Соотношение натурного и модельного экспериментов в физическом практикуме

Ôèçè÷åñêîå îáðàçîâàíèå â âóçàõ. Ò. 9, ¹ 2, 2003 Соотношение натурного и модельного экспериментов в физическом практикуме

59

Соотношение натурного и модельного экспериментов в физическом практикуме Ю.А. Воронин, Р.М. Чудинский Воронежский государственный педагогический университет Статья посвящена проблеме соотношения натурного и модельного экспериментов в физическом эксперименте. Авторами рассмотрена классификация эксперимента, предложена структурно'функциональная схема получения знания натурным и модельным экспериментами при выполнении студентами физического практикума; определены сходства и различия натурного и модельного экспериментов в процессе познания и исследования студентами явлений и законов природы; представлена структурная схема натурного и модельного экспериментов в процессе познания; выделены критерии натурного и модельного экспериментов, которые определяют их соотношение в познании и исследовании законов природы; определено, что натурный эксперимент в процессе познания явлений и объектов природы является первичным по отношении к модельному эксперименту.

Проблема соотношения натурного и модельного экспериментов в учебном познании является одной из ведущих при исследовании сферы эмпирического знания и, в частности, при изучении естественных и технических наук. Естественно, что в процессе познания законов природы необходимо не взаимоисключение натурного и модельного экспериментов, а дополнение друг друга, что обеспечивает организацию более эффективного обучения. Как известно, эксперимент относится к эмпирическому уровню научного познания. За основу определения термина «эксперимент» мы принимаем определение В.А. Штоффа [1]: эксперимент есть вид деятельности, предпринимаемой в целях научного познания, открытия объективных закономерностей и состоящий в воздействии на изучаемый объект (систему) посредством специальных инструментов и приборов, благодаря чему удается: 1) изолировать исследуемый объект от влияния побочных, несущественных и затемняющих его сущность явлений и изучать его в «чистом» виде; 2) многократно воспроизводить ход процесса в строго фиксированных, поддающихся контролю и учету условиях; 3) планомерно изменять, варьировать, комбинировать различные условия в целях получения искомого результата. Из данного определения можно сделать вывод о том, что эксперимент представляет собой органическое единство практического действия и теоретической работы мысли. Постановка и проведение эксперимента не являются самоцелью. Эксперимент всегда – средство получения некоторой искомой информации,

60

Ю.А. Воронин, Р.М. Чудинский

установления фактов, проверки гипотезы – словом, средство для решения определенной познавательной задачи или проблемы. Любой эксперимент можно разделить на три основные составляющие: 1) познающий субъект (экспериментатор) и его деятельность; 2) средства (инструменты, приборы, экспериментальные установки), с помощью которых проводится эксперимент; 3) объект экспериментального исследования. Все, что характеризует деятельность, способности и уровень развития, квалификацию, знания человека, называют субъективной стороной эксперимента. К субъективной стороне эксперимента относятся: 1) особенности органов чувств человека, воспринимающих информацию, полученную в процессе наблюдения; 2) теоретические способности и, вообще, деятельность логического мышления; 3) уровень научных знаний и духовной культуры, квалификация и способности экспериментатора; 4) поставленные и сформулированные цели и задачи эксперимента; 5) сама деятельность экспериментатора. К объективной стороне эксперимента относятся как предмет исследования, так и экспериментальные средства (приборы, инструменты). Объект исследования может выступать в эксперименте: или в качестве явления, в котором воплощается ожидаемый согласно какой'либо гипотезе эффект или явление, подвергаемое анализу, измерению; или веществ, из которых синтезируется новое вещество; или в качестве носителя исследуемых свойств и т. д. Однако, несмотря на все разнообразие ролей, в которых объект выступает в эксперименте, в обычном эксперименте имеют дело с самим объектом как непосредственным предметом исследования, а не с его заместителем. Экспериментальными средствами исследования являются приборы, инструменты, аппараты, экспериментальные установки и другие орудия или вещества, при помощи которых экспериментатор воздействует на предмет исследования или осуществляет другие необходимые операции. Из колоссального разнообразия экспериментальных средств, растущего по мере технического и научного прогресса, можно выделить следующие основные виды: а) приготовляющие устройства (источники света или электрического тока, генераторы элементарных частиц или волн и т.п.); б) изолирующие устройства (вакуумные насосы и приборы, защитные экраны и т.п.), в) устройства, непосредственно воздействующие на объект (преломляющие среды, призмы для света, дифракционные решетки, щели, магнитные поля и т.д.); г) средства усиления и преобразования (микроскопы, ускорители частиц и т.п.); д) регистрирующие и измеряющие устройства (гальванометры, счетчики, самозаписывающие устройства и др.), фиксирующие конечные результаты

Соотношение натурного и модельного экспериментов в физическом практикуме

61

эксперимента в форме, непосредственно доступной нашим органам чувств. Разумеется, данное расчленение экспериментальных средств на указанные пять групп не является абсолютным, т.к. часто трудно бывает отнести прибор или инструмент только к одной из перечисленных групп. Экспериментальные средства являются подлинными посредниками в познавательном активном отношении человека к природе [1]. В зависимости от целей, предмета исследования, характера используемых экспериментальных средств и ряда других факторов можно построить достаточно разветвленную классификацию различных видов эксперимента. Не претендуя на построение законченной классификации эксперимента, мы на основе проведенного анализа ряда работ [1, 2 и т.д.] ограничимся рассмотрением наиболее существенных с методологической точки зрения экспериментов, нашедших широкое применение в современной науке (рис. 1).

Рисунок 1. Классификация эксперимента.

В зависимости от качественного разнообразия объектов исследования можно различать физический, биологический, психологический, социологический и т.п. эксперименты. В зависимости от характера и разнообразия средств и условий эксперимента и способов использования этих средств можно различать эксперименты: прямой (если средства используются непосредственно для исследования объекта или системы) и модельный (если в числе средств используется модель, замещающая реальный объект или систему), полевой (в

62

Ю.А. Воронин, Р.М. Чудинский

естественных условиях) и лабораторный (в искусственных условиях). В зависимости от целей, которые ставит перед собой экспериментатор, можно различать эксперименты: поисковые, или разведывательные, исследующие свойства и отношения (качественный анализ); измерительные, цель которых – более точное отображение количественных отношений; проверочные – для подтверждения или опровержения выдвинутой гипотезы. В зависимости от характера стратегии эксперимента, ведущей к достижению цели, можно различать эксперименты, осуществляемые методом проб и ошибок, эксперименты на основе замкнутого алгоритма; эксперимент с помощью метода идентификации (использование «черного ящика», приводящий к заключениям от знания функции к познанию структуры объекта (системы) или с помощью метода «открытого ящика», позволяющего на основе знания структуры создать объект с заданными свойствами и функциями). В зависимости от метода осуществления эксперимента различают статистические и нестатистические эксперименты. В принципе статистические методы используются при оценке результатов любых экспериментов и даже наблюдений, чтобы повысить их точность и надежность. Различие между статистическими и нестатистическими экспериментами сводится не к использованию статистики вообще, а к способу выражения величин, с которыми имеют дело в эксперименте. Если в нестатистических экспериментах сами исследуемые величины заданы индивидуальным образом, то статистика здесь используется для оценки результатов исследования. На основе приведенной классификации основным является разделение эксперимента в зависимости от характера и разнообразия средств эксперимента и способов их использования на натурный и модельный. Такое разделение является традиционным в научных исследованиях и, в частности, в физике, вследствие чего необходимо более подробно исследовать соотношение натурного и модельного экспериментов в физическом эксперименте. Нами сделана попытка подойти к проблеме соотношения натурного и модельного экспериментов путем рассмотрения сходства процессов управления и познания, в основе которых лежит активное отражение и цикличность на опыте исследования, проведенного Р.Ф. Абдеевым [3]. На рисунке 2 представлена модифицированная схема двухконтурного механизма управления самоорганизующихся систем, направленных на получение и усвоение обучающимися знаний в результате осуществления ими, как субъектами познания, натурного и модельного экспериментов, в виде компьютерного моделирования. Данная схема отчетливо отражает соотношение натурного и

Соотношение натурного и модельного экспериментов в физическом практикуме

63

модельного экспериментов в структуре научного и учебного экспериментов, в частности, и в системе получения и приобретения студентами знаний в процессе обучения, в целом. Представленная на рисунке 2 схема имеет много общего со структурной схемой управления любой открытой технологической системой. Отличие заключается в цели, которая достигается в результате деятельности студентов. Целью деятельности в открытой технологической системе является получение технологического продукта, для чего используется накопленный опыт и знания технологической науки, сформированные во втором контуре системы управления. В данном случае цель заключается в необходимости изучения, познания и исследования явлений и законов природы. Познавая и исследуя физические, химические, биологические, технические и технологические системы посредством методов эмпирического познания: прямого (натурного) и модельного экспериментов, обеспечивается получение и приобретение обучающимися знаний.

Рисунок 2. Структурно'функциональная схема получения знания натурным и модельным экспериментом.

64

Ю.А. Воронин, Р.М. Чудинский

На этапе отражения и «живого созерцания», которыми обладает сознание субъекта познания, окружающий мир становится познаваемым. Иными словами, на этом этапе в сознании субъекта познания происходит построение концептуальной модели познаваемого объекта или системы, в частности, и законов природы. Исходным материалом при создании концептуальной модели являются как непосредственные результаты отражения в сознании свойств и характеристик объекта'оригинала, так и теоретический багаж субъекта: опыт, аналогии, логические выводы, однако синтез всех этих компонентов в единый идеальный образ неформален, осуществляется только в мыслительных процессах и, как правило, рефлексивно не осознается. Обязательным компонентом этой модели являются языки – естественный и специальные, которые представляют собой единственное средство выражения понятий и представлений субъекта о познаваемом явлении, объекте или системе. В дальнейшем концептуальная модель познаваемого явления или объекта природы может трансформироваться в вербальную, что по сути является продолжением первой, и представляет собой описание свойств и характеристик объекта'оригинала на некотором естественном языке [4]. На основе построенной концептуальной и, если это необходимо, соответствующей вербальной модели познаваемого объекта или системы, в частности, и законов природы, в общем, субъект познания принимает решение об их экспериментальном познании либо натурным, либо модельным экспериментом. Структурная схема натурного и модельного экспериментов в процессе познания представлена на рисунке 3. Итак, представив в своем сознании концептуальную модель явления или объекта, субъект познания находится в состоянии выбора с помощью какого вида эксперимента их познать или исследовать. В том случае, если средства и условия эксперимента реализуются непосредственно для исследования объекта'оригинала, то именно здесь на основе поставленной цели изучения, познания и исследования явлений и законов природы и последующего отражения и «живого созерцания» субъект познания принимает решение о возможности осуществления этого эмпирического процесса посредством натурного эксперимента непосредственно на самом познаваемом объекте. В этом случае, преподаватель, студент или группа студентов, влияя на оценку данных, вследствие произведенного отбора информации о познаваемом явлении или объекте на основе построенной концептуальной модели, принимают решения о познании объекта'оригинала или реальной системы путем реального экспериментирования над ними, они проводят, тем самым, натурный эксперимент, иными словами, осуществляя «проверку практикой». В том случае, если натурный эксперимент непосредственно над реальным

Соотношение натурного и модельного экспериментов в физическом практикуме

65

объектом или системой невозможен в силу определенных причин (см. Табл. 1), то в числе средств эксперимента используется модель, замещающую объект' оригинал или реальную систему, и преподавателем, студентом или творческой группой студентов принимается решение о построении модели познаваемого реального объекта или системы.

Рисунок 3. Натурный и модельный эксперименты в процессе познания.

Существенным отличием модельного эксперимента от натурного является его своеобразная структура. Отличительная особенность структуры модельного эксперимента заключается не в его субъективной стороне, а в объективной, в характере средств исследования и их отношении к объекту (системе) исследования. В то время как в обычном эксперименте средства экспериментального исследования, так или иначе, непосредственно взаимодействуют с объектом исследования, в модельном эксперименте взаимодействия нет, т.к. здесь экспериментируют не с самим объектом, а с его заместителем. При этом примечательным является то, что

66

Ю.А. Воронин, Р.М. Чудинский

объект'заместитель и экспериментальная установка объединяются, сливаются в действующей модели в единое целое. Естественно, что модель строится не как самоцель, а как средство изучения какого'то другого объекта'оригинала или реальной системы, который она замещает и находится с ним в определенных отношениях сходства и соответствия. Субъекта познания интересуют не столько свойства модели, а тот факт, что их изучение позволяет судить о свойствах реального объекта или системы, получать о нем некоторую информацию. Этот объект или система и выступает как подлинный объект познания, а по отношению к нему модель является лишь средством экспериментального исследования. С другой стороны, в эксперименте модель является объектом познания. Изучается режим ее работы в определенных условиях, над ней ведутся не только визуальные наблюдения, но и, в первую очередь, производятся измерения ее параметров. В этом случае модель подвергается определенным причинным воздействиям, и экспериментатор (субъект познания) проводит регистрацию реакции данной системы на эти планомерные воздействия и т.д. Иными словами, в модельном эксперименте модель изучается как некоторый объект исследования, и в этом отношении она является объектом познания (изучения).

Рисунок 4. Изменение структуры натурного эксперимента при переходе к моделированию. Здесь I – натурный эксперимент; II – модельный эксперимент; Э/СП – экспериментатор (субъект познания); СЭ – средства эксперимента; ОО – объект'оригинал; Пр – приборы; МОО – модель объекта'оригинала познания. Сплошной стрелкой обозначается непосредственное воздействие, прерывистой – отношение модели к объекту'оригиналу.

Соотношение натурного и модельного экспериментов в физическом практикуме

67

Следовательно, модель в модельном эксперименте выполняет двоякую роль: она одновременно является и объектом познания (поскольку она замещает другой, подлинный объект'оригинал), и экспериментальным средством (т.к. она является средством познания этого объекта). В связи с этим, структура модельного эксперимента, по сравнению с натурным, существенно изменяется и усложняется. Если в натурном эксперименте объект исследования и прибор находились в непосредственном взаимодействии, т.к. экспериментатор с помощью прибора воздействовал прямо на изучаемый объект, то в модельном эксперименте внимание субъекта познания сосредоточено на исследовании модели, которая теперь подвергается всевозможным воздействиям и исследуется с помощью приборов. В этом случае объект'оригинал или реальная система непосредственно в самом эксперименте участия не принимает. Схематично изменение структуры эксперимента при переходе к моделированию можно представить следующим образом (рис. 4): Для модельного эксперимента характерны следующие основные стадии: 1) переход от натурного объекта (реальной системы) к модели – построение модели (моделирование в собственном смысле слова); 2) экспериментальное исследование модели; 3) переход от модели к натурному объекту'оригиналу (реальной системе), состоящий в перенесении (экстраполяции) результатов, полученных при исследовании, на этот объект. Модель входит в эксперимент, не только замещая объект исследования, она может также замещать и условия, в которых изучается некоторый объект обычного эксперимента. В том случае, когда объектом познания является аппаратура управления, а условиями, в которые ставится объект познания, является работа аппаратуры. При этом модель замещает условия, в которых проводится натурный эксперимент. Этот метод является примером сочетания натурного эксперимента с модельным и схематически представлен на рисунке 5. Несмотря на то, что здесь моделируется не объект познания, а условия, в которых этот реальный объект или система познается, осуществляются те же операции и возникают аналогичные проблемы. Этими операциями являются: 1) построение моделей условий, т.е. переход от некоторых реальных условий (натуры) к их заместителю; 2) экспериментальное изучение взаимодействий объекта познания с моделируемыми условиями; 3) переход к естественным условиям, состоящий в перенесении результатов познания объекта во взаимодействии с моделью условий на случай, когда объект взаимодействует с реальными условиями.

68

Ю.А. Воронин, Р.М. Чудинский

Рисунок 5. Сочетание натурного и модельного экспериментов. Здесь У – условия; МУ – модель условий; остальные обозначения те же, что и на рис. 4.

При таком комбинированном «натурно'модельном» эксперименте возникают такие же проблемы, связанные с основанием для замещения натурных условий моделью и экстраполяции результатов эксперимента на натурные условия [5]. Для решения этих вопросов потребовались специальные исследования, в результате которых выяснилось, что решение вопросов об основаниях моделирования различается в зависимости от классов и, соответственно, подклассов моделей. В структуре модельного эксперимента значительно усилена роль теоретической стороны исследования. Теория становится необходимым звеном, связывающим постановку эксперимента и его результаты с объектом исследования. Если натурный эксперимент предполагает наличие теоретического момента в начальной стадии опыта – выдвижение гипотезы, ее оценку, выведение следствий, теоретические соображения, связанные с конструкцией экспериментальной установки, а также на завершающей стадии – обсуждение и интерпретацию полученных данных, их обобщение, то в модельном эксперименте, кроме того, необходимо теоретически обосновать отношение подобия, аналогии, изоморфизма (в общем случае, гомоморфизма) между моделью и объектом'оригиналом и возможность экстраполировать на этот объект полученные данные. Без этого обоснования модельный эксперимент теряет свое специфическое познавательное значение, ибо он перестает быть источником информации о действительном, или

Соотношение натурного и модельного экспериментов в физическом практикуме

69

натурном объекте'оригинале. Таким образом, в модельном эксперименте теоретическая сторона представлена значительно сильнее, чем в натурном, он в еще большей степени является соединением теории и практики. Хотя модельный эксперимент расширяет возможности экспериментального исследования ряда объектов, однако у него существует ряд недостатков по сравнению с натурным экспериментом: а) отсутствие универсальности, т.е. практически для каждой новой системы необходимо создавать новую модель; б) ограниченный доступ к информации об исследуемой системе. Кроме этих недостатков, включение теории (сознательной деятельности субъекта познания) в качестве звена, связывающего модель и объект'оригинал, т.е. отношение субъект–объект, также может стать источником ошибок, что снижает доказательную силу модельного эксперимента [5]. Следовательно, на основе проведенного анализа можно привести следующие критерии натурного и модельного экспериментов (Табл. 1), которые определяют их соотношение в познании и исследовании законов природы. Как показано в левой части схемы натурного и модельного экспериментов в процессе познания (рис. 3), модельный эксперимент в соответствии с классификацией моделей по форме представления информации на материальные и идеальные в свою очередь можно разделить на 2 класса. Первый класс модельного эксперимента образуют материальные модели реальных объектов'оригиналов. Эксперимент над материальными моделями, как объектами познания и исследования, наиболее приближен к натурному эксперименту в силу нескольких причин. Во'первых, это относится к специфике самих материальных моделей. Вследствие того, что к классу материальных моделей относятся всевозможные модели, которые, хотя и созданы человеком, но существуют объективно, будучи воплощены в различных материальных предметах. Сюда же входят и так называемые живые модели, которые, хотя созданы и не искусственно, а отобраны человеком в силу присущих им определенных свойств, позволяют в упрощенной форме имитировать изучаемый сложный процесс. Все эти модели существуют так же объективно, как машины или экспериментальные установки и приборы. У них специфическое назначение: они предназначены для воспроизведения структуры, характера протекания, сущности изучаемого явления, объекта или процесса. Во' вторых, это относится непосредственно к самому процессу познания явлений и законов, в частности, и изучения законов природы. При осуществлении модельного эксперимента на материальных моделях студенты либо совместно в творческих группах, либо вместе с преподавателем в качестве равноправных партнеров учебного процесса исследуют различные объекты, системы, явления и процессы

70

Ю.А. Воронин, Р.М. Чудинский

реального мира. Они на основе реальных фактов строят модель, выводят из нее следствия, проверяют их экспериментально и в результате получают новые факты. Эта исследовательская деятельность отличается тем, что она дает объективно новые для учебного эксперимента результаты. В этом случае студент или группа студентов практически проводят натурный эксперимент (см. рис. 3), результаты которого могут выйти за рамки определенной теории, иными словами, исследуют физическую модель. В процессе создания, конструирования и эксперимента с такими моделями обучающиеся получают объективно новые знания об объекте'оригинале. В том случае, если познание объекта'оригинала невозможно ни с помощью натурного эксперимента над реальными объектами, ни над материальными моделями объекта'оригинала, то для познания и исследования объекта'оригинала строится его идеальная модель, классификация которой представлена на рисунке 3. В настоящее время наиболее эффективным способом построения и познания идеальных моделей является метод компьютерного моделирования. Компьютерное моделирование есть метод научного познания, основанный на системном преобразовании материи, энергии, информации и предназначенный для решения задачи анализа или синтеза сложной системы путем создания и исследования субъектом идеальной модели, замещающей систему с определенных сторон, интересующих познание, с помощью персонального компьютера. Суть компьютерного моделирования заключается в получении количественных и качественных результатов по имеющейся физической или компьютерной модели. Качественные выводы, получаемые по результатам анализа, позволяют обнаружить неизвестные ранее свойства сложной системы: ее структуру, динамику развития, устойчивость, целостность и т.д. Количественные выводы носят характер прогноза некоторых будущих или объяснения прошлых значений переменных, которые характеризуют систему. Цели компьютерного моделирования могут быть различными, однако наиболее часто моделирование является центральной процедурой системного анализа, под которым понимается совокупность методологических средств, используемых для подготовки и принятия решений различного характера. Компьютерная модель сложной системы должна по возможности отображать все основные факторы и взаимосвязи, характеризующие реальные объекты'оригиналы, ситуации, критерии и ограничения. Компьютерная модель должна быть достаточно универсальной, чтобы по возможности описывать близкие по назначению объекты' оригиналы, и в то же время достаточно простой, чтобы, в частности, позволить выполнить необходимые исследования с разумными затратами.

Соотношение натурного и модельного экспериментов в физическом практикуме

71

Стоит отметить, что практически все идеальные модели, представленные на рисунке 3, могут быть реализованы и затем познаны обучающимися посредством персонального компьютера. В настоящее время, как видно из рисунка 3, аналитические, алгоритмические и имитационные идеальные модели, в отличие от других представленных видов идеальных моделей, непосредственно применяются при изучении студентами, как субъектами познания, законов природы. Поэтому на этапе оценки данных и принятия решения (см. рис. 2) необходимым является использование компьютеризированной системы средств обучения, главной составной частью которой является персональный компьютер. Наличие в составе компьютеризированной системы средств обучения персонального компьютера обеспечивает постановку и проведение одного из видов модельного эксперимента – компьютерного моделирования, осуществляя, таким образом, одновременно несколько таких функций ПК, как моделирующая, вычислительная, измерительная, управляющая, аудиовизуальная. На этом этапе посредством заложенных в персональный компьютер программных средств и комплексов, в основном вычислительного эксперимента и имитационного моделирования, проводится построение и экспериментирование над компьютерной моделью познаваемого явления, объекта или системы. Отличительной особенностью компьютерного моделирования является тот факт, что в нем объект'заместитель и экспериментальная установка объединяются, сливаются в действующей модели в единое целое, а остается единственное средство – персональный компьютер. Компьютерное моделирование, осуществляемое с помощью компьютеризированной системы средств обучения, в состав которой входит персональный компьютер, субъект познания может проводить многократно, что зачастую невозможно осуществить с помощью натурного эксперимента в силу различных причин и обстоятельств (см. выше), до тех пор, пока модель не пройдет все стадии построения и не выполнит свое главное предназначение – быть использованной для познания и исследования явлений, объектов и систем, изучения законов природы. Кроме того, посредством компьютерного моделирования осуществляется анализ и синтез объекта'оригинала или сложной системы на основе использования ее идеальной модели. В компьютеризированной системе средств обучения также формируются и остальные виды идеальных моделей, но они могут лишь в основном отображать результаты проведенного студентом или группой студентов как компьютерного моделирования, так и натурного и модельного экспериментов над

72

Ю.А. Воронин, Р.М. Чудинский

материальными моделями. Так, например, графические условные, являющиеся одним из видов частично'формализованных моделей, могут отображать результаты эксперимента в виде графиков, диаграмм и схем, а аналитические модели реализовываться посредством персонального компьютера для решения аналитических зависимостей с помощью ряда известных программных средств. Как видно из схемы (рис. 2), на границе I и II контуров в составе системы средств обучения появляется персональный компьютер (ПК), где ранее проводил оценку данных и принимал решение преподаватель или студент с алгоритмом «жестких» методических указаний, предоставленных ему преподавателем. Теперь преподаватель или студент способны оперативно влиять на ситуацию в I контуре механизма управления через персональный компьютер, который в этом случае выполняет не только второстепенные, но и многие основные функции, ранее принадлежащие преподавателю. В том случае, если преподаватель, являющийся организатором познавательной деятельности студентов по изучению законов природы, «уходит» из II контура механизма управления, то образуется другая человеко'машинная единица «студент'ПК» или «студенты'ПК», которая может быть образована одним обучающимся или небольшой творческой группой. Следовательно, непосредственно создавая, планируя и проводя эксперименты с компьютерной моделью, студент или творческая группа студентов многократно прокручивают изучаемое явление или закон. При натурном эксперименте вследствие ряда разнообразных причин многократное его повторение затруднено. Следующим этапом экспериментального познания явления или объекта и изучения законов природы является экстраполяция результатов модельного эксперимента на реальный объект или реальную систему. Иными словами, осуществляется переход от модели к натурному объекту'оригиналу или системе, состоящий в перенесении результатов, полученных при исследовании, на этот объект или систему. Вот здесь уже с учетом результатов модельного эксперимента субъект познания производит экспериментирование непосредственно на самом объекте' оригинале или реальной системе, осуществляя, тем самым, натурный эксперимент. Результаты этого эксперимента вкупе с результатами модельного эксперимента как на материальных моделях, так и на идеальных позволяют, в конечном итоге, изучить законы природы. Следовательно, I контур представляет собой многократные циклы экспериментального познания и исследования явления, объекта'оригинала или системы, в частности, и законов природы в реальных лабораторных системах или на материальных моделях. Во II контуре осуществляется отбор и обобщение информации об явлении, объекте или системе, познание обучающимися сущности

Соотношение натурного и модельного экспериментов в физическом практикуме

73

законов природы на основе натурного эксперимента и идеальных моделей. Оба контура представляют собой модель получения и приобретения студентами знаний законов природы при обучении во время лекций, на лабораторно' практических занятиях или в процессе внеаудиторной самостоятельной деятельности, организатором которых во всех случаях является преподаватель, путем исследования реальных систем или их материальных и идеальных моделей. Одной из главных особенностей структурной схемы, представленной на рисунке 1, является то, что она позволяет определить соотношение натурного и модельного экспериментов в процессе познания явлений и объектов природы. В I контуре отчетливо прослеживается тот факт, что натурный эксперимент в процессе познания явлений и объектов природы является первичным по отношении к модельному эксперименту. В том случае, когда результаты натурного эксперимента являются «неудовлетворительными» или его вообще невозможно осуществить, в конечном итоге, прибегают к использованию метода моделирования. Однако затем, перенося его результаты непосредственно на объект'оригинал или реальную систему, с их учетом осуществляют натурный эксперимент по исследованию явлений и объектов природы.

Литература 1. Штофф В.А. Проблемы методологии научного познания: Монография. – М.: Высшая школа, 1978. 269 с. 2. Рузавин Г.И. Методы научного исследования. – М.: Мысль, 1975. 237 с. 3. Абдеев Р.Ф. Философия информационной цивилизации. − М.: Владос, 1994. 336 с. 4. Воронин Ю.А., Чудинский Р.М. Моделирование в технологическом образовании. – Воронеж: ВГПУ, 2001. 226 с. 5. Штофф В.А. Моделирование и философия. – М.'Л.: Наука, 1966. 295 с.

74

Ю.А. Воронин, Р.М. Чудинский

Таблица 1. Соотношение натурного и модельного экспериментов

Òîì 8, íîìåð 3, 2002 Соотношение натурного и модельного экспериментов в физическом практикуме

75

Продолжение таблицы 1

Èçäàòåëüñêèé Äîì Ìîñêîâñêîãî Ôèçè÷åñêîãî îáùåñòâà