Головна Педагогіка Нова педагогічна думка РЕАЛІЗАЦІЯ ПРИНЦИПУ НАУКОВОСТІ У ФОРМУВАННІ ЗНАНЬ ПРО ПОЛІМЕРНІ МАТЕРІАЛИ В МАЙБУТНІХ УЧИТЕЛІВ У ПРОЦЕСІ ВИВЧЕННЯ КУРСІВ ФІЗИКИ
joomla
РЕАЛІЗАЦІЯ ПРИНЦИПУ НАУКОВОСТІ У ФОРМУВАННІ ЗНАНЬ ПРО ПОЛІМЕРНІ МАТЕРІАЛИ В МАЙБУТНІХ УЧИТЕЛІВ У ПРОЦЕСІ ВИВЧЕННЯ КУРСІВ ФІЗИКИ
Педагогіка - Нова педагогічна думка

УДК [53.54 - 126]:378.147

Микола БОРДЮК,

Кандидат фізико-математичних наук, професор кафедри фізики Рівненського державного гуманітарного університету

У роботі розглядаються основні напрямки реалізації дидактичного принципу науковості в процесі вивчення властивостей полімерних матеріалів у курсі фізики вищої школи. Пропонується схематичне подання наукових знань з фізики полімерів. Показано, що ядро та оболонка наукових знань перебувають у стані динамічного обміну інформацією.

Ключові слова: дидактичний принцип, ядро, оболонка, макромолекулярна система, синергетика, суспільство, екологія.

В работе рассматриваются основные направления реализации дидактического принципа научности в курсе физики высшей школы в процессе изучения свойств полимерных материалов. Схематически представлена структура научных знаний по физике полимеров. Показано, что ядро и оболочка научных знаний находятся в состоянии динамического обмена информацией.

Ключевые слова: дидактический принцип, ядро, оболочка, макромолекулярная система, синергетика, общество, экология.

The article considered the main areas of teaching principles of scholarship in the process of studying the properties of polymeric materials in the course of high school physics. The schematic of scientific knowledge on polymer physics is representation. Shown that the core and shell of scientific knowledge in a state of dynamic exchange of information.

Key words: didactic principle, core, cladding, macromolecular system, synergetic, society, ecology.

Формування знань про полімерні матеріали у майбутніх учителів фізики вимагає осмислення сучасних навчально-виховних процесів вищої школи. Наукові основи навчально-виховного процесу підготовки вчителів фізики визначає педагогіка вищої школи [1]. Згідно із системним підходом [2] принципи навчання розглядаються як загальні вимоги, які висуває оточення, середовище (суспільство, природа) до самої системи навчання. Виконання цих вимог визначає межі функціонування і вказує на спрямованість процесу навчання. На сучасному етапі розвитку педагогічної науки найбільш удосконаленими та розробленими є методи природовідповідного та особистісно

Зорієнтованого навчання [3,4]. При вивченні фізики у вищій школі суттєву роль відіграє діяльнісний підхід, який вирізняється ясністю і простотою[5,6].

Основні закономірності, які охоплюють зовнішні і внутрішні зв’язки процесу навчання, можна умовно розділити на дві групи: а) закономірності, що притаманні процесу навчання за його сутністю; б) закономірності, що виявляються залежно від характеру діяльності того, хто навчає, і тих, хто навчається, засобів навчання.

До першої групи закономірностей, згідно з дослідженнями Ю. К.Бабанського [7,8], можна віднести наступні:

А) процес навчання обумовлений потребами розвитку суспільства;

Б) процес навчання пов’язаний із процесами розвитку освіти, виховання у педагогічному процесі і використанні досягнень науки;

В) процес навчання залежить від вікових та індивідуальних особливостей педагога і студента;

Г) процес навчання залежить від матеріальних і духовних умов, у яких він протікає;

Д) форми організації навчання визначаються змістом і методами навчання.

Прикладами закономірностей другої групи є:

А) цілеспрямована організація пізнавальної діяльності студентів, що призводить до усвідомленого засвоєння понять;

Б) уміння і навички студентів формуються у процесі виконання операцій

І дій;

В) регулярно організоване пряме і відстрочене повторення змісту освіти сприяє міцності засвоєння.

Ці закономірності виявляються не при будь-якому навчанні і залежать від того, чи усвідомлює викладач усю повноту завдань навчання, чи застосовує для їх розв’язання необхідні методи і засоби. Крім того, закономірності навчання обумовлені тим, що педагогічний процес пов’язаний із цілеспрямованою й усвідомленою діяльністю взаємопов’язаних суб’єктів.

Розвиток сучасної науки, динамізм, притаманний сучасній цивілізації, інтелектуалізація праці, швидка зміна техніки і технології вимагає реформування змісту і методів організації неперервної природничо - математичної освіти взагалі і фізики зокрема[9].

Концепція неперервної фізичної освіти базується на таких основних принципах та дидактичних положеннях, як: загальність і неперервність фізичної освіти; наступність і перспективність розвитку змісту, структури організаційних форм, методів і засобів навчання; науковість змісту та його методологічна спрямованість і доступність викладу навчального матеріалу; гуманітаризація фізичної освіти та інтеграція знань про природу як необхідна умова гуманітаризації; диференціація фізичної освіти; генералізація навчального матеріалу навколо фундаментальних фізичних теорій, органічне поєднання класичної та сучасної фізики; політехнічна та екологічна спрямованість курсів фізики з урахуванням цілей і завдань профільного й професійного навчання.

В умовах змін у науці та освіті важливого значення набуває підготовка майбутніх учителів фізики до праці не тільки в умовах усередненого репродуктивного інформаційного підходу, а й умовах розвитку творчої активності особистості [10], що живе і працює у світі техніки і складних нових технологій. Це означає, що розвиток змісту й організації процесу навчання повинен здійснюватися на основі діяльнісного підходу і гуманітаризації процесу навчання. З позиції діяльнісного підходу перед навчанням ставиться важливе завдання — сформувати такі види діяльності, котрі включають у себе задану систему знань і забезпечать їх застосування у заздалегідь передбачених межах, тобто формувати знання-уміння [11]. Такий підхід вимагає у методиці викладання фізики у вищій школі застосовувати методи і підходи, які давали б можливість спрямовувати студента не тільки на засвоєння знань, але й на спроби цього засвоєння, на зразки та спроби мислення і діяльності, на розвиток пізнавальних сил і творчих здібностей, на розвиток «всеохоплюючого» мислення [13,14].

Загальними цілями, які постають перед навчанням фізики у процесі неперервної освіти, є формування і розвиток у студентів, учнів наукових знань і вмінь, необхідних для розуміння явищ і процесів, що відбуваються у природі, техніці, побуті, та для продовження освіти впродовж усього життя [15,16].

Ефективність практичної діяльності у процесі навчання забезпечує виконання принципів дидактики (система вихідних, основних дидактичних вимог, установок до процесу навчання). У сучасній дидактиці єдиної загальновизнаної номенклатури принципів навчання не існує [16-19].

Узагальнюючи результати педагогічних досліджень [20-27], можна зробити висновок про те, що дидактичні принципи тісно пов’язані із закономірностями навчання й відображають дидактичні закони. Принципи дидактики утворюють систему, що відображає навчальний процес як єдине ціле. Систему принципів характеризує взаємозумовленість і взаємопроникнення. На основі загальнодидактичних принципів розробляються специфічні принципи навчання [23] та принципи фахових методик, в яких висвітлюються процеси навчання та вивчення окремих дисциплін з урахуванням їх особливостей [20]. У практичній діяльності педагога дидактичні принципи реалізуються комплексно, як єдина система, що є виявом ідеї цілісності педагогічного процесу. Реалізація комплексу принципів навчання в будь-якому виді навчальної діяльності забезпечує оптимальний варіант навчального процесу.

При формуванні знань про полімерні системи в курсі фізики вищої школи реалізуються загальнодидактичні принципи. Провідним за ознакою загальності є принцип науковості [1], який сприяє відтворенню в навчальному процесі дисципліни об’єктивного взаємозв’язку між спеціальними знаннями і загальними поглядами на оточуючий світ; взаємозв’язку, зумовленого єдністю одиничною і загальною як у структурі оточуючого середовища, так і у процесі його пізнання. Реалізація цього принципу дає можливість вивчити основні наукові положення фізики полімерів (основні положення і закони, поняття) та застосувати у навчанні методи, які використовуються в цій галузі людських знань. Згідно із «Науково-методичними основами викладання загальної фізики» Г. Ф.Бушка та Б. С.Колупаєва [1], сутність цього принципу у вищій школі відповідає таким вимогам:

- зміст освіти повинен відповідати сучасному стану науки в цій галузі людських знань;

- у процесі навчання студенти оволодівають методами наукового пізнання і використовують їх у своїх наукових дослідженнях;

- навчання повинно розкривати закономірності процесу пізнання оточуючого світу і формувати в студентів «всеохоплююче» мислення;

- під час навчання у свідомості студентів формується природничо - наукова картина світу.

При вивченні науки про полімери та використанні знань із цієї галузі у процесі навчання вищезазначені вимоги реалізуються через «призму» системності і синергетики [28,29]. Наука й освіта тісно пов’язані між собою і взаємодоповнюють одна одну. Навчальна дисципліна є дидактично обґрунтованою системою знань, умінь та навичок, які пропонує, і підпорядковані меті і завданням, які виконує той чи інший навчальний заклад, формуючи фахівця.

Згідно із дослідженням Г. М.Бортенєва та С. Я.Френкеля [30], фізику полімерів визначають як фізику реальних систем чи тіл, що складаються із макромолекул чи містять їх (розчини, композиції). Наукові знання з фізики полімерів схематично можна відобразити у вигляді системи, що складається з двох частин. Центральною частиною (ядром) такої системи є фундаментальні теоретичні знання, які відносно повільно змінюються у часі, та оточення (оболонки), яке складається із відносно швидких, змінних у часі прикладних знань. Схематично структура наукових знань з фізики полімерів подана на рис.1.


Рис. 1. Схема наукових знань з фізики полімерів


«Ядро» фізики полімерів складають основні закони, закономірності, поняття класичної фізики, фізики твердого тіла і квазічастинок, статистичної фізики, квантової, елементарних частинок, фізики живої природи та нанофізики. Включення в ядро фізики елементарних частинок зумовлено тим, що в останні роки ведуться інтенсивні теоретичні й експериментальні пошуки зі створення єдиної теорії фундаментальних взаємодій [31,32]. У макромолекулі як основній структурній одиниці будь-якої полімерної системи присутні всі види фундаментальних взаємодій (гравітаційна, сильна, слабка, електромагнітна). Фізичні властивості макромолекул поділяються на дві групи, одна з яких пов’язана з електронними процесами, а інша — з конформаційними. Конформаційні властивості зумовлені розміщенням та

Рухом атомів і атомних груп макромолекул, які визначають особливості як біополімерів, так і синтетичних полімерів.

Ефекти, пов’язані з конформаціями макромолекул, відбуваються у просторово-часових масштабах, які суттєво перевищують атомні. Конформаційні ефекти визначають особливості полімерів, а саме: макромолекули створюють далекодіючі кореляції, що призводить до сильних флуктуацій, аномально малої ентропії і надзвичайно сильного сприйняття зовнішніх дій. Крім того, макромолекулярні системи володіють як довготривалою (майже нескінченною) пам’яттю, пов’язаною з фіксацією послідовності розміщення мономірних ланок, так і топологічною забороною на взаємоперетинання макромолекул. Тобто макромолекула володіє лінійною і топологічною пам’яттю. Це потребує особливих підходів до опису великомасштабних конформаційних ефектів. Тому до складу ядра і входить статистична фізика макромолекул [33].

Вивчення біополімерів передбачає розгляд основних принципів біології та її фізичних аспектів. Фізичні принципи відтворення і розвитку живих систем (систем біополімерів, надмолекулярних утворень) передбачають застосування методів дискретного і ймовірнісного опису природи, застосування синергетичних уявлень з метою аналізу поведінки складних систем і з’ясування ролі симетрії-асиметрії в різних фізичних виявах. Поведінка макросистем визначається їх мікроструктурою й описується закономірностями синергетики. Синергетика - це наука про макроскопічні колективні явища у просторі та часі, що відбуваються в багатокомпонентній системі з «кооперативною» взаємодією між її елементами (наприклад, макромолекула, надмолекулярні утворення). На основі таких підходів аналізуються питання фізичного розуміння принципів утворення і функціонування біополімерів та їх систем, тобто відтворення і розвитку живих систем, вплив зовнішніх і внутрішніх фізичних полів на еволюцію живих організмів. Унаслідок таких специфічних «колективних» взаємодій у живих системах можуть виникати явища самоорганізації, описувані нелінійними диференціальними рівняннями, коли порядок виникає з хаосу [34].

Принципова придатність макромолекул із функціональними боковими групами до хімічної еволюції безпосередньо випливає із того, що на них записано «вічний» текст: молекули полімеру можуть вступати в хімічні реакції з молекулами навколишнього середовища, не втрачаючи при цьому цілісності (кількість ланок основного ланцюга залишається незмінною), але трансформуючи «текст» (структура ряду мономерних ланок ускладнюється), тим самим збільшуючи кількість способів (або удосконалюючи один спосіб) динамічного самозчитування. Тобто досить складні макромолекули, які вже володіють деяким запасом інформації, можуть, взаємодіючи з оточенням, збільшувати цей запас інформації. Це дуже важливий принцип, який можна вивести, не застосовуючи методу індукції: чим складніша система і чим більше вона містить інформації, тим більше у неї можливостей до подальшої еволюції і тим швидше ця еволюція відбувається. При цьому найбільш довготривалим був період молекулярної еволюції — від простих макромолекул до здатної до самовідтворення клітини; із цим періодом пов’язаний відомий парадокс коефіцієнтів, однозначно не вирішений до сьогодні.

Сформульований принцип зберігає силу і для молекулярної еволюції, а один із можливих виходів із парадоксу коефіцієнтів полягає у перегляді ролі «осмотичних умов». Якщо припустити, що одночасно з макромолекулами виникли осмотичні клітини, які відокремлені від середовища напівпроникними мембранами і володіють великою рухливістю форми — як реакції на градієнти температури, рН, концентрації різних інгредієнтів, то на основі сформульованого принципу всередині таких протоклітин (і одночасно з ними) еволюція повинна проходити у пришвидшеному темпі.

Виходячи із вищевикладеного і стандартного визначення кібернетики — отримання, збереження, передача й обробка інформації, придатної для реалізації на рівні макромолекул, їх можна трактувати як «кібернетичні системи». Кожний із перерахованих компонентів кібернетики можна застосувати до макромолекул [35,36].

Індивідуальну інформацію, яка міститься в кожній макромолекулі, не враховують при розробці технології виготовлення і переробки, що призводить до перетворення такої технології в «антитехнологію». Успіхи молекулярної біології все-таки змусили звернути увагу на «індивідуальні» інформаційні характеристики макромолекул. Виявилося, що багато макроскопічних властивостей полімерних систем залежать від будови і конфігурації однієї або декількох конкретних макромолекул. Більше того, індивідуальні властивості конкретних макромолекул значно важливіші для всієї системи, ніж середньостатистичні властивості набору макромолекул.

Якщо порівнювати між собою інформаційні властивості так званих біополімерів, які зустрічаються у природі, і синтетичних полімерів, то структура останніх у значній мірі детермінована імовірними процесами. Виходячи із алгоритмічного представлення інформації, можна стверджувати, що утворення синтетичних полімерів зумовлене все-таки алгоритмом технології. У випадку біополімерів — це еволюційний процес. У цьому і полягає різниця між біополімерами та синтетичними полімерами. Перші виготовляються за строгим технологічним алгоритмом, отриманим у результаті деякої історичної випадковості і зовсім не оптимальним, а другі — отримані в результаті миттєвої еволюційної самоорганізації. Слід відмітити, що, виходячи з принципів молекулярної кібернетики, як раз не є можливим вважати сучасні технології отримання полімерів або виробів із них оптимальними. Не можна заперечувати і той факт, що значним досягненням буде проведення такого ж направленого еволюційного відбору технологій для синтетичних полімерів, як оптимальну самоорганізацію складних систем.

Виходячи із таких міркувань, в ядро фізики полімерів включені основні закони і закономірності фізики живої матерії, біофізики.

Більш високий рівень методів дослідження матеріалів за допомогою електронної мікроскопії високої здатності, зондової скануючої електронної мікроскопії, високоселективної масс-спектроскопії, удосконалення підготовки зразків дало можливість детектувати одинокі молекули, вивчати поведінку малих ансамблів атомів [37].

Розвиток сучасної фізичної науки зумовив глобальні зміни в технологіях виробництва і в суспільстві [38]. Це, перш за все, зумовлено тим, що знання про особливості будови і властивості невеликих атомних агрегацій та частинок, які визначають характеристики об’єктів, що є проміжними між окремими ізольованими атомами та об’ємними тілами, становлять значний науковий інтерес і вимагають проведення багатьох експериментальних та теоретичних досліджень [39]. Такі об’єкти отримали назву «нанорозмірні» і сьогодні важко знайти такі галузі природничих наук, які не були б так чи інакше пов’язані з ними [40].

Аналіз і систематизація досліджень різноманітних малих об’єктів дала можливість виявити принципово нові закономірності поведінки малих ансамблів, асоціатів атомів і молекул, що виявляється в зміні їх властивостей і реакційної здатності у порівняні з індивідуальними атомами і молекулами, а також з аналогічними системами, що утворюють фазу чи макросистему (контініум). Це дало можливість класифікувати хімічні об’єкти в залежності від числа чи розмірів виникаючих асоціатів або систем як наноструктури.

Вивчення фізичних властивостей таких нанооб’єктів дало можливість створити матеріали для електроніки; структури з нанометровою геометрією використати для запису, збереження, зчитування та відтворення різноманітної інформації, для перетворення випромінювань різної енергії. Використання таких наночастинок у хімії дозволяє проводити нові хімічні реакції, створювати каталітичні і сенсорні системи. Особливе місце в нанорозмірній хімії належить об’єктам, що беруть участь у різних біологічних процесах, до яких варто віднести такі функціональні системи, як ферменти, ліпосоми, клітини [41]. Дослідження нанорозмірних об’єктів у біології та медицині призвело до відкриття нових лікарських засобів та механізмів їхнього транспортування.

Тому цілком реальним є твердження про те, що наука й технології ХХІ століття будуть мати нанорозмірний, ангстремний характер, оскільки у багатьох традиційних технологіях досягнуті межі мініатюризації окремих елементів (наприклад, щільність розташування елементів на поверхні кристалу в мікроелектроніці), що стимулює пошук альтернативних шляхів.

Виходячи з особливості будови макромолекул полімерів, слід звернути увагу на можливості формування наноструктур у таких системах. Макромолекули можуть бути лінійними (з гнучкою чи жорсткою структурою), розгалужені (з відгалуженнями різної природи), зшиті (з різною густиною сітки) і дендримірні [42].

Структурні особливості макромолекул характеризуються конфігурацією, конформацією, молекулярною упаковкою ланцюгів, яка визначається характером і енергією міжмолекулярних взаємодій і характеризує впорядкованість макромолекул у просторі і між собою. Для полімерів особливістю є те, що їх структуроутворення можна охарактеризувати на основі підсистемного підходу: атомна група — сегмент, ділянка ланцюга — клубок, глобула, кристаліт — надмолекулярні утворення. Це вказує на те, що для полімерів розміри наночастинок можуть змінюватися у межах 1^100 нм і більше.

Молекулярні утворення в полімерних системах завжди є наноструктурними системами. Прикладами таких структуроутворень є аморфні полімерні системи, які можна описувати кластерною моделлю [43].

Наноструктуровані підходи до опису структури і властивостей аморфних і кристало-аморфних полімерів використовуються в багатьох модельних підходах і дають можливість розглядати полімер як систему, що складається з наноструктур [44].

Таким чином, у ядро фізики полімерів включені основні положення нанофізики.

Для пояснення процесів перенесення імпульсу, енергії, речовини, електричного заряду в полімерних системах та їх поведінки в силових полях різної природи, формуванні їх властивостей, необхідно застосовувати основні положення з фізики твердого тіла та фізики квазічастинок, які також включені в «ядро» наукових знань з фізики полімерів.

Розгляд складових частин «ядра» наукових знань із фізики полімерів вказує на те, що більшість фундаментальних положень (теоретичних знань) в останні роки практично залишається незмінною, винятком є підходи і закономірності нанофізики макромолекулярних систем, фізики живої матерії та фізики елементарних частинок (фундаментальних взаємодій). Слід зазначити, що ядро наукових знань з фізики полімерів є відкритою системою, яка може сприймати і включати в себе нову інформацію і для якої характерні процеси дисипації (інтенсивний обмін інформацією з оболонкою).

Оскільки навчальний процес у вищій школі є динамічним і передбачає врахування не лише стану розвитку науки і техніки, а й особливостей і тенденцій розвитку сучасного суспільства й освіти, то в оболонку таких знань включені шість складових. Ці складові охоплюють всі сфери діяльності людини, де є можливим використання знань з фізики полімерів. Засвоєння студентом знань із фізики полімерів дає можливість їх використання в своїй науковій, практичній діяльності, зокрема: трактувати їх на сучасному, доступному науковому рівні; використовувати сучасні теорії для наукових прогнозів (передбачень); вказувати можливі шляхи й умови досягнення балансу між суспільством (людиною) і природою (оточуючим середовищем).

Прикладами швидких змін, що відбуваються в складових оболонки наукових знань із фізики полімерів є вивчення електричних властивостей полімерів. На початковій стадії розвитку науки про полімери, макромолекулярні системи розглядалися як діелектрики. Розвиток технологій у створенні складних високомолекулярних систем дав можливість отримати полімерні матеріали, що володіють властивостями напівпровідників і провідників. У другій половині ХХ ст. — на початку ХХІ ст. ведуться інтенсивні теоретичні і експериментальні дослідження зі створення полімерних матеріалів, які здатні перебувати в надпровідному стані в області високих (кімнатних) температур. Зміна властивостей полімерних систем, шляхом нових методів хімічного складу, введенням наповнювачів, у тому числі і наночастинок, дією силових полів різної природи, пластифікаторів зумовлює і зміни в технологічних процесах їх формування і застосування, а також питаннях, пов’язаних з матеріалознавством, зокрема отриманні полімерних матеріалів з наперед заданими властивостями. Оскільки основне завдання матеріалознавства реалізується через фізичні, хімічні, біологічні технології, а отримані матеріали досліджуються за принципами технологій, то умовно цей процес можна подати таким чином: матеріалознавство - технології - матеріалознавство.

Продемонструвати зміни в складових оболонки «Моделювання полімерних систем та процесів у них» можна на прикладі уявлень про структуроутворення аморфних полімерів. Для студентів, при вивченні спецкурсів із «фізики полімерів», процес зміни модельних уявлень починають розкривати з «пачкової моделі». Каргіна, Китайгородського і Слонимського, запропонованої в 50-х роках ХХ ст., та моделі Флорі (сукупність статичних клубків, що переривають один одного). Наступним кроком у моделюванні структури аморфних полімерів була модель Йєха «бахромчастих міцелярних зерен», яка є компромісною між моделлю «пачок» і перекриваючих клубків. У 70-х роках ХХ ст. Пекхальдом була створена модель меандрів (полімерний кристал із вкрапленою системою конформаційних дефектів). Для пояснення вимоги реалізації ближнього порядку в аморфних полімерах, розвивається ідея про статистичне складування макромолекул, розміри таких ділянок відповідають розмірам незбуреного статистичного клубка.

У кінці ХХ - на початку ХХІ ст. для пояснення фізичних властивостей аморфних полімерів та їх систем використовується кластерна модель, запропонована Ю. С.Ліпатовим та його колегами.

При розгляді теми «Структура аморфних полімерів» викладачу важливо відзначити, що ідеї, які були закладені в моделі на початковому етапі розвитку науки про полімери, використовувалися в описі наступних моделей, з урахуванням тенденцій розвитку сучасної фізики.

Відповідних змін зазнають й експериментальні методи дослідження. Особливо ці зміни відчутні в останні десятиріччя, коли в експериментальних установах із вивчення властивостей полімерних систем почали використовувати не тільки елементи комп’ютерної техніки, але й нові методи візуалізації процесів структуроутворення, енергетичних та інформаційних явищ у полімерах.

Зміни, що відбуваються в полімерній науці, впливають на розвиток суспільства і екологію.

Загострення екологічної ситуації в світі виводить екологічну освіту та виховання на пріоритетні позиції в суспільстві. Важлива роль у цьому процесі відводиться природничій освіті. На сьогодні в Україні існує об’єктивна потреба проведення незалежного та систематичного контролю всіх компонентів довкілля — ґрунту, води, повітря. Залучення потенціалу навчальних закладів, у яких наявне необхідне обладнання, і, головне бажання викладацького персоналу, студентів, — є реальною допомогою українському суспільству.

Виходячи з реалій сучасного життя, слід констатувати, що час наївно - чутливого підходу щодо оточуючого середовища минув. Погіршення екологічної ситуації потребує глибокого, свідомого, активного порятунку природи. Зробити це може творчо розвинутий і збагачений науковими знаннями студент. Така людина не лише не буде шкодити природі, але зможе побудувати модель свого співіснування з біосферою. Реалізація такого співіснування потребує ґрунтовних знань про природу, що досягаються науковими методами на основі холістичного світогляду про сучасне природознавство. Таку основу сучасної екологічної освіти повинні складати курси природничих дисциплін, у яких реалізуються концепції сучасного природознавства. У зв’язку з цим зростає роль сучасних і адекватних фізичних моделей, які дають змогу відтворити системи живої й неживої природи, описати їх співіснування, дослідити вплив різноманітних зовнішніх факторів на діяльність і властивості систем.

Важливе значення в аспекті екологічного навчання і виховання відіграють курси природничих дисциплін, у яких вивчаються макромолекулярні системи. Компонентою освіти при цьому є екологічна освіта, яка базується на трьох складових. Першою її складовою є екологічне просвітництво (надана викладачем інформація дозволяє студентам ознайомлюватися з екологічними проблемами, які виникають при використанні тих чи інших полімерних матеріалів). Другою складовою є екологічна свідомість, як вищий рівень психічного відображення природного і штучного середовища, внутрішнього світу, рефлексія відносно місця і ролі людини в науково-технічному світі, а також саморегуляція цього відображення. У процесі здійснення екологічного навчання і виховання екологічна свідомість неперервно змінюється, як сукупність чуттєвих і мислених образів, що формуються при ознайомленні з полімерними матеріалами, дослідженням їх властивостей, ознайомленням із галузями застосування в народному господарстві та техніці, під час порівняння їх властивостей з властивостями інших матеріалів. Формування екологічної свідомості при вивченні високомолекулярних систем передбачає поєднання двох компонент: індивідуальної і суспільної. Індивідуальна компонента екологічної свідомості обумовлена зовнішніми щодо неї і незалежними від неї екологічними факторами, що проходять, переносяться, передаються через внутрішній світ людини. Суспільна компонента об’єднує, узагальнює ідеї, представлення, стереотипи великої групи людей (науковців, службовців, громадських організацій, суспільства в цілому) до виникаючих проблем екології в зв’язку з дослідженням і використанням полімерних матеріалів. Головною складовою екологічної освіти студентів є екологічна культура, що визначається глибоким осмисленням взаємозв’язку людина-оточуючий світ (природа), живого - неживого. Через формування екологічної культури студентів є можливість розв’язувати глибокі екологічні проблеми.

Для прикладу розглянемо, як цілеспрямовано можна формувати екологічну свідомість студентів природничих спеціальностей при освоєнні спецкурсів з фізики полімерів, чи при написанні бакалаврських, магістерських, дипломних робіт. Оскільки найбільш вживаним лінійним аморфним полімером є полівінілхлорид, то використовуючи інформацію роботи [45] та власні теоретичні та експериментальні дослідження, формуємо екологічну свідомість студентів про екологічну перспективу такого полімера [46]. У першу чергу роз’яснюємо студентам, що в світі промисловості та економіки напади на різні види полімерних матеріалів з метою захисту оточуючого середовища зумовлено тим, що полімери ефективно конкурують з іншими матеріалами. По­друге, щодо полівінілхлориду, слід зазначити, що на відміну від більшості полімерів, у виробництві яких як сировина використовуються непоновлюючі нафтові та газові джерела, при виробництві його застосовують, наповнюючи джерела рослинного походження, що дозволяють отримувати його вуглецеву складову (43%) і продукти розкладу хлоридів солей (57%). Отриманий полівінілхлорид містить хлор, але він не є токсичним, що доведено при виробництві труб, лінолеуму, віконних профілів [45].

Важливою інформацією, яка впливає на формування екологічної свідомості студентів, є ознайомлення їх з можливостями вторинної переробки відходів виробів полівінілхлориду. У рамках програми «Вініл-2010» розроблена система переробки полівінілхлориду для різних типів відходів у будівництві, автомобільній, текстильній промисловості, турботранспорті. Розроблена спеціальна техніка переробки кабелів і тканинних покриттів, що має назви «Вінілуп» і «Тексилуп». Особлива увага приділяється питанням переробки жорсткого полівінілхлориду, що використовується в будівництві. Статистичні дані вказують на те, що зібрані відходи складаються з 15% труб і з’єднань та 85% профілів. У 2007 році зібрано близько 14000 тон відходів із полівінілхлориду. Його масове використання в будівництві зумовлене хорошими технічними властивостями, екологічними та економічними показниками і при пожежі не більше за інші матеріали підсилюють отруйну дію диму. Доречно зауважити, що кількість відходів із полівінілхлориду складає

0, 5% від загальної кількості всіх відходів.

У процесі формування екологічної свідомості студенти оволодівають системою знань екологічного змісту (теоретичними та експериментальними) і здатністю використання відповідного понятійного апарату.

Екологічна культура студентів формується на основі інтегрованого підходу, при якому охоплюються всі можливі види взаємовпливу в системі природа-людина. Структуру вивчення екологічних проблем у курсі природничих дисциплін вищих педагогічних закладів можна зобразити таким чином (див. рис.2):

Рис. 2. Схема формування екологічної культури студентів


Для реалізації принципу науковості викладачу необхідно звернути особливу увагу на формування основних понять із галузі науки про полімери. Формування понять дозволяє розкрити сутність теорії і базується на певному життєвому досвіді та емпіричних знаннях про явища. Головним завданням навчального процесу є формування правильних понять про макромолекулярні системи, що сприяє розкриттю сучасної фізичної картини світу.

Підготовка майбутніх учителів фізики до творчої професійної праці потребує не тільки засвоєння наукових знань про макромолекулярні системи, але й оволодіння методологією науки про полімери, формування умінь і навичок дослідницької діяльності. Засвоєння методів фізичних (теоретичних і експериментальних) досліджень забезпечує достовірність знань, розширює пізнавальні можливості студентів, дозволяє встановлювати та аналізувати причинно-наслідкові взаємозв’язки (динамічні, статичні).

ЛІТЕРАТУРА

1. Бушок Г. Ф. Науково-методичні основи викладання загальної фізики / Г. Ф.Бушок, Б. С.Колупаєв. - Рівне: Діва, 1999. - 410 с.

2. Реан А. А. Социальная педагогическая психология / А. А.Реан, Я. Л.Коломинский. - СПб.: ЗАО «Издательство «Питер», 1999. - 416 с.

3. Подмазін С. І. Особистісно-орієнтований освітній процес. Принципи. Технології / С. І.Подмазін // Педагогіка і психологія. - 1997. - №2.

- С. 37-43.

4. Пальчевський С. С. Акмеологія: навч. посіб. [для студ. вищ. навч. закладів] / С. С.Пальчевський. - К.: Кондор, 2008. - 398 с.

5. Сусь Б. А. Проблеми дидактики фізики у вищій школі / Б. А.Сусь, М. І.Шут. - К.: Просвіта, 2003. - 155 с.

6. Сусь Б. А. Дидактичні та методичні основи активізації самостійної діяльності студентів (курсантів) при різних формах занять з фізики / Б. А.Сусь. - К.: КВІУЗ, 1996. - 185 с.

7. Бабанский Ю. К. Взаимосвязь закономерностей принципов обучения и способов его оптимизации / Ю. К.Бабанский // Советская педагогика. - 1982. - № 1. - С. 30-32.

8. Бабанский Ю. К. Об актуальных вопросах методологии дидактики / Ю. К.Бабанский // Советская педагогика. - 1978. - № 9. - С. 45-55.

9. Андронов В. М. Концепція неперервної фізичної освіти в навчальних закладах України / В. М.Андронов, О. І.Бугайов, О. І.Ляшенко // Проблеми удосконалення фундаментальної та професійної підготовки вчителів фізики: матеріали ІІ Всеукраїнської конференції викладачів фізики педагогічних інститутів та університетів. - К.: УДПУ ім. М. П.Драгоманова, 1996. - С. 7-19.

10. Шут М. І. Шляхи удосконалення базової фахової підготовки майбутніх вчителів фізики / М. І.Шут // Проблеми удосконалення фундаментальної та професійної підготовки вчителів фізики: матеріали ІІ Всеукраїнської конференції викладачів фізики педагогічних інститутів та університетів. - К.: УДПУ ім. М. П.Драгоманова, 1996. - С.19-22.

11. Гальперин П. Я. Управление познавательной деятельностью учащихся / П. Я.Гальперин, Н. Ф.Талызина. - М.: Педагогика, 1972. - С. 80­81.

12. Талызина Н. Ф. Педагогическая психология: учеб. [для студ.] /

Н. Ф.Талызина. - М.: Академия, 1999. - С. 266-274.

13. Психологическая типология: хрестоматия / сост. К. В.Сельченок. - Минск: Харвест. - М.: АСТ, 2000. - 592с.

14. Фрейджер Р., Фейдимен Д. Личность: теория, эксперименты, упражнения / Р. Фрейджер, Д. Фейдимен. - СПб.: Прайм-Еврознак, 2002. - 864с.

15. Психологія і педагогіка життєтворчості: навч.-метод. посіб. / ред. рада: В. М.Доній (голова), Г. Н.Несен (заст. голови) [та ін.]. - К.: ВІПОЛ, 1996. - 792 с.

16. Змеев С. И. Андрагогика: основы теории, истории и технологий обучения взрослых: монография / С. И.Змеев. - М.: ПЕРСЭ, 2007. - 272 с.

17. Навчальний процес у вищій школі: навч. посіб. / за ред.

О. Г.Мороза. - К.: НПУ ім. М. П.Драгоманова, 2001. - 337с.

18. Лозова В. І. Теоретичні основи виховання і навчання: навч. посіб. / В. І.Лозова, Г. В.Троцко. - Харків: «ОВС», 2002. - 400 с.

19. Малафіїк І. В. Дидактика: навч. посіб. / І. В.Малафіїк. - К.: Кондор, 2005. - 398с.

20. Кузьмінський А. І. Педагогіка вищої школи / А. І. Кузьмінський. - К.: Знання, 2005. - 486с.

21. Лекції з педагогіки вищої школи: навч. посіб. / за ред.

B. І. Лозової. - Харків: «ОВС», 2006. - 496с.

22. Вітвицька С. С. Основи педагогіки вищої школи: підручник за модульно-рейтинговою системою навчання [для студентів магістратури] /

C. С. Вітвицька. - К.: Центр навчальної літератури, 2006. - 384с.

23. Фіцула М. М. Педагогіка вищої школи: навч. посіб. / М. М.Фіцула.

- К.: Академвидав, 2006. - 352с.

24. Кнодель Л. В. Педагогіка вищої школи: посіб. [для магістрантів] / Л. В.Кнодель. - К.: Паливода А. В., 2008. - 136с.

25. Педагогіка вищої школи: навч. посіб. / за ред. З. Н. Курлянд. - К.: Знання, 2007. - 495с.

26. Ортинський В. Л. Педагогіка вищої школи: навч. посіб. /

B. Л. Ортинський. - К.: Центр учбової літератури, 2009. - 472с.

27. Пальчевський С. С. Педагогіка: навч. посіб. / С. С.Пальчевський. - К.: Каравела, 2007. - 575с.

28. Рязанов А. И. Введение в синергетику / А. И.Рязанов // Успехи физических наук. - 1979. - Т.129, №4.

29. Рабинович М. И. Синергетика: физический энциклопедический словарь / М. И.Рабинович, А. Г.Сазонтов. - М.: Советская эециклопедия, 1984. - С.686.

30. Бартенев Г. М. Физика полимеров / Г. М.Бартенев, С. Я.Френкель; под ред. А. М. Ельяшевича. - Л.: Химия, 1990. - 432с.

31. Зарембо К. Л. Введение в матричные модели суперструн / К. Л.Зарембо, Ю. М.Макеенко // Успехи физических наук. - 1998. - Т.168, №1. - С. 3-27.

32. Поляков А. М. Калибровочные поля и струны / А. М.Поляков. - М.: ИТФ им. Л. Д.Ландау, 1995. - 212с.

33. Гросберг А. Ю. Статистическая физика макромолекул: учеб. руководство / А. Ю.Гросберг, А. Р.Хохлов. - М.: Наука, 1989. - 344с.

34. Бордюк М. Технологія вивчення природознавства студентами гуманітарних спеціальностей вищих навчальних закладів / М. Бордюк,

Н. Бордюк, Т.Шевчук // Нова педагогічна думка. - 2008. - № 1. - С.55-58.

35. Frenkel S. Molecular cybernetics / S. Frenkel // Sov. sci. rev. - 1971. - V.6, №2. - Р.110-118.

36. Френкель С. Я. Молекулярная кибернетика / С. Я.Френкель, И. М.Цыгельный, Б. С.Колупаев. - Львов: Свит, 1990. - 168 с.

37. Сергеев Г. Б. Нанохимия / Г. Б. Сергеев. - М.: МГУ, 2007. - 336 с.

38. Гинзбург В. Л. О некоторых успехах физики и астрономии за последние три года / В. Л. Гинзбург // Успехи физических наук. - 2002. - Т.172, №2. - С. 213-219.

39. Фреїк Д. М. Технологічні аспекти нанокластерних і нанокристалічних структур (огляд) / Д. М.Фреїк, Б. П.Яцишин // Фізика і хімія твердого тіла. - 2007. - Т. 8, № 1. - С.7-24.

40. Пул Ч. Нанотехнологии / Ч. Пул, Ф. Оуэнс. - М.: Техносфера, 2005.

- 336 с.

41. Гродзинський Д. М. Радіобіологія / Д. М.Гродзинський. - К.: Либідь, 2001. - 448с.

42. Иванчев С. С. Наноструктуры в полимерных системах /

C. С. Иванчев, А. Н. Озерин // Высокомолекулярные соединения. - 2006. - Т.48 (Б), № 8. - С. 1531-1544.

43. Козлов Г. В. Кластерная модель аморфного состояния полимеров / Г. В.Козлов, В. У. Новиков // Успехи физических наук. - 2001. - Т. 171, № 7. -

С.717-764.

44. Бордюк М. Технології вивчення полімерних нанокомпозитів у курсі фізики вищих навчальних закладів / М. Бордюк // Нова педагогічна думка. - 2009. - № 2. - С.56-61.

45. Коврига В. В. Поливинилхлорид — ясная экологическая перспектива / В. В.Коврига // Пластические массы. - 2007. - № 7. - С. 52-55.

46. Шевчук Т. М. Психолого-педагогічні особливості екологічного виховання студентів у процесі вивчення властивостей макромолекулярних систем у ВНЗ / Т. М. Шевчук, М. А. Бордюк // Теорія і методика вивчення природничо-математичних і технічних дисциплін: наукові записки РДГУ. - 2008. - Вип. 11. - С. 57-60.


Похожие статьи