Israeli Independent Academy for Development of Sciences (IIADS)

Израильская Независимая Академия Развития Науки (ИНАРН)  

האקדמיה העצמאית לפיתוח מדע בישראל (אעפמי)

Регистрационное удостоверение №580396224 от 28.10.2003, действует в соответствии с уставом от 19.10.2003 г.

Дедуктивно-системная методология преподавания точных наук, как условие повышения качества образования

Прейгерман Лев Моисеевич

УДК 372.853 

ДЕДУКТИВНО-СИСТЕМНАЯ МЕТОДОЛОГИЯ ПРЕПОДАВАНИЯ ТОЧНЫХ

НАУК, КАК УСЛОВИЕ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ОБРАЗОВАНИЯ

Прейгерман Лев Моисеевич – Ph.D по специальности физика. Академик. Израильская Независимая Академия

                                                       развития науки. Израиль, Ришон ле Цион, ул. Моаливер, 24/7. 

                                                       e-mailpreiglev@gmail.com

 

РЕЗЮМЕ

 

 Изучение точных наук по методике, принятой в мировой практике, отличается несистемным подходом. Индуктивный метод их преподавания повторяет исторически сложившийся процесс развития науки от простых явлений к сложным процессам, от частного к общему. В результате теряется связь между явлениями различной сложности. Так, например, преподавание физики начинается с изучения простейшей механической формы   и постепенно переходит к изучению более сложных форм движения (изменений). Законы Природы, несмотря на их единую физическую природу, рассматриваются независимо друг от друга, как результат обобщения эмпирических данных [1-3].

 В настоящей статье на основе системного подхода рассматривается дедуктивная методика изучения точных наук, с помощью которой мир изучается, исходя из общих для всех его явлений и процессов . Это, по мысли автора, повысит качество образования заставит учащихся размышлять и сделает для них изучаемую науку более привлекательной [4 - 11,13-15].

 Ключевые слова: наука, физика, образование, индукция, дедукция, системный подход, качество.

 

 Естественные науки прошли сложный путь развития. В древности они считались частью философии, изучавшей Природу, и назывались натурфилософией. Как философия в целом, натурфилософия носила умозрительный характер. Создавшие ее античные мыслители относились с большим недоверием к чувственным восприятиям, которые, как они считали, искажают реальную действительность. Они, в связи с этим, отрицали значение опыта в процессе познания мира, а критерием истины считали логическую непротиворечивость суждений и умозаключений. Несмотря на проникновение в суть вещей с помощью чистого разума, они, тем не менее, пришли к ряду гениальных умозаключений, которые не потеряли своей актуальности до настоящего времени.

 Однако уже в средние века проявилась непродуктивность умозрительного метода познания, как в связи с его неоднозначностью, так и, в особенности, в связи с его оторванностью от практической деятельности. Его поэтому сменил эмпирический метод, методика, основанная на наблюдениях и эксперименте. Созданная учеными средневековья экспериментальная наука использовала, однако, индуктивный, несистемный метод познания. Он сводился к теоретическому обобщению частных результатов наблюдений и к установлению на этой основе общих закономерностей. Единственным критерием объективности и истинности признавалась при этом практика. В позднем средневековье важной частью естественных наук стала математика, которая углубила возможности теоретического осмысления и обобщения опытных данных. Вместе с этим математика с течением времени придала науке абстрактный характер, затруднявший ее понимание. Кроме того, в связи с ограниченными возможностями наблюдений и эксперимента, наука развивалась от изучения простейших форм движения ко все более усложняющимся формам.

 В течение длительного времени точные науки оставались недоступными для массового потребителя. Они считалась уделом избранных, которые, с точки зрения масс, составляли особую касту посвященных, чудаков и отшельников. Лишь отвечая на запросы времени и благодаря научно-техническому прогрессу, точные науки постепенно стали частью образовательного процесса. Индуктивный метод их преподавания повторял исторически сложившийся процесс развития науки. Важнейшей частью уроков физики или химии, например, стала демонстрация многочисленных опытов, необходимость запоминания которых приводила к зубрежке, возникновению полного сумбура в голове среднего ученика и резкому снижению его интереса к науке. С другой стороны, подробное математическое описание законов Природы, обилие математических выводов и выкладок, связанных с теоретическим осмыслением изучаемых процессов, в значительной мере усложняли их восприятие.

 Сложившаяся ситуация автоматически перешла и в наше время. Изучая науку в указанной выше последовательности, учащиеся постепенно узнают о многочисленных на первый взгляд не связанных между собой явлениях. Они часто даже не подозревают, что речь идет о процессах одной и той же природы, которые описываются одними и теми же уравнениями, следующими из одних и тех же законов [12,15]. Они, например, не всегда улавливают связь между течением жидкости и газов, электрическим током, тепловыми процессами, диффузией, характером протекания  химических реакций и другими процессами. Это несмотря на то, что в основе этих, на первый взгляд, далеких и изучаемых в различных разделах физики и химии явлений, лежат процессы одной и той же физической природы и универсальный закон симметрии. Даже студенты вузов не всегда замечают единство кажущихся различными физических явлений и законов. Они часто с удивлением узнают, что энергетические процессы, происходящие в живых организмах, процессы сжигания топлива, свечения и теплового излучения звезд или взрыва водородной бомбы – это одни и те же процессы атомного или ядерного синтеза, которые сопровождаются дефектом масс. Они также не всегда улавливают единую физическую природу классических законов гравитации, теплопроводности, течения жидкостей и газов,  электростатики, законов постоянного тока которые описываются одними и теми же уравнениями потенциального поля. Тем более для них остается незаметной симметрия уравнений потенциального и вихревого поля.

 В последнее столетие по мере проникновения науки в глубины материи и дали космоса ситуация усугубилась. Выяснилось, в частности, что наука, именуемая классической, отражает лишь законы доступного для непосредственного наблюдения макромира, в котором мы живем, и противоречит фундаментальным законам Вселенной в целом. Оказалось, кроме того, что в глубинах микромира и далях космоса теряется достоверность информации, полученной эмпирическим путем, и растет, как мы считаем, необходимость возврата к умозрительному методу изучения действительности. Возникшие в связи с этим новые теории, в первую очередь теория относительности, квантовая физика, физическая космология, синергетика, генетика и др., настолько вошли в противоречие с непосредственными восприятиями действительности и здравым смыслом, что стали восприниматься в массовом сознании, как некий анахронизм, оторванный от реальности. Кроме того, возрастающее насыщение физики и других естественных наук абстрактными и малопонятными математическими теориями резко усложнили возможности их восприятия средними учениками. Все это приводит к широко практикуемому в настоящее время в мире отказу от обязательного изучения в средней школе физики, биологии, других точных наук и их изучению на факультативной основе.

 Рыночные отношения и научно-технический прогресс, получившие оптимальное развитие за последние 150-200 лет, привели к невиданному в истории человечества информационному буму, результатом которого стало бурное развитие образования. Несомненными завоеваниями нашего времени в связи с этим являются сплошная ликвидация безграмотности и переход от обязательного начального образования к всеобщему среднему. Все это, разумеется, привело к возрастанию уровня образованности населения земного шара. Между тем, есть все основания полагать, что за последние десятилетия этот рост не только остановился, но, наоборот, пошел на спад. Об этом, в частности, свидетельствуют непрерывно возрастающий в обществе культ насилия, увеличение влияния расизма и исламского фундаментализма, которые тянут человечество обратно, в мрачные времена средневековья. Сюда же следует отнести повсеместное, в том числе и в среде интеллектуалов, увлечение оккультными науками и знахарской практикой, охват все большей части населения дикими предрассудками, сползание общества к ограниченному, приземленному материализму. Об этом, с нашей точки зрения, также говорит уживающийся парадоксальным образом высочайший уровень профессионализма технических специалистов и гуманитариев с их иногда дремучим невежеством. Тому есть немало причин. Однако главная из них связана с действующей системой образования и преподавания мировоззренческих наук, основной среди которых была и остаётся физика.

 В прошлом столетии, в связи с обострившимися идеологическими противоречиями, физика, как и ряд других точных наук, например, биология, оказалась в центре идеологической борьбы. В коммунистических странах естественные науки широко использовались для подтверждения господствующей материалистической идеологии. Поэтому в образовательных программах этих стран естественные науки, физика, биология, химия и др., занимали ведущее место среди других обязательных общеобразовательных дисциплин.  В то же время учебными программами игнорировались новые физические, биологические, информационные теории, основное внимание уделялось классической науке, которая подтверждала материалистические концепции мироустройства. Этому, кроме того, способствовали сложная для понимания абстрактность новой физики, генетики, кибернетики, их кажущаяся оторванность от повседневной жизни. В то же время, выполняя социальный заказ правящей элиты, ученые и педагоги коммунистических стран в определённой мере искажали положения новых физических теорий, которые свидетельствовали против диалектического материализма, или вынужденно прибегали к эзоповскому языку, пытаясь сказать между строк то, что нельзя было произнести вслух.

 Указанная тенденция, несмотря на изменившуюся идеологическую обстановку,  сохраняется в образовательной системе многих стран до настоящего времени. В результате преподаватели физики, освобожденные от идеологического надзора, часто проявляют беспомощность, не понимая, как совместить установленные современной наукой факты целенаправленного развития Вселенной со все еще господствующими здесь материалистическими верованиями. Ситуация усугубляется особенно там, где наряду со светскими дисциплинами введено изучение религиозных предметов. Легко себе представить состояние ученика, которому на уроках физики доказывают, что Мир функционирует по вечным, объективным законам Природы, а на уроках теологии, – что он, наоборот, является произведением всесильного Творца и управляется божественной силой. С другой стороны, в общеобразовательных программах средней школы многих Западных стран предусмотрено   до предела упрощенное, отделенное от мировоззренческих представлений, изучение естественных наук.

 С древнейших времен мыслители пытались построить единую физическую картину мира. Сегодня ученые вплотную подошли к решению этой задачи. Нами, в частности показано, что огромное разнообразие мира, определяется не материальным содержанием его объектов, а их формой, порядками, которые образуются упорядоченными последовательностями всего лишь нескольких сводимых друг к другу разновидностей элементарных частиц и, в свою очередь, их внутренними порядками [11]. Сегодня можно уже не сомневаться в том, что в основе огромного разнообразия явлений и процессов лежит единый закон симметрии [12].

 Логика и здравый смысл подсказывают, что единый системный мир должен также рассматриваться с единой точки зрения и изучаться не индуктивно, от частного к общему, как это предусмотрено действующими методиками, а дедуктивно, от общего к частному, с привлечением системного подхода. Приведем простой пример, подтверждающий указанную мысль.

 В течение длительного времени считалось, что в основе мироздания лежат две различные сущности – вещество, представленное совокупностью дискретных и обособленных друг от друга корпускул, и непрерывное бесструктурное поле, представленное волновыми процессами, распространяющимися в сплошной среде и передающими взаимодействия от одних корпускулярных образований к другим. В настоящее время доказан, однако, факт корпускулярно-волнового дуализма объектов реального мира, который наиболее наглядно проявляется в частных условиях микромира. Оказалось, что вещество и поле, взаимодействуя с наблюдателем,  в одинаковой степени представлены дискретными структурными образованиями, элементарными частицами, а, в отсутствии этого взаимодействия, теряют свою определенность и приближаются, наоборот, к непрерывному полю, заполняя собою все пространство. В реальных условиях они с определенной вероятностью проявляют одновременно как корпускулярные, так и волновые свойства, и описываются как  материальные, так и виртуальные объекты.  Для элементарной частицы любой природы (вещества или поля), используя в качестве коэффициента пропорциональности мировую константу действия ħ, можно, в связи с этим  записать [3,4,15], что ее энергия Е пропорциональна частоте ω, а импульс р – волновому числу k, т.е.

 

Е = ħω; р = ħk,

 

 С волновой точки зрения частота и волновое число соответственно характеризуют период колебаний и длину волны, сопоставляемой с частицей, а однозначно связанные с ним энергия и импульс определяют характер движения частицы, сопоставляемой с корпускулой. Допустим для примера, что некоторая совокупность частиц, образующая объект, участвует в произвольном процессе длительностью t в одномерном пространстве протяженностью х, который вследствие неустранимого обмена приводит к изменению энергии и импульса системы на величины ∆Е и ∆р. В этом случае ω ~ 1/∆t, а k ~ 1/∆x и, следовательно, для системы

 

∆Е ∆t ~ ħ; ∆рх ~ ħ

 

 Полученные, хотя и не очень строгим, но достаточно логичным способом  выражения есть не что иное, как фундаментальные соотношения неопределенностей. Из них, как нетрудно показать простейшими средствами и элементарными вычислениями, следуют практически все законы как классической, так и квантовой физики [15]. Таким образом, самые общие соображения позволяют, как мы видим, за рекордно короткое учебное время развернуть перед учащимися стройную картину единого мира. Она способна поразить их воображение, возбудить любопытство, зародить глубокий интерес к ее познанию. Эта картина не имеет ничего общего с миром рутинным, неинтересным, разрозненным, состоящим из беспорядочного нагромождения непохожих друг на друга явлений и физических тел, участвующих в разнообразных процессах, происходящих по необъяснимым, фатальным, априорно-мистическим законам Природы, миром, который предстает перед учащимися при изучении физики по действующей методике в ее классическом варианте. Таких примеров можно привести множество.

Совершенно очевидно, кроме того, что преподавателю намного легче заставить задуматься учащегося над вопросами, связанными с общими законами мироздания, особенно в том случае, когда ответам на эти вопросы и их оценкам придается соревновательный характер, чем заинтересовать учеников или студентов лекцией  на тему, например, о равномерном движении. Эту лекцию вместе с демонстрацией опытов и математическими выкладками внимательно выслушают от силу 10% учащихся. Еще 10-15 %, готовясь к очередному занятию или экзаменам, вызубрят этот материал, не понимая, зачем им это надо знать. После урока или экзамена они тут же все забудут.  Наоборот, в первом случае 80% -ый охват почти гарантирован. Многие ответы окажутся, конечно, неправильными. Зато они, являясь результатом размышлений, заставят выслушать правильные ответы, их анализ и разъяснения преподавателя. Что же касается конкретики, то приведенная преподавателем лишь как иллюстрация общих закономерностей, она приобретает смысл и легко запоминается.

 В связи с изложенным, представляется целесообразным пересмотреть методику преподавания физики, добиваясь того, чтобы обучение стало внутренней потребностью учащихся, а не тяжелой обязанностью, чтобы оно приводило к формированию самостоятельно мыслящей личности. Это, с нашей точки зрения, возможно лишь при переходе к дедуктивному, системному методу преподавания точных наук, активизирующий творческое участие учащихся в образовательном процессе, самостоятельное осмысление и переосмысление ими изучаемой действительности.

 Исходя из указанных соображений, нами в соавторстве с док. М.Брук был создан новый учебник по физике с принципиально новым изложением и порядком изучения разделов физики, в котором реализована указанная методика. В настоящее время данный учебник издан научным издательством Москвы на русском языке. Учебник прошел рецензирование и получил положительные отзывы кафедры физики Омского Государственного университета, Киевского Национального университета, кафедры физики Брянского Государственного университета, отдельных ученых и педагогов. Он рекомендован для студентов вузов, аспирантов, преподавателей физики средних учебных заведений и пр. институтом философии РАН, российской академией им. Маймонида. Первый массовый тираж успешно реализуется московским издательством [16].

 Предлагаемый учебник отличается как порядком расположения, так и методикой изложения различных разделов физики. В отличие от существующих учебников в нем основное внимание уделяется новым физическим теориям. Показано, что огромное разнообразие мира является кажущимся и что в его основе лежат единые достаточно простые   универсальные  законы, описывающие единую картину мира. Особое внимание в нем обращено на то, что различные формы движения, изучаемые в различных разделах физики, вытекают из единых физических законов, лежащих в основе мироздания. Каждое из этих движений является лишь частным проявлением общих закономерностей и служит иллюстрацией и подтверждением общих теоретических положений. Кроме традиционных разделов, в учебник введены также такие новые разделы концептуального характера как «Вселенная», «Пространство и время», «Материя», «Основы физической космологии», «Движение», «Теория поля» и ряд других. Единое мироздание рассматривается в нем с единой точки зрения на основе концептуальных положений новой физики. Показано, что классическая физика отражает лишь ограниченный нашими восприятиями точечный окружающий нас мир и вытекает как частный случай из общих концепций. Показано, что новая физика, в отличие от классической, базируется на концепции двуполярного нестационарного мира, которая естественным образом вытекает из реальности. Теоретические разделы учебника максимально разгружены от сложных математических выкладок и их доказательств, которые переведены в его практические разделы в виде типовых задач. Для лучшего восприятия математических выкладок к учебнику даны соответствующие математические приложения. Кроме типовых задач, к каждому разделу, в конце каждой главы учебника приведен «задачник» с решениями и объяснениями, причем упор делается на задачи и вопросы, которые позволяют учащимся увидеть глубокую связь между физикой и повседневной жизнью.   

 Предлагаемая методика, резко повышающая  привлекательность физических знаний и существенно упрощающая их восприятие, позволит в кратчайшее время восстановить статус физики как обязательной мировоззренческой дисциплины в средних школах,  а это,  несомненно, приведет к повышению уровня образованности и нравственного облика человеческого общества.

 Мы надеемся, в связи с изложенным, что новая методика и представляющий ее учебник найдут поддержку научной и педагогической общественности, получат положительные заключения и что по тому же принципу будут также пересмотрены учебники по физике для средних школ.

 

 ССЫЛКИ
[1]. Элементарный учебник физики. Под редакцией академика Г.С. Ландсберга. 7-е изд. – М., Изд-во Наука, 1971- 1824c.
[2]. Н.С. Пурышева, Н.Е. Важеевская. Физика. – М., Изд-во Дрофа, 2012 – 223 с.
[3]. Курс физики. Под редакцией В.Н. Лозовского. – С-П., Изд-во Лань, 2006 – 1102 с.
[4]. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Квантовая механика. – М., Физматиздат, 200 – 808 c.
[5]. Блауберг И.В., Садовский В.Н., Юдин Э.Г. Системный подход в современной науке. – М., Изд-во Мысль, 1970 –  С. 7-48.
[6].О'Коннор Джозеф, Макдермотт Иоан. Искусство системного мышления. – М., 2011. – № 978-5-9614-1589-6.
[7]. Т.Г. Трушникова. Системный подход в педагогике как инновационная основа формирования образовательного пространства // Человек и образование. 2006. №7 – C.71-72.
[8]. В.Кошарский. Системный подход – путь к познанию и решению проблем. – Хайфа, Израиль, 2006. Выпуск 2 – C. 9-20.
[9].Бравый К.Л. Система высшего образования новой эпохи // Сборник трудов V международной научной конференции. – Нетания, Израиль, 2011. Т.2 – С. 3-6.
[10]. Лев Прейгерман. Системный подход и действительность // Системные исследования и управление открытыми системами.– Хайфа, Израиль, 2010. Выпуск 1V – C. 27-35.
[11]. Лев Прейгерман. Вселенная и Разум. – Израиль, Изд-во Мысль, 2009 – 331c.
[12]. Лев Прейгерман. За пределами реальности. – Израиль, Изд-во Мысль, 2012 – 376 c.
[13]. Прейгерман Л.М.Н.Е. Важеевская. Проблемы преподавания физики в медицинских вузах // Сборник тезисов V общероссийской конференции с международным участием первого московского государственного медицинского университета им. И.М.Сеченова. – М., 2014 – С. 404-405
[14]. Прейгерман Л.М., Брук М.Б. Проблемы преподавания физики в средней и высшей школе // Сборник трудов 3 Международной научной конференции. – Т-А, 2009 – С. 151-154
[15].Л.Прейгерман, М. Брук. Курс физики в 2 томах. Изд. 2 ое. – Израиль, Изд-во Мысль, 2011 – 1145 с.
[16]. Л.Прейгерман, М.Брук. Под редакцией проф. О. Е. Баксанского. Курс современной физики. Новые подходы к объяснению физической картины мира. – М., издательство          ООО Ленанд, 2016. – 1119 с.

 

 

 

DEDUCTIVE-SYSTEM METHODOLOGY of TEACHING OF EXACT SCIENCES,

 AS A CONDITION OF UPGRADING OF EDUCATION

 

Prejgerman Lev Moiseevich Ph.d, majoring in physics. Academician. Israeli Independent Academy of science development, Israel, Rishon le Zion, str. Mohaliver 24/7

e-mailpreiglev@gmail.com

 

ABSTRACT

 

 The study of the exact sciences of the procedure adopted in the world, characterized by non The inductive method of teaching repeats historically the development of science from the simple to the complex processes of phenomena, from the particular to the general. As a result, it lost the connection between the phenomena of varying complexity. For example, the teaching of physics begins with the study of the simplest forms of mechanical motion and gradually moving to the study of more complex phenomena underlying the simple physical processes. Numerous laws of nature, in spite of their common physical nature are considered independently of one another, just as a result of the generalization of empirical data. This article deals with the deductive method of studying the natural sciences, with which the world is studied, based on the total of all its phenomena processes. This, according to the author, will improve the quality of education will make the students think and make them more attractive to study science.

 Key words: science, physics, education, induction, deduction, system approach, the quality.