У вступі обґрунтовано актуальність обраної теми, визначені об’єкт, предмет і мета дослідження, сформульовано гіпотезу й основні завдання, охарактеризовано методи дослідження; викладена методологічна основа; розкрито наукову новизну, теоретичну і практичну значущість виконаного дослідження; подано відомості про апробацію та впровадження здобутих результатів.
У першому розділі дисертації «Теоретичні та методологічні засади забезпечення науковості і наочності при вивченні курсу загальної фізики у вищих навчальних закладах» проаналізовано дидактичні принципи науковості і наочності та формування системи фундаментальних фізичних понять і теорій квантової фізики ХІХ – ХХ та початку ХХІ ст., виокремлено особливості структури і змісту розділу «Квантова фізика» та визначено відповідність їх освітньо-кваліфікаційним вимогам з підготовки вчителя фізики, окреслено методику вивчення новітніх понять квантової фізики за кредитно-модульною системою.
Виявлено, що у дослідженнях з дидактики розрізняють 8 означень принципу науковості та 11 принципу наочності. Ми вважаємо, що зміст принципу науковості випливає із закономірного зв'язку між змістом відповідної галузі науки й навчального предмету, а принцип наочності розглядається як сукупність норм, які випливають із закономірностей процесу навчання.
Принциповим аспектом нашого підходу є ідея виявлення джерел історичної реконструкції і становлення сучасних фізичних понять і теорій. Реалізація такого підходу забезпечується структурно-логічним аналізом досягнень фізики й дотриманням визначених нами педагогічних правил відбору навчального матеріалу, які враховують: досягнення науки фізики останніх 70 років; розкривають причинно-наслідкові зв’язки між явищами, що вивчаються; стан розвитку методики розкриття змісту навчального матеріалу з урахуванням новітніх педагогічних позицій тощо.
Дослідники Ю.О.Храмов, Р.З.Сагдєєв, О.І.Ахієзер та інші виділили чотири етапи розвитку сучасної фізики. Перші два етапи відносяться до періоду становлення квантової фізики. Третій етап розпочався у 1955 р., коли фізики почали досліджувати структуру нуклона, особливістю якого є вивчення явищ нових просторово-часових масштабів (10-15 м). Четвертому етапу вони відвели період з часу відкриття кварків (1969 р.). Ми вважаємо, що з 2003 року розпочався новий, п’ятий етап, пов’язаний з виходом експериментальної бази фізики за межі Землі у Всесвіт, де у єдності охоплюються всі процеси Природи.
У цьому зв’язку нами здійснено аналіз еволюційного переходу від понятійної структури класичної і квантової фізики до загальної теорії поля, теорії вакууму, струн та ін. Встановлено, що третій і особливо четвертий етапи розвитку фізики частково знайшли своє відображення у змісті курсу фізики для педагогічних ВНЗ, а п’ятий етап – взагалі поза такого відображення. В цьому зв’язку зміна дослідницьких програм відбувалась за схемою: механічна програма → електропольова → релятивістська → квантова → вакууму → струн → Всесвіту, відповідно відбулась еволюція принципу наочності: від уявних засад до експериментальних, а далі до наочних моделей, системності.
Ми з’ясували закономірності зміни освітніх парадигм у науці-фізиці: в періодах розвитку наукової думки від Сократа до інформаційного суспільства; у філософії від Фалеса до матеріалістичного розуміння Природи Всесвіту; у науковій ідеології від піфагорійської до квантово-польової та кваркової.
У роботі набула розвитку діалектична ідея єдності простору і часу, які у класичній і квантовій фізиці трактуються по-різному через виокремлення методики вивчення абсолютних і відносних понять з метою забезпечення наукового викладу новітніх понять фізики, а з’ясування квантових симетрій означає, що фізика стала вивчати суперечності в самому фундаменті матерії.
Для з’ясування студентами цілісної картини фізичної реальності та фундаментальності понять і теорій, ми ввели поняття «логіка структури еволюції думок вчених-фізиків» і дослідили структурно-логічні схеми ходу думок М.Планка, А.Ейнштейна, Е.Шредінгера, Ш.Глешоу та ін. Ми визначаємо масштаби оцінки кожної теорії через фізичні сталі, зокрема, існуючі теорії мають масштаб від постійної Планка до швидкості світла у вакуумі.
В основу розвиваючих наукових теорій ми поклали наскрізні загальнонаукові принципи: збереження, взаємоперетворення, симетрії, інваріантності, однорідності простору і часу, причинності, упорядкованості процесів, еквівалентності, дискретності, структурності, дуалізму, обумовленості, неозначеності, відповідності, доповнюваності, спостережуваності, що виникли під час третього періоду розвитку фізики. Вони безпосередньо пов’язані у навчальному процесі з принципами дидактики.
Наші результати аналізу змін парадигм і теорій у фізиці трансформовані до курсу загальної фізики і досліджені у методиці навчання фізики у вищій школі. З’ясовано, що реалізація ідеї науковості та історизму, як мети навчання, розвитку та виховання студентів ще не завершені. Тому ми пропонуємо ввести у методику навчання поняття співвідношення класичної, квантової і сучасних теорій, елементарності і складності у взаємоперетвореннях та встановити межі їх проявів. Такий підхід визначатиме нові шляхи до формування понять, суджень з курсу загальної фізики і забезпечить науковість і наочність навчання студентів. Поняття фізичного знання, які входять в розділ «Квантова фізика», мають загальнонаукове значення і закономірно трансформуються в інші розділи курсу фізики.
У розділі показано, що методологія сучасної фізики не може бути механічно перенесена на навчальний процес, а потребує психолого-педагогічної трансформації певними способами.
До ознак підвищення рівня науковості вивчення питань квантової фізики через оновлення змісту ми віднесли: відповідність структури і змісту фізичної освіти науковому та соціальному досвіду, стан включення до змісту курсу фізики нових досягнень науки фізики, сучасний стан відображення тенденції розвитку науки фізики у курсі фізики ВНЗ, забезпечення мотивації навчання, психології становлення нового знання в умовах дидактичних стрибків, організацію самостійного оволодіння студентами знаннями.
Аналіз результатів наукових досліджень здійснено нами на основі методів системного підходу та структурно-логічного аналізу. Нами розроблено 54 структурно-логічних схем, критично оцінено структурні компоненти розділу, роль окремих явищ, процесів, понять, теорій у загальній системі, виявлено недоліки у логіці викладу змісту навчального матеріалу (216 понять), виділено сучасні питання (60 понять). На рис. 1 подана одна з схем. Цим забезпечується перехід до системного підходу, який спрямований не лише на засвоєння знань, але й на способи засвоєння, на зразки та способи мислення і діяльності, на розвиток пізнавальних і творчих здібностей студентів, на розвиток мислення.
Проведений нами структурно-логічний аналіз навчальних програм, посібників І.М.Кучерука, Г.Ф.Бушка у вигляді структурно-логічних схем, привів до висновку, що їх зміст обмежений у науковій інформації останніх 50-70 років, організація навчального процесу за традиційних підходів вичерпала свої можливості, бо змінились умови навчання студентів. Соціальне замовлення на знання зазнало змін в сторону їх практицизму, швидке перетворення набутих знань у безпосередню продуктивну силу, що вимагає нового методичного та інформаційно-комунікаційного забезпечення з метою організації студентів на особисту зацікавленість у засвоєнні новітніх наукових знань, реалізуючи це за умов кредитно-модульного навчання.
