ӘОЖ 53:160.1

ТЕОРИЯЛЫҚ ОЙЛАУДЫ ДАМЫТУ ПРОЦЕСІНДЕГІ ОҚУ ФИЗИКАСЫ ЭКСПЕРИМЕНТТЕРДІҢ РӨЛІ

Аби Дінислам Қайратұлы

Физика мұғалімдерін даярлау 4 – курс студенті

М.Х. Дулати атындағы Тараз университеті

E-mail. islamabi48@gmail.com

Сиябекова Ақнұр Оразқызы

Физика және Информатика кафедрасының 4 – курс студенті

М.Х. Дулати атындағы Тараз университеті

Аннотация: Бұл мақалада теориялық ойлауды дамыту үшін физикадан білім беруде эксперименттік және теориялық әдістерді қолдануға қатысты кейбір іргелі мәселелер қарастырылады. Сондай-ақ бұл байланысты ашуда оқу физикасы эксперименттерінің дидактикалық мүмкіндіктерін пайдалану жолдарын көрсетеді. Мақалада ой эксперименттері арқылы ғана мүмкін болатын ғылыми идеализация әдісіне ерекше назар аударылады. Идеалдандырылған объектілерді, құбылыстарды және олардың психикалық үлгілерін пайдалана отырып, физиканы оқуда ойлау эксперименттерін қолдану мысалдары келтірілген. Ғылыми танымда құбылыстың мәнін зерттеу және физикалық заңдарды анықтау үшін тек тәжірибелік эмпирикалық деректерді алу жеткіліксіз, ғылымдағы басты нәрсе – алынған эмпирикалық нәтижелерді ең жалпы ұстанымдардан түсіндіруге (немесе дәлелдеуге) мүмкіндік беретін теориялық модель жасау.

Кілт сөздер: физикалық экспримент, ой эксперименті, теориялық ойлау, тәжірибелік және теориялық тану әдістері, физикалық тапсырмалар.

Кіріспе. Теориялық ойлауды қалыптастыру процесіндегі оқу физикалық тәжірибесінің маңызы негізінен физикадағы эксперименттік және теориялық тану әдістерінің өзара байланысына байланысты. Бұл әдістер бір-біріне тек тәуелді болып қана қоймай, бір-бірімен байланысты ғана емес, сонымен қатар танымдық ғылыми әдістің екі жақтары болып, бір-біріне өзара әсер етеді: бар эксперименттік әдістерді жетілдіру және жаңа әдістердің пайда болуы белгілі теориялық әдістердің дамуына және жаңа теориялық әдістердің пайда болуына әкеледі, керісінше теориялық әдістердің дамуы физикалық тәжірибені жетілдіруге, жаңа эксперименттік әдістерді жасауға себеп болады.

Мақаладағы негізгі материалды баяндау. Белгілі бір әдісті (эксперименттік немесе теориялық) объект немесе зерттеу құралы ретінде ерекшелеу, сол әдіспен тануға болатын нәрсені зерттеу – оны меңгерудің алғашқы қадамы ғана. Кез келген әдіс өзінің толық мүмкіндіктерін тек басқа әдістермен байланыста көрсете алады. Сондықтан белгілі бір ғылыми әдісті меңгеру басқа тану әдістерін белгілі бір дәрежеде пайдалана алу қабілетінің болуын талап етеді.

Эксперименттік және теориялық әдістердің өзара байланысы – бұл мектеп оқушылары мен студенттер физиканы оқи отырып игеретін нақты ғылыми әдістер арасындағы ең маңызды байланыстардың бірі болып табылады. Бұл байланысты есепке алу және мақсатты түрде қолдану оқу физикалық тәжірибесін ұйымдастыру және өткізу кезінде теориялық ойлауды қалыптастырудың тиімді құрал serve етеді.

Бұл өзара байланысты жүзеге асырудың кейбір жолдарын қарастырайық.

1. Физикалық тәжірибе теориялық абстракция әдісімен, атап айтқанда ғылыми идеализация әдісімен тығыз байланысты. Белгілі болғандай, ешбір физикалық құбылыс таза түрде өтпейді. Алайда кез келген тәжірибе зерттелетін құбылысты таза түрде (көбірек немесе азырақ) бөліп көрсетуге бағытталған, бұл жанама құбылыстар мен назар аударуды қиындататын факторларды жою арқылы жүзеге асады (кейбір жағдайларда бұл үйкелісті өтеу, ал басқа жағдайларда қоршаған ортамен жылу алмасуды минимумға дейін азайту және т.б.). Толықтай жанама құбылыстар мен назар аударуды қиындататын факторлардан құтыла алу тек ой экспериментінде мүмкін, онда идеалдандырылған объектілер, құбылыстар және олардың ой модельдері қолданылады.

Физикалық теориялардың негіздерін модельдік гипотезалар әдісімен баяндағанда негізгі ұғымдардың рөлі айтарлықтай артады, мысалы, түзусызықты бірқалыпты және бірқалыпты үскерткіш қозғалыс, идеал газдардың молекулярлық-кинетикалық теориясы. Газдар теориясын зерттегенде нақты газдардың ең маңызды қасиеттері еске алынады (молекулалардың орналасуындағы ең төменгі тәртіптілік, сығылғыштық және т.б.) және газ молекулалары арасындағы шағын өзара әрекет күштерінің бар болуы туралы гипотезалар ұсынылады. Газ молекулалары әртүрлі пішін мен өлшемге ие болғандықтан, идеал газдардың сандық сипаттамасында молекулаларды серпімді шарлармен алмастыруға болады, оларға серпімді соқтығысу кезінде денелердің импульсін сақтау заңын қолдануға болады. Газдар көптеген жеке молекулалардан тұратындықтан, шарларды ең кішкентай өлшемде елестету дұрысырақ. Жоғарыда айтылғандар идеал газдардың молекулалық-кинетикалық теориясының негізгі теңдеуін және одан туындайтын салдарларды тұжырымдауға мүмкіндік береді. Мұндай теорияның шектеулі болуы толығымен табиғи, сондықтан оны әрі қарай нақтылап, Ван-дер-Ваальс ұсынған газ моделі арқылы жалпылайды.

Ғылымдағы танымда құбылыстың мәнін зерттеу және физикалық заңдылықтарды анықтау үшін тек тәжірибелік эмпирикалық деректерді алу жеткіліксіз, ғылымдағы ең бастысы – алынған эмпирикалық нәтижелерді ең жалпы тұрғыдан түсіндіруге (немесе негіздеуге) мүмкіндік беретін теориялық модельді құру. Ал мұндай құбылыс моделін жасау бұрын енгізілген идеалдандырылған объектілер мен құбылыстарды қолдануды, сондай-ақ сәйкес ой тәжірибесін жүргізуді қажет етеді. Ғылым тарихында мұндай процесс кейде уақыт бойынша айтарлықтай созылып, әрдайым тізбектік сипатта бола бермейтін. Ал оқытуда оны мүмкіндігінше тезірек аяқтау қажет. Сонымен қатар, физиканы оқыту кезінде құбылысты тәжірибелік зерттеу мүмкіндігінше теориялық модельді құрумен қатар жүруі керек. Бұл тек құбылыстың мәнін түсінудің ең қысқа жолымен жетуге мүмкіндік беріп қана қоймай, сонымен қатар аталған құбылысты әрі қарай зерттеу экспериментін жоспарлауға да көмектеседі.

2. Мектеп оқушылары мен студенттерде белгілі бір объект немесе құбылыс туралы ғылыми білімдерді қалыптастыру әрқашан осы ақпараттың қалай алынғанын түсінумен байланысты болады. Өткізілген нақты экспериментті түсіну белгілі бір ой тәжірибесімен қатар жүреді, ол зерттеліп жатқан құбылысты талдауға, құбылысты дұрыс қабылдауға, бақылаудағы негізгі нәрсені бөліп көрсетуге және қорытынды жасауға көмектеседі.

Ой эксперименті дегеніміз – адамның таным мақсатында модельді ұғымдармен жұмыс істейтін ерекше ой әрекетінің түрі. Осы уақытта зерттелетін объект ой арқылы әртүрлі жағдайларда қарастырылады, сол арқылы осы құбылыстың маңызды жақтары анықталуы мүмкін.

Ойлап табылған эксперимент шынайы эксперимент сияқты құрылады және оның құрылымына ұқсас: зерттелетін нысанды түсіну, зерттеу мәселесін тұжырымдау және оның жоспарын жасау, экспериментті жүргізу және алынған нәтижелерді тексеру.

Ойша тәжірибенің екі негізгі типін бөлуге болады: біріншісі, нақты тәжірибемен тығыз байланысты және онымен алдын ала жүретін ойша тәжірибе; екіншісі, іс жүзінде (нақты тәжірибе ретінде) принциптік тұрғыдан мүмкін емес ойша тәжірибе, себебі ол идеалдандырылған объектілермен жұмыс істеуді қамтиды.

Мысал ретінде Галилейдің инерция заңын зерттеу кезінде жасаған ойша тәжірибесін қарастырайық. Ұсыну әдістемесі екі өзара байланысты кезеңнен тұрады, олар ойша тәжірибені қамтиды:

а) Нақты экспериментпен байланысты дайындық кезеңі. Алдымен шариктің жолақ бойымен төмен және жоғары қозғалуы зерттеледі, алынған үдеудің жолақтың қиғаштығына тәуелділігі анықталады. Содан кейін шариктің бастапқы итеруден кейінгі жолақ бойымен, көлденең орналасқан жолақта қозғалысы зерттеледі. Қарастырылған жағдайларда үдеудің себептері бойынша қорытынды жасалады.

б) Ой эксперименті кезеңі. Мәселені қою ретінде Аристотельдің түәйткілі ұсынылады: механикалық қозғалысты сақтау үшін міндетті түрде күш әрекет етуі қажет, сондай-ақ тұрақты күштің әсерінен дене тұрақты жылдамдықпен, яғни біркелкі қозғалады. Аристотель дұрыс па? Жоғарыда сипатталған дайындық кезеңінен мынадай қорытынды шығарылады: шариктің біркелкі емес қозғалысы жолақтың қиғаштығымен және шарик пен жолақ арасындағы үйкеліс әсерінен туындайды. Содан кейін Галилейдің ой тәжірибесі жүргізіледі.

Осы үшін олар мінсіз тегіс арна мен сонымен бірдей мінсіз тегіс шарды ойластырады, ол үйкеліссіз сырғып түседі. Егер арна көлденеңге қарай бұрылса, шар төмен қарай тұрақты оң үдеуымен қозғалады, оның жылдамдығы бірқалыпты артады. Арнаның көлбеулігі азайғанда, шардың үдеуі кеміп, жылдамдық баяулайды.

Содан кейін доптың сол самғағы арқылы жоғары қозғалысы итеру әсерінен қарастырылады. Бұл жағдайда доп бірқалыпты бәсеңдейді (теріс үдеу), оның жылдамдығы үдепсіз азаяды. Шлюздің көлбеу бұрышы неғұрлым аз болса, жылдамдық соғұрлым баяу азаяды.

Соңында, доптың мінсіз көлденең арна бойымен қозғалу жағдайы қарастырылады. Бұл жағдайда итеру әсерінен доп белгілі бір жылдамдыққа ие болады, ол енді мөлшерімен де, бағытымен де өзгермейді (жылдамдықты арттыру немесе азайту үшін ешқандай себеп жоқ). Бұдан кейін инерция заңы тұжырымдалып, оның күнделікті өмірде және техникада көрініс табу мысалдары келтіріледі.

Ескерейік, зерттелетін нысан немесе құбылыс туралы ақпарат алу әдістерін түсіну – сәйкес ұғымды қалыптастырудың міндетті шарты болып табылады. Ұғымның нақты шындыққа тәуелділігін Гегель де атап өткен: «Шындық – ойлаудың нысанмен сәйкестігі, ал мұндай сәйкестікті жасау үшін, өйткені ол өздігінен берілген нәрсе ретінде жоқ, ойлау нысанға бағынуы, онымен сәйкестенуі қажет» [1, Б. 21]. Сондықтан ғылыми әдістің негізіне осы әдіс арқылы танылатын құбылыстың заңдылықтары қойылуы тиіс. Тек осындай әдіс ғана шынайы білім алуға мүмкіндік береді. Сол себепті білім алу тәсілін түсіну ұғымдардың қалыптасу процесінің маңызды элементі болып, оқыту барысында өз орнын табуға тиісті.

3. Оқу физикалық экспериментін (көрнекі немесе зертханалық) ұйымдастыру әрқашан оны жүзеге асыру шарттарын таңдап алумен байланысты болады, сол арқылы белгілі бір құбылыс немесе оның заңдары ең таза және бұрмаланбайтын түрде көрініс табады. Бұл оқушылар үшін әрдайым айқын бола бермейді, сондықтан эксперимент өткізу кезінде оның қалаған нәтижелерге қол жеткізуге мүмкіндік беретін әрекеттерін талдау қажет. Бұл әсіресе мектеп жағдайында маңызды. Оқушыларға әр жолы демонстрациялық немесе зертханалық жұмыстардың таза өткізілу жолы көрсетілуі тиіс. Оқу экспериментінің тиісті талдауы басқа педагогикалық тапсырмаларды орындау кезінде де тиімді болуы мүмкін: құбылыстың көрнекі образын жасау, физикалық заңды көрсету және, әсіресе, теориялық ойлауды қалыптастыру.

Сол сияқты, импульстің сақталу заңын зерттегенде әдетте механикалық соққы (серпімді немесе серпімсіз) көрсетіледі. Эксперименттің таңдалуы қалай түсіндірілетінін? Соққының ерекшелігі мынада: ол өте қысқа уақытқа созылады, осы уақыт ішінде сыртқы күштер әрекеттесетін денелерге айтарлықтай жылдамдық беруге үлгермейді, өйткені бұл күштер соқтығысатын денелер арасындағы әрекеттесу күштерімен салыстырғанда аз. Осы жағдай соқтығысатын денелер жүйесін жабық деп есептеуге мүмкіндік береді. Оны оқушыларға түсіндіру аса қиын емес, сонымен қатар оларды идеалданған объект – оқшауланған жүйені жасауға жетелеуге болады, онда импульстің сақталу заңы дәл орындалады.

Соғысып тұрған денелерді соққы кезінде оқшауланған жүйе ретінде қарастыруға болатыны туралы қорытынды ғылыми идеализация мен күрделілігі мен әртүрлілігімен ерекшеленетін нақты құбылыстар арасындағы байланыстарды орнатуда маңызды сәт болып табылады. Егер импульстің сақталу заңы бастапта ой эксперименттері арқылы Ньютон заңдарының салдары ретінде теориялық жолмен алынса, кейін оны нақтылау үшін оқушылармен бірге осы заңды тәжірибе жүзінде тексеру жолдарын іздеуге болады.

Басқа мысалды қарастырайық. Ом заңының бір бөлік үшін бастапқы зерттеу кезінде бастапқы нүкте эксперимент болып табылады. Бірақ бұл жағдайда мектеп оқушыларымен идеализация мәнін талқылау тиімсіз болуы мүмкін, дегенмен белгілі болғандай, мұғалімге осы заңды көрсету үшін жанама құбылыстарды жоятын және қажетсіз факторларды өтейтін бірқатар шараларды қабылдауға тура келеді, бұл, өз кезегінде, оқушыларды аталған заңның дұрыс екеніне сендіруге мүмкіндік береді. Дегенмен, идеализация мәселесін оқушылар өткізуші төзімділіктің неге байланысты екенін анықтау қажеттілігі туындаған сәтте көтеру қажет. Оған әртүрлі ортадағы электр тогының табиғаты зерттелгенде де қайта оралуға болады. Физикалық заңды жасау кезінде идеализацияның мәні неде екені (және қалай жүзеге асырылатыны) туралы талқылау тек дүниетанымдық тұрғыдан ғана емес, сонымен қатар оқушыларға нақты құбылыстарды зерттеу кезінде ғылыми идеализацияны жүзеге асыру қабілетін қалыптастыру үшін, сондай-ақ оны қажеттілігін және ғылыми танудағы тиімділігін көрсету үшін де маңызды екенін атап өту керек.

4. Физиканың эксперименттік және теориялық әдістерінің өзара байланысының бір жағы нақты және ойша эксперименттердің қатынастарын талдау арқылы ашылуы мүмкін, оларды оқытуда мақсатты түрде қолданған кезде маңызды дидактикалық функцияларды орындай алады. Оқу физикалық тәжірибесі ойша эксперимент жүргізу дағдысын қалыптастыру үшін қажетті негіз екені айқын. Көріністі нақты эксперимент жағдайында бақылау және кейін оны ойша қайта елестету негізінде нәтижелерін талдау – бірінші қадам.

Ой арқылы эксперимент әдісін меңгерудің екінші қадамы – алған білімді физикалық есептерді шешуде қолдану, бұл да оймен тәжірибе жасауды қажет етеді, өйткені кез келген есепті шешу белгілі бір тәжірибелік жағдайды құрумен бірге жүреді. Бірақ бұл абстракциялар, идеализациялар, теориялық конструкциялардың рөлін азайтпайды. Тәжірибелік және теориялық әдістер арасындағы байланыстарды жүзеге асыру үшін теориялық ойлауды қалыптастыруға сай тәжірибелік есептерді қолдану тиімді.

Келесі қадам – ой эксперименттерін жүргізу, олардың арқылы мектеп физикасының бағдарламасындағы кең ауқымды мәселелерді зерттеуге болады (еркін түсу, импульстің сақталу заңы, кинетикалық энергияның өзгеру теоремасы, молекулалық-кинетикалық теорияның негізгі теңдеуі және т.б.). Сол уақытта ой эксперименті, мүмкіндігінше, нақты тәжірибемен аяқталуы тиіс, ол бірінші эксперименттің қорытындыларын растайды.

Қорытындылар. Осылайша, физикада эксперименттік және теориялық тану әдістерінің өзара байланысын пайдалану тек қана оқу физикалық экспериментін қою және жүргізу кезінде ғана емес, сонымен қатар физикалық есептерді, әсіресе эксперименттік есептерді шешу кезінде теориялық ойлауды қалыптастыратын тиімді құрал болып табылады. Физикалық экспериментпен абстрагирование теориялық әдісі байланысты, атап айтқанда ғылыми идеализация әдісі, ол тек ойша экспериментте ғана мүмкін.

Қолданылған әдебиет:

1. Давыдов, В.В. Оқытудағы жалпылау түрлері / В.В. Давыдов. – Мәскеу: Педагогика, 1972. – 214 б.

2. Каменецкий, С.Е. Орта мектеп физика курсындағы модельдер мен аналогиялар / С.Е. Каменецкий, Н.А. Солодухин. – Мәскеу: Просвещение, 1982. – 96 б.

3. Мултановский, В.В. Мектеп курсындағы физикалық өзара әрекеттесу және әлем туралы түсінік / В.В. Мултановский. – Мәскеу: Просвещение, 1977. – 167 б.