Физика в школе, 2018, № 6
научно-методический журнал
Покупка
Тематика:
Физика. Астрономия
Издательство:
Школьная Пресса
Наименование: Физика в школе
Год издания: 2018
Кол-во страниц: 64
Дополнительно
Тематика:
ББК:
УДК:
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
enjwjisa в wuseiue
Образован в 1934 году Наркомпросом РСФСР. Учредитель — ООО «Школьная Пресса». Журнал выходит 8 раз в год
СЛОВО ОБ УЧИТЕЛЕ
► М.А. Бражников Григорий Иванович Фалеев. Фрагменты биографии................3
МЕТОДИКА. ОБМЕН ОПЫТОМ
► А.Е. Айзенцон О методах решения физических проблем...............................8
► Г.Г. Никифоров
Оценка погрешностей в лабораторных работах как необходимый элемент освоения научного метода....................15
► Ю.В. Казакова Экспериментальное решение физических задач как средство активизации познавательного интереса учащихся........24
ЭКСПЕРИМЕНТ
► В.Л. Рыппо, А.А. Орлов, С.В. Зуева
Использование воронки на трифилярном подвесе для исследования порошковых материалов...........................30
Воспитание школьников
► Ш.Г. Зиятдинов
К вопросу о патриотическом воспитании учащихся при изучении физики.......................................................33
Школа - ВУЗ
► С.Р. Испирян, И.В. Кривенко, М.О. Касерес
Лабораторные практикумы и научно-исследовательская работа школьников в университете как форма адаптации к обучению в ВУЗе.........................................................40
► Г.С. Богданов, А.В. Бочкарев, И.А. Герасимов, С.А. Ванькова
Элементы подготовки к предпрофессиональному экзамену в инженерных классах.............................................48
АСТРОНОМИЯ
Р.Н. Щербаков
От явлений природы - до Вселенной в целом (вопросы современной космологии на уроке)..................
М.Ю.Королев
Большой телескоп азимутальный: история создания и современность .
. . 51
61
Журнал рекомендован Высшей аттестационной комиссией (ВАК) Министерства образования и науки Российской Федерации в перечне ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученой степени доктора и кандидата наук. Журнал зарегистрирован в базе данных Российского индекса научного цитирования. Распространяется в печатном и электронном виде.
Главный редактор Е.Б. Петрова, д.п.н., доцент / Petrova, Е.В. DrSci in Education, Associate Professor Редактор Э.М. Браверман, к.п.н. / Braverman, Е.М. PhD in Education Зав. редакцией Е.Н. Стояновская / Stoyanovskaya, E.N.
Состав редколлегии
Демидова М.Ю., д.п.н., доцент Demidova, M.Yu. DrSci in Education, Associate Professor
Засов А.В., д.ф.-м.н., академик МАП, Zasov, A.V. DrSci of Physics and Mathematics, Academician of the
профессор MAS, Professor
Королев М.Ю.. д.п.н., к.ф.-м.н., Korolev, M.Yu. DrSci in Education, PhD of Physics and
доцент Mathematics, Associate Professor
Майер В.В., д.п.н., профессор Mayer, V.V. DrSci in Education, Professor
Наумов А.В., д.ф.-м.н., доцент, Naumov A.V., DrSci of Physics and Mathematics, Professor Russian
профессор РАН Academy of Sciences
Никифоров Г.Г., к.п.н., Nikiforov, G.G. PhD in Education, Leading researcher
ведущий научный сотрудник
Пентин А.Ю., к.ф.-м.н. Pentin, A.Yu. PhD of Physics and Mathematics
Плахотник Т.В., к.ф.-м.н., приват Plakhotnik T.V., PhD of Physics and Mathematics, privat-docent, school
доцент, школа математики и физики of mathematics and physics, University of Queensland, Australia
университета Квинсленда, Австралия
Сауров Ю.А., д.п.н., профессор, Saurov, Yu.A. DrSci in Education, Professor,
член-корреспондент РАО Associate member RAE
Ханнанов Н.К., к.х.н. Khannanov, N.K. PhD in chemical Sciences
Чулкова Г.М., д.ф.-м.н., доцент Chulkova, G.M. DrSci of Physics and Mathematics, Associate Professor
ООО «Школьная Пресса»
Корреспонденцию направлять по адресу: 127254, г. Москва, а/я 62
Тел.: 8 (495) 619-52-87, 619-52-89.
Интернет http: // www-школьнаяпресса.рф E-mail: fizika@schoolpress.ru
Формат 84x108/16. Усл. п. л. 4,0. Изд. № 3236. Заказ
Журнал зарегистрирован Федеральной службой по надзору за соблюдением законодательства в сфере массовых / коммуникаций и охране культурного наследия, свидетельство о регистрации ПИ № ФС 77-38550 от 21.12.09.
Охраняется Законом РФ об авторском праве. Запрещается воспроизведение любой журнальной статьи без письменного разрешения издателя. Любая попытка нарушения закона будет преследоваться в судебном порядке.
Отпечатано в АО «ИПК «Чувашия», 428019, г. Чебоксары, пр. И. Яковлева, д. 13.
© ООО «Школьная Пресса», © «Физика в школе», 2018, № 6
СЛОВО ОБ УЧИТЕЛЕ
ГРИГОРИЙ ИВАНОВИЧ ФАЛЕЕВ. ФРАГМЕНТЫ БИОГРАФИИ
М.А. Бражников, к.п.н., старший научный сотрудник М.А. Brazhnikov, PhD (Pedagogy), senior academic
ИХФ РАН, Москва; birze@inbox.ru researcher of ICP RAS, Moscow; birze@inbox.ru
Ключевые слова: методика обучения физике, рабочие Key words: the method of teaching physics, of teaching,
книги, Фалеев, Перышкин workbooks, Faleev, Poryshkin
В статье рассмотрены фрагменты биографии известного In the article it is considered the fragments of the
физика-методиста Г.И. Фалеева, первого главного ре- biography of the well-known physicist-methodologist G.l.
дактора журнал «Физика в школе» и соавтора первого Faleev, who was the first editor-in-chief of the journal
стабильного учебника физики в СССР «Physics at School» and co-author of the first stable
physics textbook in the USSR
Григорий Иванович Фалеев родился 4 февраля 1880 г. (ст. стиля) в Москве в семье титулярного советника Ивана Андреевича Фалеева [1]. И.А. Фалеев (1841-1885), сын часовщика, начал службу рядовым Московского батальона внутренней стражи в декабре 1863 г., через 10 лет он уже — делопроизводитель полка, а в 1877 г., точнее с 31 декабря 1876 г., — заведующий типографией и хозяйственной частью штаба Московского округа¹ ². Послужной список И.А. Фалеева свидетельствует о его организаторских способностях, которые были и у его
¹ Фотография из статьи Н.Е. Парфентьевой «Александр Васильевич Перышкин» // «Физика» ПС. 2002. № 33.
² В Архиве кафедры «Теории и методики обучения физике» МПГУ есть машинописная копия «Послужного списка <...> Фалеева» из ЦГВИА СССР [Ф. 1606, Оп. 6. Д. № 5], которая отражает служебный путь И.А. Фалеева.
Информация, содержащаяся в послужном списке, согласуется с данными адресно-справочной книги «Вся Москва», согласно которой И.А. Фалеев в 1875 г. — исполняющий должность делопроизводителя 4-го Гренадерского генерал-фельдмаршала кн. Барклая де Толли полка, коллежский асессор [2, с. 183], а позже — заведующий типографией и хозяйственной частью Штаба Московского округа, титулярный советник [3, с. 19].
младшего сына. Старший брат, Н.И. Фалеев (1872—1941), первоначально выбрав военную карьеру, впоследствии стал писателем, а Григорий Иванович Фалеев, окончив в 1900 г. 1-ю Московскую гимназию [4], затем поступив на физико-математический факультет Императорского московского университета, впоследствии стал учителем.
В январе 1906 г. Фалеев после состоявшейся перед Испытательной комиссией по отделению математических наук защиты оканчивает университет, а в сентябре 1907 г.
® Любое распространение материалов журнала, в т.ч. архивных номеров, возможно только с письменного согласия редакции.
ФИЗИКА В ШКОЛЕ 6/2018 получает диплом второй степени [1]. Срок обучения в университете был тогда 4 года, по-ви,димому, учеба прерывалась в связи с женитьбой Г.И. Фалеева на А.А. Извековой и рождением в октябре 1904 г. сына Дмитрия³. С января 1907 г. Г.И. Фалеев становится преподавателем физики и математики в женской и мужской гимназиях в г. Шуе. Шуя, уездный город Владимирской губернии, в прошлом веке подчинялся попечителю Московского учебного округа. Судя по энттикло-педической справке, это был достаточно благополучный город, почти половина жителей его были грамотны, в городе были и свой театр, и библиотека, и земская больница, а кроме гимназий — городские училища [5]. Для будущего учителя-методиста важно было получить опыт работы в обычной школе простым учителем. Вероятно, Фалеевым руководили совсем другие, «экономические», соображения в пользу учительства вне Москвы, но для будущего автора всесоюзного учебника — это был очень важный опыт. Летом 1909 г. Фалеева призывают в армию, можно предположить, что на Кавказ, и вот почему. В 1909—1910 гг. во Владикавказе организуют военную учительскую семинарию для подготовки учителей станичных школ [6], а с августа по декабрь 1910 г. Г.И. Фалеев распоряжением попечителя Кавказского учебного округа является преподавателем-наставником в этой семинарии [1]. Это уже другая грань профессии — подготовка учителей. В декабре 1910 г. Г.И. Фалеев назначен преподавателем физики и математики только что организованного Ковровского реального училища, менее чем через год, в августе 1911 г., он уже и.о. инспектора. В таком качестве Г.И. Фалеев пребывает, вероятно, до 1917 г.⁴, когда в г. Юже⁵ * (в начале XX века ³ Д.Г. Фалеев, по воспоминаниям И.И. Фалеевой, служил в 1941 г. в ополчении и пропал без вести. ⁴ Формулярный список, хранящийся в ГИА, составлен по состоянию на 1 мая 1915 г. ⁵ Города Южа, Шуя и Ковров образуют на карте это крупный рабочий поселок с населением более 8 тыс. человек) открывается гимназия, организатором и первым директором которой стал Г.И. Фалеев [7]. Через три года, в 1920 г., Г.И. Фалеев вновь в Москве, с этого времени и до конца своей жизни он работает учителем физики в школе № 59⁶ ⁷ [8]. Конечно, причины возвращения в Москву могли быть различными и, прежде всего, личными, но в 1917—1920-е годы в России имела место турбулентность, которая на уровне отдельного человека виделась проявлением .личной истории каждого, а вместе с тем имела вполне определенные тенденции, обусловленные временем. В 1914 г. в среднем семья рабочего из четырех человек в Москве в год получала около 600 р. [9], Г.И. Фалееву в Коврове выплачивалось в 1915 г. в год жалования 2625 р., наверное, такое материальное положение можно было признать приемлемым и устойчивым, но I Мировая война, а затем и революция обесценили прочность ранее достигнутого материального положения и в провинции, и в столице. При этом фактор красного террора и повсеместный голод заставлял одних уезжать из Москвы (ее население в 1917—1920 гг. сократилось на 800 тыс. человек), а других, из провинции, приезжать в Москву с одной лишь целью — закрепиться и обустроиться там, где тебя мало кто знал [10]. Каковы бы ни были причины переезда Г.И. Фалеева в Москву, второй московский период его жизни был наиболее плодотворным. В 1925 г. Г.И. Фалеев организует при школе № 59' производственные мастерские по изготовлению физических приборов [11]. Эта работа найдет свое отражение в одной из первых публикаций Григория Иванови равносторонний треугольник со стороной около 50 км. ⁶ Этот номер школа приобрела лишь в 1933 г., с 1920 по 1933 гг. она неоднократно меняла свое название и номер, в том числе была и опытной школой МОНО № 9. ⁷ В те годы фабрично-заводская семилетка. ® Любое распространение материалов журнала, в т.н. архивных номеров, возможно только с письменного согласия редакции.
СЛОВО ОБ УЧИТЕЛЕ 5 Первый номер журнала «Физика в школе» ча «Рабочий ятпик по механике. Конструкция и описание опытов», вышедшей в серии «Мастерские наглядных пособий ПТО МОНО». Всего в 1927 г. мастерские предлагали около 30 отдельных приборов и комплектов (ящик по механике, ящик по теплоте, оптическая скамья) по основным разделам физики. Конечно, при создании мастерских, как и при организации гимназии, проявляются организаторские способности Фалеева, подкрепленные, в данном случае, идеями Единой трудовой школы о производственном труде, а также нехваткой школьного учебного оборудования. Начиная с середины 1920-х гг., Г.И. Фалеев регулярно публикует работы по преподаванию физики. Так, с 1926 г. по 1931 гг. им были написаны и изданы сборники заданий, сборники лабораторных работ (в соавторстве с А.А. Торчинским), рабочие книги по физике (в соавторстве с Н.И. Преображенским). К началу 1930-х гг. Г.И. Фалеев — зрелый педагог, имеющий разносторонний опыт работы в области преподавания физики и организации школьного дела. В 1932 г. он собирает команду из молодых педагогов: А.В. Перытпкина, В.А. Двинянинова⁸ и И.И. Попова, которые пишут учебники физики для V—VII классов фабрично-заводской ⁸ Известны его публикации в 1930—1940 гг. по школьному физическому эксперименту и приборам. Последний предвоенный выпуск семилетки и I—III классов школы коммунистической молодежи [8]. После полутора десятилетий преуменьшения (вплоть до отрицания) роли учебника и классно-урочной системы обучения постановления ЦК ВКП(б) об образовании 1931—1933 гг. потребовали написания стабильного учебника физики для школы-семилетки и школы-десятилетки. Г.И. Фалеев и А.В. Перышкин на базе уже разработанного курса [8] создали оба комплекта учебников, редактором для VI—VII и VIII—IX классов (из трех книг для 8-10 классов) стал проф. О.Д. Хвольсон (1852—1934), редактировавший и последнее, 1917 г., дореволюционное издание учебника физики К.Д. Краевича, что должно было подчеркнуть преемственность образовательного процесса. Новый курс физики для неполной и полной средней школы, созданный Г.И. Фалеевым и А.В. Перышкиным, был не единственным в те годы. Так, для старшей школы в 1938 г. вышел учебник И.И. Соколова. Эти учебники, как со временем стало ясно, заметно изменили преподавание физики в СССР. Конечно, при внимательном чтении «Рабочих книг» Г.И. Фалеева и учебника физики, например, для VI класса можно увидеть, что в ряде случаев материал учебника текстуально и иллюстративно совпадает с материалом рабочих книг (организация го ® Любое распространение материалов журнала, в т.ч. архивных номеров, возможно только с письменного согласия редакции.
ФИЗИКА В ШКОЛЕ 6/2018 родского водопровода, устройство артезианских скважин и т.п.). В этом проявилась не только авторская преемственность рабочих книг и учебников, но и преемственность идей политехнического образования. Тем не менее, между этими двумя типами учебных книг было и существенное различие. Оно касалось, прежде всего, системного и тематически последовательного изложения физики в учебниках, в которых материал развертывался в логике предмета, а не в логике «комплексов»: дом, транспорт и т.п., рекомендованных «сверху» в 1920-е — начале 1930-х гг. Как и современные учебники физики, так и учебники Г.И. Фалеева, А.В. Перыш-кина требовали методического сопровождения. Над методикой обучения по новым учебникам работали и А.В. Перышкин⁹, и коллеги из методической школы Ленинграда¹⁰ ¹¹, и, конечно, сам Г.И. Фалеев, который публиковал статьи в журнале «Математика и физика в средней школе». Среди них — заметки о лабораторном оборудовании, методические указания к конкретным темам физики, общие замечания по школьному курсу¹¹. Организационная работа в журнале (как прежде во вновь создаваемых: семинарии, гимназии, училище) привлекает Г.И. Фалеева, и в 1937 г. начинает свою жизнь, уже независимо от математики, журнал «Физика в школе»¹² ¹³, выпуски которого с № 3 как ответственный редактор подписывает ⁹ Перышкин А.В., Изволенская В.А. Методические материалы к программам (на 1 и 2 полугодие 1933/34 уч. г.) / Сост. сотрудниками МОНИМИ А. Перышкиным и В. Изволенской. М., 1933. ¹⁰ Методические письма, составленные Ленингряд-ским заочным институтом к учебнику Г.И. Фалеева и А.В. Перышкина. Курс физики. Л., 1935. ¹¹ «Демонстрация стоячих волн» — N« 1, 1934 г.; «Первые занятия по физике» (V класс) и «Проработка законов Ньютона в VI классе» — No 2, 1934 г.; «Оборудование лаборатории по физике в средней школе» - № 3, 1935 г. ¹² Журнал приостановил свою деятельность липть летом 1941 г. в связи с началом войны. Г.И. Фалеев, при этом число его публика-s 13 пип не уменьшается, а возрастает . По тематике все статьи можно разделить на две группы: лабораторные работы учащихся и оборудование для их проведения и частные вопросы методики обучения в средней школе, касающиеся, прежде всего, изучения механики. Эти последние статьи — своего рода методическое сопровождение только что вышедшего учебника. До революции за свой педагогический труд Г.И. Фалеев был награжден орденом Св. Станислава III степени, серебряной медалью в честь 300-летия Царствования Дома Романовых, а также бронзовой медалью за особые воинские заслуги [1]. Первые две награды — довольно обычные для добросовестного служащего, а последняя, можем предположить, связана с деятельностью на Кавказе. В СССР постепенно формируется своя система отличий, наград и званий. Так, в 1940 г. указом Президиума Верховного Совета РСФСР утверждается звание «Заслуженный учитель школы РСФСР», по сути, возрождается дореволюционное звание «Заслуженный преподаватель гимназии». В этом же 1940 г. Г.И. Фалеев удостаивается ¹³ Были опубликованы статьи: 1937 г.: No 4 — «Первые уроки в VI классе» (с. 25—31); «Проекция без проекционного аппарата» (с. 51—53); Nq 5 — «Определение g на опыте» (с. 70-71); No 6 — «Несколько замечаний по материалу IX класса» (с. 43); «Статика в курсе VEH класса» (с 46-60). 1938 г.: Ns 1 — «Несколько уроков по теме статика» (с. 17—23); No 3 — «Лабораторное оборудование курса VI и VII классов» (с. 68-72); Ns 4 — «Первые уроки физики в VIII классе» (с. 16—22); Ns 5-6 — «Вопросы и ответы» (с. 25—29). 1939 г.: No 2 — «Приборы по оптике в курсе VII класса» (с. 60—67); Ns 3 — «Испытания по физике в средней школе» (с. 25—29); Ns 4 — «Подготовка к уроку» (с. 26-31). 1940 г.: Ns 4 — «Что показали весенние испытания» (с. 16-20). 1941 г.: Ns 1 — «Физический кабинет неполной средней школы» (с. 52—59). Библиографию книг и учебников Г.И. Фалеева можно восстановить по электронному каталогу РНБ или РГБ, с 1926 по 1941 гг. вышли десятки изданий. ® Любое распространение материалов журнала, в т.н. архивных номеров, возможно только с письменного согласия редакции.
СЛОВО ОБ УЧИТЕЛЕ 7 нового звания, которое при публикации статей пишется впереди его фамилии. Впервые звание «Заслуженный учитель» появляется перед его фамилией как редактора журнала в № 5 за 1940 г., который был сдан в набор 15 августа 1940 г. Перед войной Г.И. Фалеев являлся депутатом Фрунзенского районного совета г. Москвы [11], руководил комиссией по просвещению. Последний предвоенный номер журнала «Физика в школе» был подписан 6 июня 1941 г. Он начинался со статьи о солнечных затмениях, в частности, о том, которое можно было бы наблюдать 21 сентября 1941 г. Однако 1 сентября 1941 г. школы Москвы не открылись, в том числе и № 59, в которой работал Г.И. Фалеев. Вместо регулярных занятий в январе 1942 г. была организована очно-заочная система обучения путем консультаций учеников по предметам учителями в специальных консультационных пунктах [10, 12]. В начале войны Г.И. Фалеев с женой Н.М. Архиповой и сыном Николаем, родившемся в 1941 г., эвакуировался из Москвы в Рязанскую область в с. Кирицы¹⁴. 18 июня в 1942 г. в с. Кирицы Г.И. Фалеев скончался, как было написано в некрологе, опубликованном уже после войны в возобновленном журнале «Физика в школе» [11]. Несмотря на то, что имя Г.И. Фалеева, отдавшего 35 лет преподаванию физики и ставшего одним из двух первых авторов самого известного учебника физики в стране, на слуху у профессиональных методистов, кроме юбилейных статей А.В. Перышки-на, посвященных 80-летию и 100-летию со дня рождения Фалеева, а также статьи Н.Е. Парфентьевой, посвященной столетию самого А.В. Перышкина (приложение «Физика» к газете «Первое сентября», 2002), трудно найти публикации о Г.И. Фалееве в современной литературе. Мы в ¹⁴ В с. Кирицы в бывшей усадьбе фон Дервизов располагался детский санаторий, эвакуированный на Алтай в 1941 г. настоящей заметке попытались суммировать весь доступный материал биографии Г.И. Фалеева и его вклад в методику обучения физике. Литература 1. Формулярный список о службе исполняющего обязанности инспектора, преподавателя физики и математики Ковровского реального училища / Российский государственный исторический архив Ф. 1349, Оп. 2, Д. 804, Л. 101-106. 2. Вся Москва. Адресная и справочная книга на 1875 год. Год 4-й. М.: Т-во А.С. Суворина «Новое время», 1875. 163, 920 с. 3. Вся Москва. Адресная и справочная книга на 1885 год. Год 14-й. Изд. вновь испр. и доп. П.М. Мартыновым. М.: Т-во А.С. Суворина «Новое время», 1885. 26 с., LX стб., 828 с., 1 план. 4. Гобза И.О. Столетие Московской 1-й гимназии (1804-1904). Краткий исторический очерк. М.: Синодальная типография, 1903. 444, 27 с. 5. Шуя// Энциклопедический словарь. СПб.: Изд. Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона, 1904. Т. XL. С. 27. 6. Бесолова А. А. Учебно-просветительская деятельность Терского казачьего войска во второй половине XIX в. и до 1918 г. // Известия Алтайского государственного университета. 2007. No 4—3 (56). С. 21—25. 7. Народное образование в Юже [Электронный ресурс] http ://yuzhane ws .narod. ru/history/narodnoe_ obrazovanie.htm. Дата обращения: 30 декабря 2017 г. 8. Перышкин А.В. Григорий Иванович Фалеев // Физика в школе. 1961. № 3. С. 31-32. 9. Кирьянов Ю.И. Бюджетные расходы рабочих России в конце XIX — начале XX вв. // Россия и мир. Памяти профессора Валерия Ивановича Бовыкина: Сб. статей. М.: «Российская политическая энциклопедия» (РОССПЭН), 2001. С. 308-330. [доступна: http:// www.hist.msu.ru/Lahour/Article/kirianov.htm] 10. Кирдин Г.С. Воспоминания. Т. 1. Отец. Жизненный путь Сергея Тимофеевича Кирдина. М.: ПРИНТ ПРО. 2016. 415 с. 11. Перышкин А.В., Галанин Д.Д., Горячкин Е.Н. Григорий Иванович Фалеев // Физика в школе. 1946. № 2. С. 161-162. 12. Бызова О.М. Народное образование Москвы в годы Великой отечественной войны // Вестник ТГУ. 2012. № 4. С. 339-342. ® Любое распространение материалов журнала, в т.ч. архивных номеров, возможно только с письменного согласия редакции.
МЕТОДИКА. ОБМЕН ОПЫТОМ
О МЕТОДАХ РЕШЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ
А.Е. Айзенцон, д.п.н., профессор, Рязанский государ- А.Е. Aizentson, DrSci (Pedagogy), Professor, Ryazan State
ственный университет имени С.А. Есенина, г. Рязань; University named after S.A. Esenin, Ryazan;
fonon-41@mail.ru fonon-41@mail.ru
Ключевые слова: творческие методы мышления, ин- Keywords: creative methods of thinking, intuition,
туиция, гипотезы, нейродинамическая система, флук- hypotheses, neurodynamic system, fluctuation, self-
туация, самоорганизация, модели атома, открытие organization, atom models, discovery
Развитие представлений о любом объекте мышления, The development of ideas about any object of thinking,
например, об атоме, осуществляется поддающимися for example, about an atom, is carried out by formalized
формализации творческими методами, а также ин- creative methods, as well as intuition, which goes
туицией, выходящей за пределы зоны ближайшего beyond the zone of the nearest development of the
развития нейродинамической системы neurodynamic system
Введение
Эволюционное развитие адаптации организмов к среде обитания наделило их нейродинамической системой головного мозга. Ее познавательная направленность дала предметам среды, их связям и их динамике вторую жизнь в виде нейромоделей [1]. Мышление создает параллельное «инобытие» физической реальности в виде умопостигаемых сущностей, «отражающих» ее с той или иной степенью достоверности и глубины. Совокупность мыслимых сущностей К. Поппер называл третьим миром [2, с. 71].
Поскольку предназначение нейромоделей — быть «коррелятами» оригиналов, неудивительно, что в их среде действуют те же механизмы конкуренции и отбора. Ключевую роль в них играет верификация путем эпизодического сопоставления нейромоделей с их исходными реальными сущностями. Например, одно из достижений эволюции — движение организмов с целью исследования среды. Этой же цели посвящено развитие рецепторов и связанных с ними отделов мозга. В результате, напри
мер, зрение избавляет организмы от лишних движений и расширяет исследуемое поле. Иными словами, нейромодели-дублеры осуществляют управляемое «внутреннее движение» и тестируют взаимодействия не сразу, а через какое-то количество этапов, сопоставляя с практикой. Нейромодели относительно автономны и потому могут находить основания для своего развития в самих себе: фрагменты знаний взаимодействуют в мозгу и имеют «валентности» для усложнения своих структур [3-6].
Это опровергает гипотезу Платона, полагавшего, что мы лишь «вспоминаем» идеальные формы из прошлой жизни души. Его гипотеза перескакивает через пропасть длительного развития нейромоделей в тесной связи со средой. Мир Платона подменяет развитие мыслимой реальности шагом к некоему теневому «складу» готовых продуктов, глубоко зарытому в неопределенномистических пластах.
Эволюционная память, безусловно, играет в творчестве огромную роль, но когда речь идет о той памяти, на которую ссылается Платон, то естествен вопрос о ее базе.
® Любое распространение материалов журнала, в т.н. архивных номеров, возможно только с письменного согласия редакции.
МЕТОДИКА. ОБМЕН ОПЫТОМ 9 Если она «зашита» в геноме, то каков механизм ее пробуждения? Внезапное озарение, посещающее человека, действительно воспринимается как доставка готового продукта, данного «свыше», однако это ложное впечатление возникает по двум причинам. Во-первых, бифуркация происходит так быстро, что мышление не успевает прослеживать путь этой доставки. Во-вторых, по причинам, изложенным в работе [6], оно неспособно к этому в принципе, поскольку основания бифуркации остаются неосознанными. Однако об их наличии свидетельствует хотя бы тот факт, что озарение посещает только подготовленных к ним индивидов, располагающих развитыми нейромоделями, которым недостает лишь слабого толчка для развития бифуркации. Всякий другой индивид, столкнувшийся с тем же готовым продуктом, будет подобен бушмену, нашедшему в диком лесу ноутбук. Интересным примером может служить открытие реликтового излучения. А. Пен-зиас и Р. Вильсон ничего не знали о его теоретическом предсказании. Поэтому, обнаружив, что антенна их радиотелескопа принимает шум в микроволновом диапазоне, они предположили, что его вызывают разного рода помехи, в частности, помет голубей. Однако, устранив помехи, они выяснили, что шум не только не исчез, но и не зависит ни от направления антенны, ни от времени года. Здесь открытие возникло не в результате его направленного поиска, а вследствие пытливости хорошо подготовленных экспериментаторов, грамотно обнаруживающих проблемы и грамотно их разрешающих. Да, творец строит новые связи с помощью лишенной языка интуиции на ощупь, вслепую. Однако содержание находки он идентифицирует на базе предшествующих ей знаний, которые накапливаются средствами мышления и деятельности в тесной связи с материальным миром. При этом вмешательство мистики может быть устранено бритвой Оккама. Самоорганизация нейромоделей атома Обсужденные нейромодели формируются при самоорганизации нейродинамической системы мозга под воздействием внутри организменных и внешних сигналов, поступающих через органы чувств. При этом даже в стабильной среде, из-за неполноты корреляции между объектами и их нейромоделями, последние эпизодически уточняются в процессе когнитивной деятельности. Пример — модель атома водорода — структуры, которая представляется простейшей по отношению к атомам других элементов и их совокупностям, лежащим в основе жизни, и сложной, если заглянуть внутрь атома. В работах [2—3] мы обсуждали вопросы, связанные с формированием атома водорода, то есть на основе относительно стабильных нейромоделей рассматривали внешнюю по отношению к ним структуру в стадии ее самоорганизации. Это позволило выявить некоторые проблемы понимания самоорганизации вообще, безотносительно к физической природе системы. Теперь совершим мысленный реверс: взяв в качестве стабильного оригинала уже сформированный атом водорода, рассмотрим самоорганизацию его нейромоделей. Для удобства обсуждения используем при этом образ стада оленей, испытывающего бифуркацию при пересечении хищником условного периметра безопасности [1]. Первые «хищники», покусившиеся на равновесный нейродинамический аттрактор — древнегреческую модель мельчайшего бесструктурного неделимого элемента материи (атома) — появились в начале XX века. Ими стали нейромодели электрона, рентгеновских лучей и радиоактивности. Однако «чуткости стада» не хватило для адекватной оценки «агрессивности» этих «хи ищи ков» — опирающийся на память инструментарий не сумел их должным образом классифицировать. С другой стороны, им нельзя было уже не позволить пересечь «периметр безопасности» прежней нейромодели. Это ® Любое распространение материалов журнала, в т.ч. архивных номеров, возможно только с письменного согласия редакции.
ФИЗИКА В ШКОЛЕ 6/2018 и вообще свойственно «нормальной» науке (в терминологии Куна [7]) — она с трудом принимает нова тпти; сопротивляясь им до последнего. Поэтому классическая физика потеснилась незначительно — пошла на консервативный компромисс, впустив маленький электрон внутрь большого атома с минимальными потерями для своего формализма. И все же урон представлению о бесструктурности атома был нанесен — как относительно его размеров и массы, так и его заряда: отрицательный заряд электрона в нейтральном атоме нужно было чем-то компенсировать. В результате нейромодель атома в пред ста в лении Дж.Дж. Томсона самоорганизовалась в виде «булки» положительного заряда с «изюминами» электронов. Стадо впустило хин i н и ка внутрь себя, и расплата пришла в липе Резерфорда. Его размышления над статистикой рассеяния тонкой фольгой альфа-частиц породили новых «хи in ников», которые уже не могли не порвать «булку». В неравновесных руинах остались только разрозненные частицы атома и классические законы механики и электролинамики, обязанные как-то обосновать «плавание» этих частиц в пустоте. Возможно, в это диссипативное неравновесное нейронное образование входила и нейромодель Солнечной системы — с той поправкой, что комета к Солнцу притягивается, а а-частица от ядра отталкивается. Но возможно, эта аналогия оставалась и вне диссипативной системы — среди тех факторов, которые внезапно увязали несопоставимые по природе и масштабу явления и вызвали бифуркацию. Нейромодель Резерфорда удовлетворительно отразила известные на то время физические проявления реальности, пока сама не пришла в неравновесное состояние под действием атак новых «хищников». Ими стали теоретическая неизбежность излучения «планетарного» атома, вследствие ускоренного движения электрона по орбите, и наблюдаемые на практике проявления этого излучения, спектр которого от предполагаемого непрерывного отличался дискретностью. Самоорганизация очередных руин произошла и в нейромоделях Бора. Как и Резерфорд, он опирался на уже существующие нейромодели: атома Резерфорда и эмпирической формулы, выражающей дискретность спектра наблюдаемого излучения. Кроме того, Бор не ограничился классическим базисом и связал проблемную нейромодель еще с одной — с квантовой идеей Планка. Она и побудила его размножить число орбит, в соответствии с состояниями возбуждения атома, и принудительно внести постулаты, ограничивающие его излучение: в стационарном состоянии излучение отсутствует, а при переходах из одного в другое оно возникает. К своему счастью и, одновременно, несчастью, модель Бора отвечала требованию фальсифицируемости (по Попперу), т.е. допускала ее проверку и опровержение [8, с. 245]. В результате, вследствие внутренних противоречий — несовместимости классических и квантовых представлений, — его нейромодель оказалась неадекватной проявлениям атомов, более сложных, чем водородоподобные. Поэтому она также утратила равновесное состояние и претерпела бифуркации, побуждаемые уравнением Шредингера в итттерпрета пии Борна [9]. Однако во всем вышеизложенном нас интересует не история атомной физики, а разновидности самоорганизации творческой мысли на примере одной из ее проблем. О творческих методах физики Бифуркации неравновесных нейромоделей объектов физики возникают под влиянием внешнего мира с использованием их внутренних связей, а также связей с другими нейродинамическими блоками. Почти всегда возникают связи с памятью и аппаратом творческих методов мышления — «от противного», «от такого-то предполагаемого решения» и т.д. К ним относятся: обобщение; вычленение элементов (анализ); их ® Любое распространение материалов журнала, в т.н. архивных номеров, возможно только с письменного согласия редакции.
МЕТОДИКА. ОБМЕН ОПЫТОМ 11 суммирование с учетом взаимосвязи (синтез); сопоставление; дополнение до целого; ограничение; опосредование и пр. При этом возникают разветвления, возвраты назад с новым взглядом и переформулирование условия задачи. Так же строят некоторые программы для компьютеров. Однако, в отличие от них, наряду с известными эвристическими методами, на бифуркацию могут влиять и неопределимые, неалгоритмические факторы — внешние и внутренние раздражители, физическое и эмоциональное состояние и т.п. Не относясь непосредственно к условию задачи и ходу размышлений, они могут повлиять на характер неравновесно-сти системы или сыграть роль флуктуации, воздействующей на ее параметр порядка. Выше упоминался один из методов — ассоциативный. Он использован в резерфор-довской самоорганизации и даже отражен в названии аттрактора — «планетарная модель атома». Ассоциативные связи — по сходству или контрасту, по смежности в пространстве и/или во времени — переносят необычное в область освоенного, и часто служат эффективным методом эвристики. Достижение Резерфорда можно, по-видимому, интерпретировать как экстраполяцию метода «по аналогии» от проблемной неравновесной модели к базе данных и операций классического формализма механики и электродинамики. Их творческое преобразование и создало тех «хищников», потребности и возможности которых оказались «комплементарны» объекту «охоты». Инструмент ассоциативных связей не исключает и алгоритмизации: если ввести в мощный современный компьютер исходные данные и результаты экспериментов Резерфорда и задать широкий поиск аналогий, то, возможно, он приблизил бы нас к результату. Однако подобные соображения задним числом бесперспективны и могут выглядеть не вполне уместными, поскольку приуменьшают заслуги предшественников, благодаря которым и стали возможны такие методы. К тому же, по причинам, изложен ным в работе [6], ни самому Резерфорду, ни нам сегодняшним не дано знать, что именно вызвало бифуркацию его мышления. Тайные лабиринты мысли между отдаленными областями знаний в отсутствие четко заданных критериев не каждому даны и содержат интуитивные компоненты. Как правило, обнаруженные ассоциации не допускают простого, .линейного, переноса: он требует изощренных профессиональных адаптаций, убедительных доказательств, согласованности с другими знаниями, а также формы, отвечающей требованию фальсифицируемости. Этот комплекс сложен и содержит неопределенности. Малейшее движение творческой мысли, т.е. изменение связей нейронов, если оно относится к зоне ближайшего развития [7], может оказаться командой к самоорганизации нейронной сети, определяющей элементы и вид новых связей. Все это делает алгоритмизацию подобных открытий проблематичной, по крайней мере, пока. Приведем и более яркий пример ассоциаций, относящийся к открытию активаторов пищеварения в кишечнике Рассказывают, что, когда на конференппи внезапно погас свет, физиолог А.М. Уголев продолжал в полумраке всматриваться в снимок поверхности кишки на странице книги Однако с появлением света выяснилось, что за кишку он принял известный катализатор — губчатую платину. И тут ученого осенило: поверхность кишки — тот же катализатор, но только процессов расщепления пищи. Возникшая ассоциация стимулировала «прошивку» новой связи между нейромоделями реальностей. Если же воспользоваться образом хищника и стада оленей, то от констатации результата можно приблизиться к его механизму. Направленность мышления на пищеварительные свойства поверхности кишки превратила предмет размышлений в нестабильное «стадо», предчувствующее «хищника» Дистанция хищника от периметра безопасности модели определялась, главным образом, соответствием ее искомо ® Любое распространение материалов журнала, в т.ч. архивных номеров, возможно только с письменного согласия редакции.
ФИЗИКА В ШКОЛЕ 6/2018 го качества и потребностей хищника. Каталитические свойства губчатой платины и оказались тем хищником, пересекшим периметр безопасности и вызвавшим бифуркацию. Здесь, как и в случае с Резерфордом, перенос по аналогии мы констатируем уже постфактум, что также создает ложное впечатление его простоты, которое усиливается разницей во времени: зону ближайшего развития прошлого мы оцениваем из этой зоны в настоящем. Однако такая позиция, неприемлемая в научно-историческом анализе, и корректна, и востребована при обучении. Следствия для обучения физике В каком-то смысле ученый и учащийся равны, только один учится у природы, а другой — у социума. В учебной работе осуществляется индивидуальное открытие знаний, уже освоенных научным сообществом. Здесь происходит интериоризация: информация извне «перетекает» внутрь, влияя на процесс обмена информацией между структурами мозга индивида Методология обучения учитывает, что физика как учебный предмет может быть очищена от ошибок, барьеров, тупиков и турбулентностей живой науки. Всякое преподавание опирается на уже устоявшиеся подходы и приемы, на отфильтрованные временем предпосылки и заведомо известные результаты. При «экономном» обучении это определяет кратчайшие и ща дящие учащегося пути достижения индивидуальных результатов. Однако при ориентации на формирование творческих индивидов нужно иметь в виду поучительный спектр разочарований и радостей активного творческого поиска. Тем не менее, и в таком случае опыт прошлого позволяет оптимизировать это яркое представление, чего требует и проза ограниченного учебного времени. Возможность эвристического успеха мыслящего индивида — ученого или учащегося — зависит не только от объективно суще ствующей зоны его ближайшего развития, но и от соответствия индивидуа.тгьньтх особенностей и зазора между потенциями и вызовами. Некоторых стимулируют серьезные вызовы, и они способны мобилизовать адекватные ресурсы, другие пасуют и перед малыми трудностями, несмотря на обладание достаточными для их преодоления ресурсами. Неалгоритмические методы Вышеперечисленные творческие методы мышления могут быть так или иначе формализованы, в том числе, при создании искусственного интеллекта. Пока же он реализуется фрагментарно — в виде отдельных многофункциональных электронных систем с цифровой обработкой информации Они позволяют существенно расширить возможности человека, который не способен точно и быстро обрабатывать большие массивы разнообразной информации, особенно в условиях, выходящих за пределы его биофизических возможностей. Но даже и в их пределах человек подвержен усталости, эмоциям и болезням, от чего компьютер избавлен [10]. Тем не менее, творческие задачи остаются прерогативой человека, и здесь трудно вычленить, какие методы эффективнее и, соответственно, кто из мыслителей обладает, так сказать, большим «коэффициентом успешности познавательной деятельности». Что важнее — владеть в той или иной степени всеми методами или несколькими, но в совершенстве? Если в качестве аналогии брать спорт, например, борьбу, а в качестве критерия — вероятность и скорость достижения результата, то второй вариант распространен больше. Опытный борец так владеет несколькими излюбленными приемами, что ухитряется их проводить в любых условиях. Неопределенность перспектив решения творческих задач определяется и тем, что не все направления могут быть формализованы. Вычислимость заданной последовательности битов может зависеть от интуи ® Любое распространение материалов журнала, в т.н. архивных номеров, возможно только с письменного согласия редакции.