5.5. ОБОСНОВАНИЕ И ОБЪЯСНЕНИЕ
Одной из функций науки о природе является объяснение происходящих вокруг нас явлений. Необходимо не просто сообщить учащимся совокупность каких-то разрозненных фактов, положений, законов, а построить научную кар-тину мира, то есть целостную систему, в которой эти элементы на-учного знания будут взаимосвязаны.
Эта связь выражается в том, что результаты экспериментов объясняются теоретическими рассуждениями, а теория обосновывается фактами.Таким образом, будем считать, что у учащихся сформирова-на система научных знаний, если они: 1) знают факты и методы их установления; 2) владеют теорией; 3) умеют, исходя из теории, объяснять факты; 4) умеют с помощью фактов обосновывать тео-ретические положения. Альтернативой является догматический метод изучения дисциплины, в ходе которого учитель просто сообщает учащимся разрозненные факты и положения, не пытаясь связать их в единую систему.
"Истина слишком сложна; нам же дано постичь лишь приближение к ней".
Джон фон Нейман
Объяснением называется логическая процедура обоснования объ-ясняемого утверждения путем его соотнесения с известными прин-ципами и законами. При этом под обоснованием понимается мы-слительная процедура, состоящая в применении определенных правил для нахождения логического основания некоторого положения. Объяснение состоит в раскрытии сущности объекта познания, осуществляемом путем постижения законов природы. Объ-яснение требует описания объекта и анализ его связей и отношений с другими объектами.
Объяснение способствует развитию логического мышления и фор-мированию научного мировоззрения. Никто не ставит под сомнение необходимость объяснения изучаемых вопросов разными способами, — только так можно достичь полного понимания. Известна шутка про учителя, который, придя с урока сказал: "Я им десять раз все объяснил, уже сам все понял, а они ничего понять не могут!"
Существуют различные виды логического объяснения: дедуктивное, индуктивное и по аналогии.
Дедуктивное объяснение подраз-деляется на причинное, функциональное и генетическое. По характеру объясняемого объекта различают объяснение факта и объяснение закона. Причинное объяснение явлений предусматривает рас-крытие причинных связей. Например, при рассмотрении электролиза учитель рассказывает о полярных молекулах воды, диссоциации и рекомбинации ионов, их движении к катоду и аноду, выделении ве-щества на электродах, вывести формулу Фарадея и т.д.Примерами функционального объяснения является объяснение работы двигателя внутреннего сгорания, функционирования установки для получения ацетилена из метана, работа сердечно-сосудистой системы человека и т.д. В ботанике, зоологии, биологии и химии часто используются генетические объяснения. Например, факт су-ществования у человека позвоночника объясняется тем, что древние люди произошли от обезьян, а у них как и у остальных млекопита-ющих имеется позвоночник. В математике используется дедуктивное объяснение, предполагающее переход от общих утверждений к частным; оно называется доказательством.
на уроке физики
В некоторых случаях прибегают к объяснению по аналогии. Например, учи-тель обращает внимание на то, что уравнение колебаний пружинного маятника mx" + кх = 0 похоже на уравнение электромагнитных колебаний в колебатель-ном контуре Lq" + q/С = 0. Это позволяет говорить об электромеханической аналогии: масса груза m аналогична индуктивности катушки L, а жесткость пружины к — величине обратной емкости 1/С. Тогда из формулы ujq = yfk/m
для периода колебаний пружинного маятника следует формула CJ0 = 1/y/LC для периода электромагнитных колебаний в LC-контуре.
Перечислим ситуации, требующие проведения объяснения:
Объяснение факта (результата опыта). Учитель сооб-щает условия и результат опыта и предлагает учащимся дать объ-яснение наблюдаемому явлению. Учащиеся для правильного ответа должны перебрать известные им теоретические положения, выбрать соответствующие данной физической ситуации, вывести из них след-ствия и соотнести их С результатами опыта.
Учитель: Если заряженную эбонитовую палочку поднести к стержню электрометра, но не коснуться его, то стрелка прибора отклонится. Почему это происходит? Ученик: Наблюдаемое отклонение стрелки объясняется тем, что свободные электроны в стержне электрометра отталкиваются от отрицательно заряженной эбонитовой палочки и переходят в нижнюю его часть. В результате стержень и стрелка заряжаются отрицательно, и отталкиваются друг от друга, стрелка отклоняется."Объяснение — школа логического мышления учащегося".
С. А. Шапоринский
Предсказание результата эксперимента и его объяснение. Учитель описывает условия эксперимента, предлагая предсказать его результат. Учащийся либо проводит дедуктивные рассуждения опираясь на соответствующую теорию, либо вспоминает опыт, аналогичный предложенному, и исходя из этого, описывает резуль-тат эксперимента. Цинковую пластинку установили на стержне электрометра и с помощью эбонитовой палочки зарядили отрицательно. Учитель: Что про-изойдет при освещении цинковой пластинки ультрафиолетовым светом? Ученик:
Стрелка электрометра, отклонившаяся при заряде пластины, вернется в исход-ное вертикальное положение. Это объясняется тем, что фотоны выбивают с поверхности цинка электроны, отрицательный заряд пластины уменьшается.
Индуктивное обоснование теоретического положения фактами. Учитель формулирует утверждение, которое необходимо доказать или опровергнуть. Учащиеся, используя известные факты, доказывают ИСТИННОСТЬ теоретического положения. Учитель: Докажите эволюцию животного мира. Учащийся: То, что животный мир эволюционировал подтверждается следующими группами фактов: 1. Палеонтологи обнаружили ископаемые переходные формы древних растений и животных, связывающие различные группы организмов. 2. Установлено, что органы животных и орга-низмы имеют сходное строение. 3. Животные имеют рудименты и аттавизмы. 4. Зародышевое развитие всех позвоночных имеет похожие стадии.
Дедуктивное объяснение теоретического положения.
Учитель формулирует теоретическое положение, а учащиеся дока-зывают его, ссылаясь на какие-то более общие утверждения, путем проведения дедуктивных рассуждений.
Учитель: Докажите, что величина внешнего угла треугольника равна сумме двух других углов несмежных с ним. Учащийся выполняет построения и, пользуясь теоремами о равенстве вертикальных углов и углов с параллельными сторонами, доказывает эту теорему."Ученость сама по себе дает указания чересчур общие,
если их не уточнить опытом".
Ф. Бэкон
Большие возможности для использования этих методов открываются на уроках физики при изучении строения атома, природы све-та, корпускулярно-волнового дуализма микрочастиц, классической и релятивистской механики. Формирование научных знаний учащихся может быть осуществлено двумя способами: 1) получение следствий из изученной теории и рассмотрение методов их экспериментальной проверки; 2) изучение фактов, необъясняемых известной учащимся теорией, и построение новой теории, объясняющей эти факты. В обоих случаях следует акцентировать внимание учащихся на проти-воречии между эмпирическими и теоретическими знаниями, являю-щимся движущей силой развития науки.