Теоретические методы познания в обучении физике (стр. 3 из 3)

б) Этап мысленного экспериментирования. В качестве постановки
проблемы приводят утверждение Аристотеля: для поддержания механического движения обязательно действие силы, причем под действием постоянной силы тело движется с постоянной скоростью, т. е.
равномерно. Прав ли Аристотель? Далее вспоминают описанную выше
лабораторную работу и ее результат: неравномерное движение шарика
обусловлено наклоном желоба и наличием трения между желобом и
шариком. После этого проводят мысленный опыт Галилея.

Представим себе идеально гладкий желоб и такой же идеально гладкий шарик, скатывающийся без трения. Расположим желоб под некоторым углом к горизонту и поместим на него шарик. Спрашивают, в каком состоянии будет находиться шарик, предоставленный самому себе. Обобщая результаты лабораторной работы, учащиеся приходят к выводу, что шарик будет двигаться вниз с постоянным положительным ускорением, скорость его равномерно возрастает. При уменьшении угла наклона желоба ускорение шарика уменьшается, а скорость возрастает медленнее.

^Затем разбирают движение шарика по тому же желобу вверх под действием толчка. Учащиеся сразу заявляют, что в этом случае шарик будет двигаться равнозамедленпо (с отрицательным ускорением), скорость его непрерывно уменьшается. Чем меньше угол наклона желоба, тем медленнее убывает скорость.'

И наконец, рассматривается случай движения шарика по идеально горизонтальному желобу. В этом случае под действием толчка шарик получает некоторую скорость, которая дальше изменяться не будет ни по модулю, ни по направлению (нет причин ни для увеличения, ни для уменьшения скорости). По традиционной методике формулируют закон инерции, приводят примеры его проявления.

1. Гипотеза

Гипотеза – выдвигаемое на основе известных фактов предположение о непосредственно ненаблюдаемых формах связи явлений или внутренних механизмах, обусловливающих эти явления и присущие им формы связи. Гипотеза не просто регистрирует и суммирует известные старые и новые факты, а пытается дать им объяснение, в силу чего ее содержание значительно богаче тех данных, на которые она опирается.

Гипотезы, принципиально не проверяемые, не имеют права на существование в науке (например, гипотеза теплорода, магнитной жидкости), однако они часто стимулируют поиск ученых, наталкивая их на новые эксперименты и, подобно строительным лесам, помогают строить здание физической науки. Учащихся следует познакомить еще с одним свойством научной гипотезы — ее плодотворностью. Выдвинутая вначале для объяснения одного-единственного явления, гипотеза надежно служит в дальнейшем при исследовании целого ряда процессов. Таковы фундаментальные гипотезы об атомах, о квантах.

Так же примерами могут являться гипотеза Коперника о движении Земли вокруг Солнца, составившая основу гелиоцентрической системы; гипотеза Галилея об одинаковости падения тел в безвоздушном пространстве, получившая простую интерпретацию в механике Ньютона; гипотезы Бора о характере поведения электронов в атоме, включенные в виде постулатов в атомную теорию, и т. д.

Научная гипотеза как предположительное знание требует своего экспериментального подтверждения, а поэтому должна быть принципиально проверяема. Пусть гипотеза не проверена сегодня (она, например, неактуальна для данного состояния науки, или технический уровень не позволяет это сделать), тогда она будет проверена в будущем, но до этого времени ученые относятся к ней с недоверием и не делают, как правило, эту гипотезу предметом исследования. В истории физики бывали случаи, когда гипотеза ждала своего подтверждения целые столетия (например, гипотеза Гюйгенса о волновых свойствах света, выдвинутая в XVII в., получила экспериментальное подтверждение в XIX в. и т. д.). Гипотеза, не подтвержденная экспериментально, не включается в научное знание. Так, гипотеза Ампера, согласно которой «атомы обтекаются токами», позволила объяснить постоянный магнетизм, но она оставалась гипотезой еще почти 100 лет, пока эксперименты Резерфорда не подтвердили наличие электронной оболочки атома.

Между теорией и гипотезой, положенной в основу данной теории, нет качественного различия. Гипотеза служит отправной точкой, первой ступенью в построении физической теории. Экспериментальное подтверждение следствий теории является одновременно подтверждением тех основных посылок теории, которые были выдвинуты вначале как гипотезы. Это можно проиллюстрировать при изучении теории всемирного тяготения, теории электромагнитного поля, элементов теории относительности.

В учебном процессе логический процесс формирования гипотезы состоит в ее выводе из ранее изученных законов, теорий, идей. При этом происходит дедуктивная экстраполяция этих знаний на объяснение новых фактов и результатов экспериментальной деятельности учащихся.

Приведем несколько обобщенных схем, отражающих логику включения гипотезы в процесс объяснения нового материала.