VeF kursa satura struktūrdaļas „IEVADS” tematiskā materiāla izstrādne

Andris Broks

1.  Cilvēces Lielo Domu kvadrāts

Uzsākot fizikas priekšmeta apzināšanu, vispirms padomāsim Lielās Domas par cilvēku un viņa dzīvi pasaulē, par fizikas būtību un sūtību vispārīgā skatījumā un redzējumā.

1. att. Cilvēces Lielo Domu kvadrāts

2. att. DZĪVE — daudzveidīgu daudzveidīgi hierarhiski kopsaistītu cilvēkdarbību kopums

Ikviena apzināta (mērķtiecīga) cilvēkdarbība kalpo kādas noteiktas cilvēka dzīves vajadzības apmierināšanai un ir izprotama kā fundamentāla cilvēkdarbību triāde (dzīves fraktālis) IZZIŅA — APDOMA — RĪCĪBA.

3. att. Cilvēkdarbību universālā struktūra: IZZIŅA — APDOMA — RĪCĪBA

CILVĒKS kā garīga dzīva būtne īstenojas, garam raksturojoties ar triādi GRIBA, JŪTAS, PRĀTS.

4. att. Cilvēka garīgums — griba, jūtas, prāts — to sistēmiskā (sinerģiskā) vienotībā jeb kopveselumā

5. att. Cilvēka garīgās dzīves būtība ir DOMĀŠANA — apziņa darbībā

Apdoma ikvienā cilvēkdarbībā savieno izziņas un rīcības procesus, kas nepieciešami konkrētu dzīves prakses vajadzību apmierināšanai.

2.  Kas tā tāda FIZIKA un kāpēc?

6. att. Fizika ir teorija

7. att. Fizika kā cilvēkdarbība noteiktu dzīves vajadzību apmierināšanai

Fizikālo parādību zinātniska apzināšana (atveidošana apziņā) un sekojoša apzināta izmantošana dzīves praksē vispirms īstenojas kā zinātniskā (fundamentālā, lietišķā, izglītojošā) pētniecība.

8. att. Fizikas pētniecības veidi

9. att. Pētniecība — specifiska cilvēkdarbība

Zinātniskās teorijas galvenie raksturojumi:

• iespējami pilnīga atbilstība praksē novērojamajam — realitāte,
• pietiekami augsta kvalitatīvo un kvantitatīvo raksturojumu atbilstība — jēdzienu un mērskaitļu precizitāte.

Fizika sākas un beidzas ar fizikālo parādību novērojumiem. Ja lietišķajā fizikā projekta īstenošana vienmēr un visur noslēdzas ar izstrādnes eksperimentālo pārbaudi, tad arī fundamentālajā fizikā jau sen dominē fizikālo parādību eksperimentālā novērošana — atbilstošo parādību mākslīga izraisīšana un izpēte (mērījumi, iegūto datu apstrāde, novērotā matemātiskā apraksta izveide). Šajā sakarā runā par fizikālo parādību eksperimentālajiem pētījumiem tiem īpaši izveidotajās eksperimentālās fizikas laboratorijās. Citiem vārdiem, mūsdienu fizika sakņojas eksperimentālajā fizikā un attiecīgi ciešā kopsaistībā pastāv jēdzieni „eksperimentālā fizika” un „teorētiskā fizika”, kur eksperimentālie novērojumi ir fizikas kā teorijas pamatu pamats un tās zinātniskuma vērtēšanas galvenais kritērijs (rādītājs, indikators).

10. att. Cilvēkdarbība un pētniecība

Fizikas kā teorijas īpaši izteikta pazīme ir matemātikas kā īpašas cilvēku zinātniskās domāšanas un saziņas valodas attīstīšana un izmantošana. Proti, fizikālo parādību raksturošanai ieviešot atbilstošus fizikālos lielumus, tiek izstrādāti un ieviesti arī tiem atbilstoši matemātiskie lielumi un līdz ar to fizikas teorija veidojas kā atbilstošas matemātiskās struktūras un tiek lietots jēdziens „matemātiskā fizika”. Šīs matemātiskās struktūras apraksta reāli novērojamās fizikālās parādības un tādēļ runā par šo fizikālo parādību matemātisko aprakstīšanu kā matemātisko modelēšanu. Tipiskākās matemātiskās struktūras fizikā ir tenzori, kā arī funkcijas jeb vienādojumi, kas ikdienā parasti tiek saukti par formulām. Pats būtiskākais ir tas, ka matemātiskās struktūras ļauj efektīvi aprakstīt fizikālo lielumu kopsaistības, kuras savukārt atbilst fiziķu izlolotajām atziņām par atbilstošo materiālās pasaules ķermeņu mijiedarbībām.

Fizikālo parādību matemātisko modeļu izveide sākas eksperimentālajā fizikā, veicot novērojumu datu matemātisko apstrādi. Proti, fizika sākas ar skaitlisko datu ieguvi fizikālo parādību novērojumos, šo datu noformējumu tabulās. Tam parasti seko iegūto funkcionālo sakarību grafiskais apraksts un tikai tad atbilstošo analītisku izteiksmju ieguve. Tā, piemēram, determinētu procesu matemātiskie modeļi a(t) ir  atbilstošas matemātiskās funkcijas. Visvienkāršākajā gadījumā — konkrētas lineārās funkcijas (sk. 11. att.).

11. att. Fizikālo parādību matemātisko modeļu trīs pamatformas

Otrs fizikālo parādību matemātisko modeļu izveides ceļš saistās ar vispārinātu teorētisko atziņu matemātiskā apraksta konkretizēšanu atsevišķajiem gadījumiem. Taču visos gadījumos mūsdienu fizika ir ļoti cieši saistīta ar matemātiku kā teorijas izveides un izmantošanas zinātnisko valodu.

FIZIKAS kā fundamentālas zinātniskas teorijas par materiālās pasaules ķermeņu kustību aspekti:

1. Fizika ir fundamentāla mūsdienu dabaszinātnisko un tehnisko zinātņu teorija;
2. Fizika ir fundamentāla teorija materiālās pasaules parādību  zinātniskās filozofijas (zinātniskā pasaules skatījuma un redzējuma jeb uzskata) attīstībai;
3. Fizika ir fundamentāla zinātniska teorija zinātniskās domāšana attīstībai vispārizglītojošajās skolās.

Pētniecības zinātniskais raksturs piemīt gan fizikas fundamentālajiem, gan lietišķajiem pētījumiem. Īpaši svarīgi ir apzināties to, ka šāds raksturs piemīt arī izglītojošajiem pētījumiem.

3.  Kas tā tāda FIZIKAS IZGLĪTĪBA un kāpēc?

Fizikas izglītības sūtība un būtība: fizikālo parādību zinātniskās apzināšanas un izmantošanas iepazīšana, veicot fizikālo parādību izglītojošo pētniecību (educational research based study of scientific exploration and technical use of physical phenomena).

12. att. Fizikas izglītības ģenēze

13. att. Divi izglītības pamatveidi un trīs izlītības pakāpes

14. att. Izglītojošās darbības funkcionālā struktūra

15. att. IZGLĪTĪBA kā īpaši organizētā veidā iegūta dzīves pieredze dzīvei — izglītojošās darbības mērķis un rezultāts

16. att. Izglītojošās darbības organizācija un īstenošana

17. att. Izglītojošās darbības sūtība un būtība

Zināšanas — visa pamats, taču tikai pamats!

Zināšanas ir  jāprot ne tikai iegūt, bet ir jāīsteno arī šo iegūto zināšanu apdoma, veidojot attieksmes — vērtīborientācijas, un tikai tad seko pamatota rīcība, kura prasa atbilstošas prasmes.

18. att. Vispārizglītības pamatzari un dabaszinātņu un tehniskās izglītības (DZUTI) galvenie priekšmeti

19. att. Izglītojošā fizika — FIZIKAS IZGLĪTĪBA

20. att. Sajūtamās jeb materiālās pasaules atveids cilvēka apziņā

4.  Vispārizglītojošās fizikas satura pamatnostādnes

Vispārizglītojošajā fizikā vidusskolā ir jāakcentē fizikas metodoloģija. Vispārinot pamatskolas fizikā iegūto, izveidosim fizikas Lielo Domu kvadrātu.

21. att. Fizikas Lielo Domu kvadrāts (vispārizglītojošās fizikas principiālais kodols)

FIZIKA — fundamentāla zinātniska teorija par materiālās pasaules ķermeņu kustību.

22. att. Fizikālo parādību apzināšanas pamatnostādņu sistēma

Materiālā pasaule (makro, mikro, mega līmeņos) — daudzveidīgu mainīgu ķermeņu kopums. Cilvēks apzina pasauli pa daļām, tās savstarpēji salīdzinot un kopsaistot (analizējot un sintezējot). Visa cēlonis ir visa kopsaistība.

Vispārizglītojošā fizika — praksē novērojamo fizikālo parādību apzināšana, veicot izglītojošos zinātniskos pētījumus.

5.  Inovācijas vispārizglītojošās fizikas pedagoģijā

5.1.  E-izglītības vides attīstība

Ja skolēna — skolotāja partnerattiecību jautājumi pedagoģiskajā sadarbībā nav principiāli jauni, tad mūsdienu dzīves datorizācija un ar to saistītā  e-izglītības vides veidošanās ir principiāli jauna parādība.

23. att. Skolēna un skolotāja sadarbības DATORIZĀCIJA — e-izglītības vides attīstība

Ar grāmatām un skolotājiem nodrošināto tradicionālo izglītības vidi šodien būtiski papildina elektroniskie informācijas nesēji un atbilstošās pedagoģisko procesu vadības un izpildes datortehnoloģijas. Citiem vārdiem, tradicionālo izglītojošās darbības vidi jau pašlaik ļoti būtiski papildina e-izglītības vide. Šajā sakarā jāievēro pats galvenais — rutīnas tehnisko darbu izpildei plaši izmantojot mūsdienu datortehnoloģiju iespējas, atbrīvojies laiks kā fundamentāls izglītojošās darbības resurss ir maksimāli efektīvi jāizmanto skolēnu patstāvīgās radošās darbības attīstībai. Šī darbība īstenojama kā izglītojošās zinātniskās pētniecības ieviešana vispārizglītojošajās skolās. Īstenojot fizikas priekšmetu vidusskolās, ir īpaši akcentējama skolēnu zinātniskās domāšanas attīstība, ierobežojot tradicionālo algoritmu apguves stila pedagoģisko darbību.

5.2.  Izglītojošās zinātniskās pētniecības attīstība

Pārmaiņas mūsdienu dzīvē šodien ienes būtiskas izmaiņas jeb pārmaiņas skolotāju un skolēnu pedagoģiskajā sadarbībā. Tagad šī sadarbība īstenojas jau kā daudz līdzvērtīgākas skolēnu — skolotāju partnerattiecības nekā tas bija agrāk. Proti, jaunajos apstākļos, kad skolotājs un skolēniem pieejamās grāmatas vairs nav vienīgais informācijas ieguves avots un tiek ietaupīts laiks esošās  informācijas ieguvei, skolēni skolotāju vadībā var paši apzināti īstenot pilnvērtīgu izglītojošo pētniecību  kā fundamentālo, tā lietišķo pētījumu gadījumos. Citiem vārdiem, skolotājs vairs nav īpašs informācijas devējs (avots) un šīs informācijas iegaumēšanas, algoritmisko darbību apguves kontrolētājs, bet gan skolēna patstāvīgās un radošās pētnieciskās darbības vadītājs. Protams, tiek ievērotas skolēnu vecumposmu īpatnības, taču vidējās izglītības pakāpes vispārizglītojošajos izglītības priekšmetos šodien ir īpaši jāakcentē skolēnu vispārīgo domāšanas spēju attīstība, nevis jāturpina tradicionālā uzpildīšana ar bieži vien lieku informāciju, kas parasti saistās ar atsevišķu profesionālo darbību detaļām.

24. att. Fizikālo parādību izglītojošā pētniecība — zinātniskā pētniecība

Patstāvīga un radoša skolēnu pētnieciskā darbība, saukta arī par problēmu risināšanā sakņoto izglītojošo darbību, izsenis ir visefektīvākais pedagoģiskās sadarbības veids. Diemžēl, tas gan parasti saistās ar elitāro izglītības iestāžu īstenoto pedagoģisko darbību, jo šis izglītojošās darbības organizācijas un īstenošanas veids ir tālu ne lētākais dažādu nepieciešamo līdzekļu (naudas, materiālā, laika, skolotāju) nodrošinājuma aspektā. Augstvērtīga izglītība vienmēr un visur iet roku rokā ar atbilstoši pilnvērtīgu sabiedrības dzīvi.

Izglītojošā pētniecība fizikā sākas ar fizikālo parādību tiešu vai netiešu novērošanu, parasti veicot atbilstošus fizikas eksperimentus, tiem sekojošu datu apstrādi kā novērotās parādības apjēgu un aprakstu — parādības fizikālā un matemātiskā modeļa (teorijas) izveidi. Šis izglītojošā pētījuma posms atbilst fundamentāla rakstura fizikālo parādību pētījumiem Pēc tam jau rit lietišķa rakstura pētījums, kas savukārt saistās ar atbilstošās parādības izmantošanas projektēšanu kā izstrādnes matemātisko modelēšanu, kam seko šīs izstrādnes reālā īstenošana un eksperimentālā pārbaude praksē.

Izglītojošajai fizikai — fizikas izglītībai ir jānodrošina  izglītojošos personu zinātniskās domāšanas veidošanās, taču ne vienmēr lai viņas noteikti kļūtu par profesionālu zinātnieku, bet gan „tikai” par normāli garīgi attīstītu cilvēku, kuram no praktiski gūtās pieredzes mūsdienu skolā ir kļuvusi saprotama zinātniskā domāšana kā mūsdienu zinātnes un tehnikas attīstības galvenais garants. Zinātniskās domāšanas apzināta izmantošana savas dzīves vajadzību apmierināšanā ir ikviena mūsdienu pilnvērtīgi attīstīta cilvēka sekmīgas dzīves nosacījums un vispārizglītojošās fizikas pamatuzdevums ir nodrošināt iespējas šī domāšanas veida attīstībai.