Роль физических моделей в формировании физической картины мира и целостного миропонимания

 

Как уже отмечалось выше, перед современной школой стоит задача формирования у детей современного мировоззрения, но рост информации не позволяет завершить этот процесс даже в старших классах, поэтому важно сформировать у них целостное миропонимание, заложить фундаментальные знания и умения, которые позволили бы им в дальнейшем продолжить самообразование, саморазвитие и самостоятельное формирование современного миропонимания. В роли гаранта таких знаний и умений как раз и может выступить ФКМ.

Напомним, что совокупность знаний и представлений о физических процессах, закономерностях, действующих в физическом мире, о строении микро-, макро- и мега-мира, о взаимодействиях их объектов и т.п. называется физической картиной мира. А целостное современное миропонимание — это система знаний и представлений о мире, основанные на множестве современных наук и теорий, понимание законов и закономерностей, описывающих процессы и явления, происходящие в микро-, макро- и мега-мире, в социальной сфере, осознание места человека в мире и т.п.

Известно, что математика, астрономия и физика - науки, появившиеся гораздо раньше остальных, именно их развитие привело к возникновению и развитию всех других наук. ФКМ изначально является неотъемлемой частью, основой естественнонаучной картины мира (ЕКМ), объединяющей знания всех естественных наук (биологии, химии, астрономии, географии, психологии, социологии и многих других наук) и представления о мире и месте человека в нём, сформированные на основе этих знаний. ЕКМ позволяет каждому осознать многообразие природы, понять законы природы и мира людей, определить своё место в нём.

Таким образом, формирование целостного миропонимания, которым должен владеть каждый образованный, культурный человек, невозможно без формирования ЕКМ, формирование которой целесообразно начинать с построения ФКМ и продолжать на её основе при помощи меж предметных связей физики с другими дисциплинами. Это сделает процесс формирования целостного миропонимания гармоничным и безболезненным, а само понимание мира глубоким и максимально осознанным.

ФКМ базируется на основных физических понятиях, не последнее место среди которых занимают физические модели. Педагогический словарь определяет моделирование как метод исследования объектов на их моделях – аналогах определённого фрагмента природной или социальной реальности; процесс построения и изучения моделей реально существующих предметов и явлений (органических и неорганических систем, инженерных устройств, разнообразных физических, химических, биологических и других процессов). Форма моделирования зависит от используемых моделей и сферы их применения. По характеру моделей выделяют предметное и знаковое (информационное) моделирование. Предметным называют моделирование, в ходе которого исследование ведётся на модели, воспроизводящей геометрические, физические либо функциональные характеристики объекта-оригинала. При знаковом моделировании моделями служат схемы, чертежи, формулы, предложения в некотором алфавите (естественного или искусственного языка) и т.п. Важнейшим видом такого моделирования является математическое (логико-математическое) моделирование. Возможность моделирования, то есть переноса результатов, полученных в ходе построения и исследования моделей, на оригинал, основана на том, что модель в определённом смысле отображает (воспроизводит) какие-либо его стороны и предполагает наличие соответствующих теорий и гипотез, указывающих на рамки допустимых при моделировании упрощений. Моделирование в обучении имеет два аспекта: моделирование как содержание, которое учащиеся должны усвоить (о нём и пойдёт речь далее в данном пункте), и моделирование как учебное действие, средство, без которого невозможно полноценное обучение, особенно обучение физике. С помощью моделирования – введения различных моделей – удаётся свести изучение сложного к простому, невидимого и неощутимого к видимому и ощутимому, незнакомого к знакомому, то есть сделать любой сложный объект доступным для тщательного и всестороннего изучения. Моделирование учебного материала, логическое его упорядочение, представление в наглядной форме, а также с помощью мнемических средств в расчёте на образные ассоциации – эффективное лучшего понимания и запоминания учащимися нового учебного материала.

Возможности для моделирования существуют в школьных курсах математики, химии и т.д., но особенно их много в школьном курсе физики. Необходимость овладения методом моделирования при обучении физике диктуется не только его значением как метода научного познания, но и психолого-педагогическими соображениями. Согласно теории поэтапного формирования умственных действий (П.Я. Гальперина) знакомство учащихся с каким-либо действием, которым они должны овладеть, начинается с выполнения этого действия с помощью соответствующих материальных предметов. Однако предметы обладают различными свойствами, многие из которых не относятся к выполняемому действию. Чтобы от них отвлечься переходят к действиям с моделями этих предметов, обладающими только необходимыми в данном случае свойствами. Это может быть графическая схема, формула и т.п.

Таким образом, и изучение различных физических процессов, явлений и закономерностей целесообразно проводить на их моделях, обладающих всеми необходимыми для этого свойствами и параметрами и лишённых тех свойств, которые при этом не важны. При изучении физических процессов стремятся к тому, чтобы по результатам опытов на модели можно было судить о явлениях, происходящих в реальных условиях, которые ученики могут наблюдать в повседневной жизни. Изучение физических теорий невозможно без введения моделей уже на начальных этапах обучения. Так, например, изучение первого раздела механики – кинематики начинается с введения понятия равномерного движения, которое само является моделью, так как практически не встречается в реальности, но позволяет достаточно точно описать закономерности, по которым происходит движение тел в окружающем нас мире. Понятие материальной точки – тела, размерами, которого можно пренебречь по сравнению с фигурирующим в конкретной задаче расстоянием, а по сути геометрической точки, обладающей массой, позволяет в дальнейшем достаточно просто описывать различные виды движения. Модели идеального газа и идеальной несжимаемой жидкости позволяют сформировать у учащихся представление о процессах, происходящих в реальных веществах, с которыми они имеют дело повседневно, и упрощают задачу формулировки соответствующих законов. Стоит также отметить, что даже при решении физических задач учащиеся постоянно сталкиваются с моделями процессов и явлений; даже измерительные приборы, с помощью которых могло быть получено большинство данных, приводящихся в задачах являются идеальными (не дающими погрешностей измерения), то есть моделями.