Формирование системных представлений

Формирование системных представлений о методах научного познания на уроках физики

Самостоятельная работа учащихся при формировании представлений о методах научного познания

Одной из основных целей обучения по программам НПО и СПО независимо от профиля обучения является «освоение знаний о современной научной картине мира и методах научного познания », а также «развитие интеллектуальных способностей и критического мышления в ходе проведения простейших исследований, анализа, восприятия и интерпретации естественно-научной информации» [1].
.

Получение представлений о наиболее общих методах осуществляется, например, при работе с текстами, относящихся к рассмотрению фундаментальных опытов, касающихся истории создания и развития физических теорий, развития взглядов на физическую картину мира.

Некоторые примеры использования такой организации самостоятельной работы учащихся на уроках физики и естествознания НПО и СПО в РКТК приведены в данной методической разработке

Во вводной части курсов естествознания и физики учащиеся знакомятся с понятиями наука, формами научного знания с основными понятиями теории научного познания, которые можно представить в виде следующей схемы:

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ТЕОРИИ НАУЧНОГО ПОЗНАНИЯ
( в развёрнутом виде)
Научный факт - это достоверно установленное,
невымышленное событие, происшествие. Факт
это явление, становящееся знаемым,
незнаемое явление не есть научный факт.
Факты в науке выполняют не только роль информационного источника
и эмпирической основы теоретических рассуждений,
но и служат критерием их достоверности, истинности.
В свою очередь, теория формирует
концептуальную основу факта:
выделяет изучаемый аспект действительности, задает язык,
на котором описываются факты, детерминирует средства и методы
экспериментального исследования. Трудность здесь заключается
в отделении достоверных фактов от недостоверных, кажущихся.
Научный факт - это не только описание события или измеренная величина,
но и многие другие сведения: когда, каким образом,
кем был зафиксирован факт,
с какими другими событиями, фактами,
исследованиями он связан и так далее.
Научный факт - это удостоверенный наукой и общественной практикой
фрагмент знания,
отражающий свойства материального и духовного мира.

НАУЧНЫЙ ПРИНЦИП один из элементов оснований научной теории, выполняющий 
интегрирующую, синтезирующую и организующую функции по 
отношению ко всему массиву истинных высказываний определений области науки. 

Гипотеза -это вероятностное предположение о причинах
исследуемого явления, достоверность которого
при современном состоянии науки не может быть доказана. По выражению И. Канта, гипотеза - это не мечта,
а мнение о действительном положении вещей,
выработанное под строгим надзором разума

Закон -- знание о повторяющихся и необходимых связях
между частными объектами или явлениями.

Классификация научных законов:
- по предметным областям: законы физические, химические и т. д.;
- по общности: общие (фундаментальные) и частные.
например, законы Ньютона и законы Кеплера соответственно;
- по уровням научного познания:
эмпирические -- отсылающие к непосредственно наблюдаемым
явлениям (например, законы Ома, Бойля -- Мариотта);
теоретические -- относящиеся к ненаблюдаемым явлениям.
- по предсказательной функции:
динамические -- дающие точные,
однозначные предсказания (механика Ньютона);
-статистические -- дающие вероятностные предсказания
(принцип неопределенности, 1927).

Научный факт


Проблема


Гипотеза


Эксперимент
Научная теория

Наиболее надёжный и прошедший проверку на истинность аргумент

. Осознанные вопросы, для ответа на которые имеющихся знаний не хватает

Предположительное знание, истинность или ложность которого ещё не доказана

Исследование в созданных и контролируемых условиях

Систематизированные , подтверждённые знания в их совокупности

В краткой форме можно определить:

 Понятие метода научного познания

Получение и обоснование объективно-истинного знания в науке происходит при помощи научных методов. Нау́чный ме́тод — совокупность основных способов получения новых знаний и методов решения задач в рамках любой науки. Метод включает в себя способы исследования феноменов, систематизацию, корректировку новых и полученных ранее знаний. Умозаключения и выводы делаются с помощью правил и принципов рассуждения на основе эмпирических (наблюдаемых и измеряемых) данных об объекте. Базой получения данных являются наблюдения и эксперименты. Для объяснения наблюдаемых фактов выдвигаются гипотезы и строятся теории, на основании которых формулируются выводы и предположения. Полученные прогнозы проверяются экспериментом или сбором новых фактов. Важной стороной научного метода, его неотъемлемой частью для любой науки, является требование объективности, исключающее субъективное толкование результатов.

Из сказанного следует, что научное познание представляет систему, состоящую из следующих частей и осуществляется в результате реализации следующих, повторяющихся :этапов познания:

Методы научного познания включают в себя:
1-общечеловеческие приемы мышления
(анализ, синтез, сравнение, обобщение, индукцию, дедукцию...).
2-способы эмпирического и теоретического исследования.
3-для процессов построения теоретических систем знания
особое значение имеет метод восхождения от абстрактного
к конкретному.
Основная функция метода — внутренняя организация
и регулирование процесса познания или практического
преобразования того или иного объекта. Поэтому метод
совокупность определенных правил, приемов, способов,
норм познания и действия.

Этапы процесса научного познания

эмпирические факты;
проблема;
гипотеза;
теория, эксперимент;
научный факт;
проблема;
гипотеза;
проблема.

Накопление эмпирических фактов.
Осознание проблемы
Выдвижение гипотезы.
Эксперимент, теоретический анализ
Установление по результатам экспериментов научных фактов, новых эмпирических данных и новых проблем.
Далее снова выдвигаются гипотезы, проверяются на экспериментах и, таким образом процесс познания становится бесконечным

В более развёрнутом виде этапы научного познания можно представить в виде следующего алгоритма

При составлении этой схемы подчёркивается, что проблемы познания возникают не только из эмпирических, но и из теоретических исследований и в современной науке их решение осуществляется при использовании, как экспериментов, так и теории совместно. При этом в вопросе об истинности знаний определяющими являются результаты экспериментов.
Делается вывод, что процесс познания мира даёт не только новые знания, но и ставит новые проблемы и, таким образом, процесс познания является бесконечным.

В методах научного познания к основным понятиям относится понятие эксперимента. Представление о современном физическом эксперименте, его структуре, этапах и их значении наиболее эффективно можно продемонстрировать при изучении, например, законов фотоэффекта или истории исследования структуры атомов

В качестве примера рассмотрим организацию самостоятельной работы учащихся при изучении темы, относящейся к изучению строения атома, опытам Резерфорда, столетие с периода проведения которых исполнилось в 2011 году.

Перед проведением урока по данной теме учащиеся получают задание подготовить доклад или презентацию по теме: « Какие явления, известные к концу 19 началу 20 веков, и почему указывали на сложность строения атома? ».

В начале урока проходит краткое обсуждение этой темы, главной целью которого является формирование понимания, что в основе эксперимента лежит научная проблема, часто возникающая из эмпирических фактов. В данном примере проблемой является отсутствие знаний о строении атома, которые могли бы объяснить приведённые факты.

Далее учащимся предлагается самостоятельно по учебнику Физика 11 под редакцией Мякишева Г.Я. и др [2] разобрать опыты Резерфорда и ответить на следующие вопросы:
1. объект исследования;
2. цель эксперимента;
3. какие при этом решались задачи;
4. метод исследования;
5. что наблюдалось и измерялось;
6. результаты наблюдений и измерений;
7. эмпирические выводы;
8. теоретическое обобщение

Далее, после самопроверки результатов выполнения работы, а значит повторения смыслового значения этих понятий, c учащимися, разбирая тексты, относящиеся к модели Томсона и планетарной модели атома Бора и учитывая результаты опытов Резерфорда, учащимся предлагается самостоятельно определить этапы научного познания о строении атома от знаний, указывающих на сложность строения атома до получения научных фактов о его строении.

этапы познания на примере изучения строения атома:
1. эмпирические факты - явления, подтверждающие, сложность строения атома

2. проблема - знания по распределению массы и заряда в атоме;
3. гипотеза - равномерное распределение массы (модель Томсона);
4. эксперименты - опыты Резерфорда по рассеянию α-частиц;
5. эмпирический факт - существование атомного ядра, в котором сосредоточена практически вся его масса
и весь положительный заряд;
6. проблема - устойчивость атомов;
7.гипотеза - модель атома Бора

Результаты учащихся сравнить с предлагаемым возможным ответом :

Делается вывод, что процесс познания мира даёт не только новые знания, но и ставит новые проблемы и, таким образом, процесс познания является бесконечным.

Примерные варианты ответов по плану самостоятельной работы:

1. атомы вещества;
2. исследовать строение атома;
3. выяснить распределение в атоме положительного заряда
и, следовательно, распределение массы;
4. эксперименты по рассеянию альфа частиц на тяжёлых металлах;

5. сцинтилляции ( вспышки ) на экране, вызванные α-частицами; распределение количества α-частиц по углам отклонения ;
6 подавляющее число частиц не отклонялось или отклонялось на малые углы от первоначального направления,
неожиданный результат - небольшое число частиц (одна на две тысячи) отклонились на углы большие 90 градусов;
7. наличие в атоме ядра – тела малых размеров, в котором сконцентрирована почти вся масса и весь положительный заряд атома;
8. в центре атома расположено положительно заряженное ядро, содержащее почти всю его массу, вокруг которого движутся электроны;
правильно описывает распределение заряда и массы в атоме, но не может объяснить факт существования атома, его устойчивость

В качестве домашней самостоятельной работы учащимся предлагается привести примеры наук, относящиеся к естествознанию, дать их определения или понятия и ответить на вопросы:
1. К каким видам наук относятся:
психология,
философия,
медицина?
2. Допустимы ли эксперименты в этих науках ?
3. Провести анализ этапов научного познания на примере изучения законов фотоэффекта