса теоретической физики в педвузе.
Поэтому гипотеза исследования формулируется следующим образом:
Если в основу содержания раздела «Квантовая механика» курса теоретической физики педагогического вуза положить такие методологические и квантовомеханические принципы, как:
-принцип соответствия,
-принцип причинности,
-принцип дополнительности,
-принцип симметрии,
-принцип суперпозиции,
-принцип тождественности одинаковых частиц, т.е. привести преподавание квантовой механики в педвузе в соответствие с требованием профессионально-педагогической направленности обучения и концепцией теоретических обобщений, то это позволит углубить знания студентов о физических принципах и их значении для развития науки, процесса познания, о границах применимости и месте физической теории в современной физической картине мира и тем самым существенно усилит профессиональную подготовку будущих учителей физики, будет способствовать развитию их научно-теоретического мышления.
Для реализации поставленной цели и проверки выдвинутой гипотезы необходимо решить следующие задачи:
1... Выявить современное состояние и тенденции изучения теоретической физики на физических и физико-математических факультетах педвузов.
2. Изучить теоретические основы концепции содержательных обобщений и выявить роль теоретических обобщений в системе профессионально-педагогического образования.
3. Определить содержание принципа профессионально-педагогической направленности учебно-воспитательного процесса и дидактические возможности его реализации в преподавании раздела «Квантовая механика» курса теоретической физики педвуза.
4. Выявить возможности и направления реализации принципа профессионально-педагогической направленности обучения, выражающегося в усилении роли методологических и квантовомеханических принципов, в содержании раздела «Квантовая механика».
5. Обосновать и разработать методику изучения раздела «Квантовая механика» курса теоретической физики педагогических вузов в соответствии с выдвинутой идеей генерализации учебного материала на основе принципов квантовой физики и с требованием профессионально-педагогической направленности обучения.
6. Экспериментально проверить гипотезу исследования. Методологическую основу исследования составляют:
• результаты психолого-педагогических исследований в области теории обучения (В.В.Давыдов, А.Н.Леонтьев, Л.В.Занков, С.Л.Рубинштейн и др.);
• результаты работ учёных, посвященных вопросам вузовской педагогики и методики преподавания физики в высшей школе (С.И.Архангельский, В.А.Сластенин, С.И.Зиновьев, А.И.Щербаков, В.В.Мултановский, А.И.Наумов, Г.П.Корнев и др.);
• общие принципы дидактики и методологические принципы формирования научного мировоззрения (Г.М.Голин, В.Ф.Ефименко, В.В.Мултановский, В.Н.Мощанский, В.Г.Разумовский, Н.С.Пурышева, Н.В.Шаронова, и др.);
• результаты работ отечественных и зарубежных ведущих физиков (А.Эйнштейн, Н.Бор, М.Борн, В.А.Фок, Р.Фейнман, И.Пригожин, Э.Ферми и
др-);
• результаты исследований по философским вопросам физики и проблемам истории и методологии научного познания (И.В.Кузнецов, Н.Ф.Овчинников, Б.М.Кедров, М.Э.Омельяновский, Г.А.Свечников, Б.М.Яворский, К.Р.Поппер и др.).
Для решения поставленной задачи были использованы следующие методы:
- изучение и теоретический анализ философской, психолого-педагогической, научной, методической и учебной литературы по проблеме;
- анализ содержания учебных планов, учебных программ и учебных пособий по квантовой механике;
- анкетирование, интервьюирование, тестирование студентов, учителей, методистов и преподавателей с целью определения уровня знаний фундаментальных принципов физики и их места в физических теориях;
- педагогический эксперимент и статистические методы обработки его результатов с целью определения эффективности предложенной методики;
—- качественный и количественный анализ результатов исследования. Научная новизна диссертационного исследования состоит в следующем:
• разработан:новый подход к отбору содержания раздела «Квантовая-механика» курса теоретической физики, основанный на генерализации учебного материала квантовой механики вокруг общенаучных и квантовомеханических принципов, который может быть реализован и в других разделах теоретической физики;
• выделена система аксиом квантовой механики, в которой наиболее полно отражены методологические и квантовомеханические принципы;
• отобрано содержание раздела «Квантовая механика» курса теоретической физики и разработаны методические рекомендации по его изучению с учётом требования профессионально-педагогической направленности обучения в педвузе.
Теоретическая значимость результатов исследования состоит в том, что в нем получили дальнейшее развитие теория содержательного обобщения и частнометодический принцип генерализации применительно к преподавания физики в высшем профессиональном учебном заведении.
Практическая значимость исследования определяется тем, что в нём разработаны конкретные методические рекомендации по преподаванию квантовой механики в педвузе, которые могут быть использованы в учебном процессе, что способствует решению проблемы совершенствования профессиональной подготовки учителя физики в педагогических высших учебных заведениях.
Использование разработанных методических рекомендаций в учебном процессе позволяет придать завершённый характер процессу изучения общей и теоретической физики, приводит к более эффективному формированию у будущих учителей целостной системы физических знаний, основанной на фундаментальных физических принципах и тем самым осуществить их более эффективную подготовку к профессиональной деятельности. Предложенная методика внедрена в практику работы преподавателей теоретической физики Нижегородского государственного педагогического университета.
На защиту выносятся следующие положения:
1. Обоснование возможности реализации принципа профессионально-педагогической направленности учебно-воспитательного процесса путём усиления роли методологических и физических принципов в процессе подготовки учителей физики.
2. Методика формирования понятий об основных принципах квантовой механики у студентов физических специальностей педагогического вуза, направленная на реализацию принципа профессионально-педагогической направленности обучения и включающая содержание раздела «Квантовая механика», отобранное и структурированное на основе принципа генерализации учебного материала вокруг методологических и квантовомеханических принципов, и рекомендации по проведению лекционных и семинарских занятий.
Апробация и внедрение результатов исследования осуществлялись в процессе экспериментального преподавания на лекционных и практических занятиях со студентами физического факультета Нижегородского государственного педагогического университета и радиофизического факультета ННГУ в течение 3-х лет 2000-2003гг. Основные положения диссертации обсуждались на межвузовской научно-методической конференции «Проблемы интеграции естественнонаучных дисциплин в высшем педагогическом образовании» (2001г., Н.Новгород), на II Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов, соискателей, молодых учёных и специалистов «Актуальные вопросы развития образования и производства» (2001г., Н.Новгород), на III международной научно-методической конференции преподавателей вузов, учёных и специалистов «Высокие технологии в педагогическом процессе» (2002 г., Н.Новгород), на Всероссийской научно-методической конференции (2004г., Н.Новгород), а также на заседаниях кафедры теоретической физики и кафедры теории и методики обучения физике Нижегородского государственного педагогического университета.
Основные результаты исследования также представлены в 10 публикациях.
1. Янкина А.А., Ларионова Н.В., Ефремов Г.Ф. Избранные вопросы квантовой механики: Методические рекомендации по изучению фундаментальных идей и принципов квантовой механики. - Нижний Новгород: НГПУ, 2003. — 56 с. 3,1 п.л. (авторских 40%).
2. Ларионова Н.В. Совершенствование содержания физического образования в педагогическом вузе // Материалы по теории и методике обучения физике. Выпуск 4. - Н. Новгород: Изд-во НГПУ, 2003. - С.40-48. 0,5 п.л.
3. Ефремов Г.Ф., Ларионова Н.В., Янкина А.А. Принцип соответствия и общая теория квантового момента // Преподавание физики в высшей школе. №22. М., 2002. - С.23-27. 0,33 п.л. (авторских 30%).
4. Ефремов Г.Ф., Янкина А.А., Ларионова Н.В. Методические аспекты изложения релятивистской квантовой динамики: уравнение Дирака // Преподавание физики в высшей школе. №25. М., 2003. — С. 65-71. 0,2 п.л. (авторских 30%).
5. Янкина А.А., Ларионова Н.В. Принципы физической науки как элемент системы методологических знаний // Преподавание физики в высшей школе. №25. М, 2003. - С. 40-44. 0,25 п.л. (авторских 50%).
6. Ларионова Н.В., Янкина А.А. Курс квантовой механики педагогического вуза в свете идеи профессиональной направленности обучения // Высокие технологии в педагогическом процессе: Тез. докладов III международной научно-методической конференции преподавателей вузов, учёных и специалистов, 30-31 января 2002 г.: Том 1. - Н. Новгород: ВГИПА, 2002. - С. 165. 0,05 п.л. (авторских 50%).
7. Ларионова Н.В., Янкина А.А. Методологическое значение некоторых принципов квантовой механики // Проблемы интеграции естественнонаучных дисциплин в высшем педагогическом образовании: Материалы межвузовской научно-методической конференции. - Н. Новгород, 2001. - С.20-21. 0,1 п.л. (авторских 40%).
8. Ларионова Н.В., Янкина А.А., Ефремов Г.Ф. Аксиоматический подход при изложении квантовой механики // Актуальные вопросы развития образования и производства: Тез. докладов II Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов, соискателей, молодых учёных и специалистов, 22-23 мая 2001 г. - Н. Новгород: ВГИПИ, 2001. - С. 80. 0,05 п.л. (авторских 30%).
9. Ларионова Н.В., Янкина А.А. Основные понятия; и принципы квантовой физики в свете современной концепции естествознания // Актуальные вопросы развития образования и производства: Тез. докладов II Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов, соискателей, молодых учёных и специалистов, 22-23 мая 2001 г. - Н. Новгород: ВГИПИ, 2001. - С. 81. 0,05 п.л. (авторских 40%). Ю.Ларионова Н.В., Янкина А.А. О проблеме совершенствование содержания физического образования в педагогическом вузе // Материалы Всероссийской научно-методической конференции, 22-23 апреля 2004 года. - Н. Новгород: Изд-во НГПУ, 2004. - С.69-70. 0,15 п.л. (авторских 60%).
Структура диссертации. Диссертационное исследование состоит из введения, трёх глав, заключения, списка литературы из 220 наименования и приложений. Общий объем диссертации — 217 машинописных страницы. Основной текст составляет 187 страниц. Изложение материала проиллюстрировано таблицами (10), диаграммами (3) и рисунками (7).
В первой главе «Анализ теоретико-методических проблем формирования содержания курса физики в системе профессионального педагогического образования» проведён анализ научной, философской, методической и учебной литературы по теме исследования, рассматриваются основные положения концепции теоретического обобщения, определяется понятие «теоретическое обобщение физики» и выявляется их роль в системе профессионального педагогического образования, поведён анализ учебных пособий по квантовой механике для педагогических вузов, описан констатирующий педагогический эксперимент.
Вторая глава «Содержание раздела «Квантовая механика» курса теоретической физики физического факультета педагогического вуза» посвящена теоретическому исследованию проблемы конструирования содержания учебного предмета «Квантовая механика» для студентов физических специальностей педагогического вуза.
В первом параграфе «Педагогические принципы отбора содержания раздела «Квантовая механика» курса теоретической физики физического факультета педагогического вуза» проведён анализ методической и учебной литературы, выделены основные закономерности и принципы обучения в высшей школе, определено содержание принципа профессионально-педагогической направленности учебно-воспитательного процесса и дидактические возможности его реализации в курсе теоретической физики педвуза.
Во втором параграфе «Основные физические и методологические принципы в содержании курса теоретической физики педвуза» проведён анализ методических работ, касающихся вопроса реализации физических принципов в содержании курса физики в средней и высшей школе, выделена система принципов квантовой механики.
В § 2.3 «Методологические принципы как основа содержания раздела «Квантовая механика» курса теоретической физики педвуза» и § 2.4 «Квантовомеханические принципы в содержании раздела «Квантовая механика» курса теоретической физики педвуза» раскрывается содержание методологических и квантовомеханических принципов и проводится их историко-методологический анализ.
В третьей главе «Методика реализации методологических и квантовомеханических принципов в курсе квантовой механики педагогического вуза» была поставлена и решена задача разработать и экспериментально проверить методику изложения учебного материала раздела «Квантовая механика» курса теоретической физики педвуза, основанную на идее генерализации учебного материала вокруг методологических и квантовомеханических принципов. Особое внимание при этом было уделено содержанию и структуре раздела «Квантовая механика».
Во втором параграфе «Организация и методика проведения педагогического эксперимента» рассмотрены этапы педагогического эксперимента и основные результаты выполненного диссертационного исследования.
В Приложениях представлены экспериментальные материалы.
Теоретические обобщения физики как фундамент содержания допрофессионального и профессионально-педагогического физического образования
В последние годы в системе педагогических наук наблюдаются тенденции в развитии новых технологий обучения. В условиях современной научно-технической революции, при которой поток информации постоянно возрастает, естественным является относительно быстрое изменение и совершенствование научных концепций с появлением новых открытий. Вследствие ускорения прогресса знаний необходимо постоянное обновление учебных программ. При этом непозволительно «механическое» расширение программы. В этой ситуации становится ясным, что основной задачей обучения становится не просто передача учащимся непрерывно возрастающего объёма знаний, а формирование умений добывать эти знания в ходе самостоятельного поиска, развитие мышления обучаемых. Таким образом, на первый план выдвигается концепция развивающего обучения.
В последние десятилетия теоретики и практики отечественного образования всё большее внимание уделяют проблемам развивающего обучения. Данным вопросам посвящено множество научных трудов, созданы различные учебники, методические пособия, специальные программы [19, 28, 36-37, 52-55, 66-68, 77-79, 104-107, 118, 131,157, 164,201, 218, 220].
В отечественной психологии одним из первопроходцев в решении проблемы соотношения обучения и развития является Л.С.Выготский. К началу 30-х гг. XX в. отчётливо выявились три основные теории, различно подходящие к решению этого вопроса. Они были описаны Л.С.Выготским [37]. Сам автор, не соглашаясь полностью ни с одной из этих теорий, формулирует свою позицию следующим образом: «Самым существенным для выдвигаемой здесь гипотезы является положение о том, что процессы развития не совпадают с процессами обучения, что первые идут вслед за вторыми, создающими зоны ближайшего развития ... Наша гипотеза устанавливает единство, но не тождество процессов обучения и внутренних процессов развития. Она: предполагает переход из одного в другое» [37. С.З89]. «Только то обучение является хорошим (т.е. «правильно организованным» — Н.Л.), которое забегает вперёд развития» [37. С.386].
В 60-80-е гг. разные аспекты развивающего обучения интенсивно исследовались в области дошкольного воспитания, начального и среднего образования, образования детей с задержками психического развития [33, 107, 116, 220]. Полученные результаты позволили обосновать положение о существенной роли обучения в развитии, выявить некоторые психолого-педагогические условия развивающего обучения. С конца 50-х гг. гипотезу Л.С.Выготского начали экспериментально проверять и конкретизировать два научных коллектива - Л.В.Занкова и Д.Б.Эльконина.
Коллектив Л.В.Занкова занимался изучением дидактической системой обучения младших школьников в целях их общего психического развития [67, 68]. Была поставлена задача «построить такую систему начального обучения, при которой достигалось бы гораздо более высокое развитие младших школьников, чем при обучении согласно канонам традиционной методики» [67. С.96].
Коллектив Д.Б.Эльконина также следовал основным моментам гипотезы Л.С.Выготского. В начале 60-х гг. к руководству данной группы учёных подключился В.В.Давыдов. Были созданы несколько «вспомогательных» теорий, таких как теория учебной деятельности и её субъекта [54, 204, 218] и концепция теоретических обобщений [52, 54].
Суть первой из них заключается в том, что усвоение человеком знаний и умений должно происходить в форме специфической учебной деятельности. В процессе её ученик овладевает теоретическими знаниями. Их содержание отражает происхождение, становление и развитие какого-либо предмета. Иными словами, согласно теории Л.С.Выготского и его последователей, процессы обучения и воспитания не сами по себе непосредственно развивают ребёнка, а лишь тогда, когда они имеют деятельностные формы и обладают соответствующим содержанием [218].
Концепция теоретических обобщений возникла в конце 70-х гг. на стыке таких наук как психология обучения, методика преподавания физики, когнитивная психология, философия познания. Психолого-педагогические основания данной теории были заложены исследованиями Л.С.Выготского [36] (заложил основы деятельностного подхода к процессу обучения, выдвинул тезис об определяющей роли содержания обучения), Ж.Пиаже [143] (операциональная концепция интеллекта), П.Я.Гальперина [38] (учение о поэтапном формировании умственных действий), Н.Ф.Талызиной (исследование механизма формирования умственных действий) [190], А.Н.Леонтьева (тезис об определяющем значении для умственного развития ведущего типа деятельности) [104, 105], Л.С.Рубинштейна (различал эмпирические и теоретические обобщения как основу разных уровней мышления: наглядного и отвлечённого (теоретического)) [164], В.В.Давыдова (комплексный анализ процессов обобщения, лежащих в основе образования понятия у школьников, тезис об изменении типа мышления, проектируемого содержанием учебных предметов и методами их преподавания) [52, 53, 55], а также Л.В.Занкова: [67, 68], Д.Б.Эльконина [218], Э.В.Ильенкова [75], П.П.Блонского [13], В.А.Кондакова [85] и др.
Педагогические принципы отбора содержания раздела «Квантовая механика» курса теоретической физики физического факультета педагогического вуза..
Вопросам педагогики высшей школы посвящены исследования СИ. Архангельского [7-8], С.И.Зиновьева [69], Т.А.Ильиной [76], Н.Ф.Талызиной [189], А.И.Наумова [136] и др. Процесс обучения в высшей школе подчиняется определённым закономерностям. Эти закономерности, отражающие определённые, стабильные, объективные тенденции процесса обучения, материализуются в так называемых законах обучения в высшей школе. Закон выражает «необходимое, существенное, устойчивое, повторяющееся отношение между явлениями» [200. С. 188], а применительно к процессу обучения, законы «... выражают основные, существенные, достаточно устойчивые связи и отношения между компонентами системы обучения, дидактическими явлениями и фактами» [8. С.111].
В отечественной дидактике описан целый ряд закономерностей и законов обучения. Так, в работе [8] специально применительно к высшей школе выделены следующие законы:
- Закон единства учебной и обучающей деятельности, выражающийся в том, что все действия преподавателя и студента в учебном процессе находятся в диалектической взаимосвязи: преподаватель определяет пути, методы, средства обучения и осуществляет контроль над этим процессом, а студенты под руководством преподавателя изучают новые факты, усваивают новые теории, принципы и приобретают умения и навыки работы для своей будущей профессии.
— Закон единства обучения и воспитания указывает на то, что в учебном процессе обучение и воспитание идут параллельно и всегда едины. К важным воспитательным задачам обучения относятся: развитие у студентов интереса к приобретению научных знаний, развитие интереса к их будущей профессии, формирование научного мировоззрения.
- Закон преемственности уровней обучения и познания заключается в том, что новые знания, приобретаемые студентами всегда опираются на прежние и развивают их. К этому также относятся необходимые связи между школьными предметами и вузовскими дисциплинами, с одной стороны, и между различными вузовскими курсами в пределах срока обучения в вузе, с другой.
Опираясь на работы Ю.К.Бабанского [9-10], А.И.Наумов предложил развернутую систему закономерностей обучения в высшей школе [136]. Эти закономерности таковы.
- Обусловленность процесса обучения потребностями общественного развития.
- Единство процессов обучения, воспитания и развития.
- Зависимость процесса обучения от реальных возможностей обучаемых и от внешних условий, в которых он протекает.
- Взаимосвязь преподавания и учения в целостном процессе обучения.
- Зависимость содержания обучения от его задач, отражающих в себе потребности, профессиональную направленность образования, уровень и логику развития науки, реальные учебные возможности и внешние условия для обучения.
- Зависимость методов организации, стимулирования и контроля учебной деятельности от задач и содержания обучения.
- Зависимость форм организации обучения от его задач, содержания и методов.
- Преемственность разных уровней и ступеней обучения.
- Межпредметные связи между разными циклами учебных дисциплин и между отдельными дисциплинами внутри данного цикла, взаимные связи между непосредственным учением и учебной практикой.
- Взаимные связи между учебной и научной деятельностью студента.
- Обусловленность эффективности обучения взаимосвязанностью всех компонентов учебного процесса (включая научную деятельность студента).
Закономерности обучения отражают внутренние и внешние связи процесса обучения. Они находят свою последующую конкретизацию в так называемых принципах обучения. Принципы обучения - это система исходных требований к учебному процессу, его организации и проведению, выполнение которых обеспечивает его эффективность. Данные требования предъявляются как к учебному процессу в целом, так и к отдельным его компонентам: задачам, содержанию, методам стимулирования, формам организации учебной деятельности и контроля, а также методам средствам, формам и результатам обучения. Принципы обучения органически связаны с закономерностями обучения и все «... принципы обучения взаимосвязаны и взаимозависимы, дополняют и обуславливают друг друга» [ 8. С.67].
Педагогические принципы отбора содержания раздела «Квантовая механика» курса теоретической физики физического факультета педагогического вуза
Нильс Бор выдвинул принцип дополнительности (в 1927г.) для разрешения теоретических трудностей, возникших в процессе интерпретации физической природы микрочастицы. Изначально принцип дополнительности понимался как чисто физический принцип. В настоящее время он является общенаучным принципом и приобрёл методологический статус. Сначала же Н.Бор выделял три аспекта дополнительности:
1) дополнительность корпускулярной и волновой картин микрочастиц;
2) дополнительность пространственно-временного и энергетически-импульсного описания микрообъектов;
3) дополнительность волновой и матричной формулировок квантовой механики.
Остановимся подробнее на втором аспекте дополнительности. Принцип дополнительности находит своё прямое выражение в соотношениях неопределённостей. Иначе говоря, соотношения неопределённостей являются количественным выражением принципа дополнительности. Однако, содержание принципа дополнительности далеко не исчерпывается этим аспектом. Признавая известное родство принципа дополнительности Бора и соотношений неопределённостей Гейзенберга, было бы неверно отождествлять их. Принцип неопределенности является иллюстрацией принципа дополнительности на эмпирическом уровне.
Принцип неопределённости — фундаментальное положение квантовой теории, утверждающее, что любая физическая система не может находиться в состояниях, в которых координаты её центра инерции и импульс одновременно принимают вполне определённые, точные значения. Количественно принцип неопределённости формулируется следующим образом. Если Ах — неопределённость значения координаты х центра инерции системы, а Арх — неопределённость проекции импульса р на ось х, то произведение этих неопределённостей должно быть по порядку величины не меньше постоянной Планка Я. Аналогичные неравенства должны выполняться для любой пары так называемых канонически сопряженных переменных, например для координаты у и проекции импульса ру на ось у, координаты z и проекции импульса pz. Если под неопределённостями координаты и импульса понимать среднеквадратичные отклонения этих физических величин от их средних значений, то принцип неопределённости для них имеет вид: Арх Ах W2, АруАу Pi/2, Арz Az h/2.
Ввиду малости h по сравнению с макроскопическими величинами той же размерности действие принципа неопределённости существенно в основном для явлений атомных (и меньших) масштабов и не проявляются в опытах с макроскопическими телами.
Из принципа неопределённости следует, что чем точнее определена одна из входящих в неравенство величин, тем менее определенно значение другой. Никакой эксперимент не может привести к одновременно точному измерению таких динамичных: переменных; при этом неопределённость в измерениях связано не с несовершенством экспериментальной техники, а с объективными свойствами материи.
Принцип неопределённости, открытый в 1927 г. немецким физиком В. Гейзенбергом, явился важным этапом в выяснении закономерностей внутриатомных явлений и построении квантовой механики. Существенной чертой микроскопических объектов является их корпускулярно-волновая природа. Состояние частицы полностью определяется волновой функцией (величина, полностью описывающая состояние микрообъекта (электрона, протона, атома, молекулы) и вообще любой квантовой системы). Частица может быть обнаружена в любой точке пространства, в которой волновая функция отлична от нуля. Поэтому результаты экспериментов по определению, например, координаты имеют вероятностный характер.
Рассмотрим пример: прохождение электрона через отверстие. Движение электрона представляет собой распространение его собственной волны. Если стрелять пучком электронов через узкое отверстие в стенке, то узкий пучок пройдёт через него. Но если сделать это отверстие ещё меньше, такое, чтобы его диаметр по величине сравнялся с длиной волны электрона, то пучок электронов разойдётся во все стороны.. И это не отклонение, вызванное ближайшими атомами стенки, от которого можно избавиться: это происходит вследствие волновой природы электрона. Попытки предсказать, что произойдёт дальше с электроном, прошедшим за стенку, не увенчаются успехом. Если точно известно, в каком месте он пересекает стенку, то сказать, какой импульс в поперечном направлении он приобретёт, невозможно. Наоборот, чтобы точно определить, что электрон появится с таким-то определённым импульсом в первоначальном направлении, нужно увеличить отверстие настолько, чтобы электронная волна проходила прямо, лишь слабо расходясь во все стороны из-за дифракции. Но тогда невозможно точно сказать, в каком же точно месте электрон прошёл через стенку. Насколько выигрываешь в точности определения импульса, настолько проигрываешь в точности, с какой известно его положение.-
