The problem of the formation of the basic concepts of matter, motion and energy in the context of the 21st-century gnoseology and ontology | Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta – Tomsk State University Journal. 2018. № 435. DOI: 10.17223/15617793/435/23

The problem of the formation of the basic concepts of matter, motion and energy in the context of the 21st-century gnoseology and ontology

The article presents a study on the problem of the formation of the basic concepts about matter, motion and energy in physics courses. The preliminary stage of the study was devoted to the analysis of results of questionnaires and control activities (including PISA) for schoolchildren and students in the field of natural science representations. The authors' analysis has demonstrated a fairly low average level of acquisition of scientific concepts in the field of natural science. This led the authors to realize the existing problem. The formation of a system of scientific concepts in schoolchildren and students is one of the most important tasks of the education system. The conceptual apparatus is the semantic basis of the language for knowledge transfer and acquisition. Therefore, the formation of the conceptual apparatus requires a very close attention. The solution of the topical problem of teaching connected with the disclosure of methodological knowledge about the fundamental concepts of natural science (matter, motion and energy) must be based on a modern reading that has undergone certain transformations connected with the gnoseological and ontological aspects conditioned by the latest data of science. The authors analyzed the content of physics textbooks and manuals, the statements of famous scientists about the role of physics, works in the sphere of gnoseology and ontology of physical concepts, and also with the nature of the problems associated with the acquisition of the concepts while learning physics. The article focuses attention both on modern ideas of physics and on general philosophical definitions that must be taken into account in the formation of adequate basic ideas about matter, motion and energy. The gnoseological definition of matter, given in dialectics, should demonstrate the fundamental possibility of knowing the material component of the reality, given to us in our senses, reflected by our consciousness, but not dependent on it. Disclosure of the ontology of this reality shows the cognizability of the material world and demonstrates the various forms of matter discovered by man with their structural features and possible transformations. It is necessary to teach students modern concepts of the standard model's paradigm and the concept of the hierarchy of material structures. The gnoseological definition of the motion of matter, which lies at the basis of dialectics, allows us to fill it with concrete content that forms the ontology of the concept, based on the discoveries of the 20th and 21st centuries. The variety of motion forms should be illustrated by examples of their mutual transformations and by the concept of conservation of the motion of matter. Discussion of the concept of energy should lead to an understanding of the difference between the fundamental property of matter - its motion, and the quantitative measure of this property - energy. For different forms of motion, the quantitative measure can be expressed in different ways (for example, the energy of a moving electron and the energy of a moving photon). An excellent illustration of the content of the energy conservation law is the relativistic concept of the rest energy and its changes in transformations of internal motions of objects into external motions.

Download file
Counter downloads: 159

Keywords

обучение физике, формирование системы научных понятий у обучающихся, материя, движение материи, энергия, teaching physics, formation of system of scientific concepts, matter, motion of matter, energy

Authors

NameOrganizationE-mail
Baranov Alexander V.Novosibirsk State Technical Universitybaranov@corp.nstu.ru
Rodionov Andrey I.Novosibirsk State Technical Universityrodionov@corp.nstu.ru
Всего: 2

References

Суханов А. Д. К вопросу об определении понятий и формулировок законов в физике // Физическое образование в вузах. 2003. Т. 9, № 1. С. 88-93.
Гладун А.Д. Профанация в преподавании физики // Физическое образование в вузах. 2004. Т. 10, № 4. С. 5-7.
Идиатулин В.С. Физика как наука и учебная дисциплина // Физическое образование в вузах. 2006. Т. 12, № 1. С. 23-37.
Николаев В.И. О дидактических достоинствах курса физики // Физическое образование в вузах. 2006. Т. 12, № 2. С. 8-14.
Пурышева Н.С., Гурина Р.В. Интерпретации физической картины мира // Знание. Понимание. Умение. 2011. № 2. С. 50-55.
Разумовский В.Г. Решение проблемы научной грамотности - неотложная перспектива развития физического образования // Сибирский учитель. 2012. № 3 (82). С. 12-25.
Синенко В.Я. Естественнонаучные знания - основа современного образования. Новосибирск : Изд-во НИПКиПРО, 2012. 314 с.
Hestenes D. Remodeling science education // European Journal of Science and Mathematics Education. 2013. Vol. 1, № 1. P. 13-22.
Ларченкова Л.А. О факторах, определяющих формирование научного мировоззрения учащихся основной школы // Сибирский педагогический журнал. 2013. № 6. С. 14-18.
Баранов А.В. Физика как инвариант школьного образования XXI века // Сибирский учитель. 2013. № 6 (91). С. 5-7.
Баранов А.В., Родионов А.И. О концепции энергии в курсе физики // Преподавание естественных наук, математики и информатики в вузе и школе: сб. материалов X Междунар. науч.-метод. конф. Томск : Изд-во ТГПУ. 2017. С. 91-94.
Хавинсон И.Ю. Эконофизика: от анализа финансов до судьбы человечества // Пространственная экономика. 2015. № 1. С. 144-166. DOI: 10.14530/se.2015.1.144-166.
Пушкарев Ю.В., Пушкарева Е.А. Фундаментальное знание в непрерывном образовательном процессе: методология и аксиология проблемы // Вестник Новосибирского государственного педагогического университета. 2016. № 1 (29). С. 87-98. DOI: 10.15293/22263365.1601.0
Усова А.В. Некоторые методические аспекты проблемы формирования научных понятий у учащихся школ и студентов вузов // Мир науки, культуры, образования. 2011. № 4 (29). С. 11-14.
Окунь Л.Б. О движении материи. М. : Физматлит, 2012. 228 с.
http://fulledu.ru/news/school/news/3660_pisa-uroven-znaniy-rossiyskih-shkolnikov-nizhe-sre.html (дата обращения: 18.07.2017).
http://obrnadzor.gov.ru/common/upload/RON_PISA_Kravtsov.pdf (дата обращения: 18.07.2017).
Родионов А.И., Ким А.И. Теоретическая механика: конспект лекций с приложениями. Ч. 3. Динамика. Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2010. 240 с.
Энгельс Ф. Диалектика природы. М. : Политиздат, 1987. XVI; 349 с.
Okun L.B. Mass versus relativistic and rest masses // American Journal of Physics. 2016. Vol. 77, Issue 5. P. 430-431. DOI: 10.1119/1/3056168
Розман Г. А. Может ли масса превращаться в энергию // Физическое образование в вузах. 2006. Т. 12, № 2. С. 15-19.
Coelho R.L. On the Concept of Energy: Eclecticism and Rationality // Science & Education. 2014. Vol. 23, Issue 6. P. 1361-1380. D0I:10.1007/s11191-013-9634-1
Dreyfus B.W., Gouvea J., Geller B.D., Sawtelle V., Turpen C., Redish E.F. Chemical energy in an introductory physics course for the life sciences, Am. J. // Phys. 2014. Vol. 82, № 5. P. 403-411. DOI:10.1119/1.4870391
Hartley L.M., Momsen J., Maskiewicz A., D'Avanzo C. Energy and Matter: Differences in Discourse in Physical and Biological Sciences Can Be Confusing for Introductory Biology Students // BioScience. 2012. 62 (5). P. 488-496. DOI:10.1525/bio.2012.62.5.10
Lancor R. An Analysis of Metaphors Used by Students to Describe Energy in an Interdisciplinary General Science Course // International Journal of Science Education. 2015. Vol. 37, Issue 5-6. P. 876-902. DOI:10.1080/09500693.2015.1025309
Lancor R. Using Metaphor Theory to Examine Conceptions of Energy in Biology, Chemistry, and Physics // Science & Education. 2014. Vol. 23, Issue 6. P. 1245-1267. DOI:10.1007/s11191-012-9535-8
Новиков А.М., Новиков Д. А. Методология научного исследования. М. : Либроком, 2010. 280 с.
Гумницкий Г.Н., Зеленцова М.Г. Философское понятие материи в аспекте соотношения категорий вещи и свойства // Известия вузов. Сер. «Гуманитарные науки». 2016. Т. 7, № 1. С. 66 -70.
Johansson K.E. Exploring quarks, gluons and the Higgs bosons // Physics Education. 2013. Vol. 48, № 1. P. 96-104. DOI:10. 1088/00319120/48/1/96
Johansson K.E., Watkins P.M. Exploring the standard model of particles // Physics Education. 2013. Vol. 48, № 1. P. 105-114. DOI:10.1088/0031-9120/48/1/105
Saha A., Choudhury P.D. What is dark energy and dark matter // International Journal of Scientific & Engineering Research. 2017. Vol. 8, № 3. P. 146-152.
Мартыненко А.П. Вакуум в современной квантовой теории // Соросовский образовательный журнал. 2001. Т. 7, № 5. С. 86-91.
Новиков И.Д. Темные объекты и темная материя // Земля и Вселенная. 2009. № 5. С. 5-12.
Окунь Л.Б. Элементарное введение в физику элементарных частиц. 3-е изд., испр. и доп. М. : Физматлит, 2009. 128 с.
Черепащук А.М. Новые формы материи во Вселенной // Земля и Вселенная. 2010. № 1. С. 3-18.
Дубицкая Л.В. Содержание понятия «вещество» в курсе естествознания профильной школы // Вестник ВСГУТУ. 2015. № 3 (54). С. 137 142.
Wilson C.M., Johansson G., Pourkabirian A., Simoen M., Johansson J.R., Duty T., Nori F., Delsing P. Observation of the dynamical Casimir effect in a superconducting circuit // Nature. 2011. Vol. 479. 17 November. P. 376 -379. DOI: 10.1038/nature10561
Сивухин Д.В. Общий курс физики. Атомная физика. М. : Наука, 1986. Т. V, Ч. 1. 426 с.
Фейнман Р., Лейтон Р., Сэндс М. Фейнмановские лекции по физике: Т. 1, 2: Современная наука о природе. Законы механики. Пространство. Время. Движение: пер. с англ. Т. 1, 2. Изд. 11. URSS, 2014. 448 с.
Bunge M. Energy: Between Physics and Metaphysics // Science and Education. 2000. Vol. 9, № 5. P. 457- 461. DOI: 10.1023/A: 008784424048.
Гольдман В.М., Новоселов В.И. Понятие массы в классической и релятивистской динамике // Методология и методика формирования научных понятий у учащихся школ и студентов вузов / под ред. О.Р. Шефер: материалы Усовских чтений: ХХ Междунар. науч.-практ. конф., 4-5 апреля, 2013 г. Челябинск. Часть 1. Челябинск : Край Ра, 2013. С. 136-141.
Мамулай А.А., Сыркин Е.С., Човпан А.А. Изложение понятия массы в специальной теории относительности в рамках курса общей физики // Физическое образование в вузах. 2010. Т. 16, № 3. С. 62-69.
Wiener G.J., Schmeling A.M., Hopf M. Why not start with quarks? Teachers investigate a learning unit on the subatomic structure of matter with 12-year-olds // European Journal of Science and Mathematics Education. 2017. Vol. 5, № 2. P. 134-157.
Марков В.Н. Основы современной квантово-релятивистской физики и космологии как инновационный проект развития школьного физического образования // Известия РГПУ им. А.И. Герцена. 2015. № 173. С. 147-156.
 The problem of the formation of the basic concepts of matter, motion and energy in the context of the 21st-century gnoseology and ontology | Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta – Tomsk State University Journal. 2018. № 435. DOI: 10.17223/15617793/435/23

The problem of the formation of the basic concepts of matter, motion and energy in the context of the 21st-century gnoseology and ontology | Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta – Tomsk State University Journal. 2018. № 435. DOI: 10.17223/15617793/435/23

Download full-text version
Counter downloads: 2409