Эксперимент-основа естествознания.

Заключение
Перед проведением эксперимента очень полезно составить его план, мысленно «провести», предугадать возможные результаты и источники погрешностей.
Составление мысленно плана выполнения реального эксперимента нацеливает внимание обучаемых на его существенные стороны, заставляет глубже вникать в его суть. Воображаемая постановка эксперимента выявляет последовательность операций, источники ошибок и правила безопасности. Здесь мысленные эксперименты выступают в качестве способа развития умения студента применять свои знания на практике.
Но иногда необходимо каким-то образом направить студента к данному действию, например к подготовке или проведению эксперимента. В этом могут помочь задачи.
Некоторые задачи одни люди способны решать только мысленно, другим же оказывается необходимым пр ...

Содержание
Введение 3
Эксперимент-основа естествознания 5
Заключение 9
Список литературы 10

Введение
Естественные науки – науки экспериментальные. Типичным для физического научного метода является стремление количественно описать исследуемые объекты и процессы.
Выражение М.В. Ломоносова «Один опыт я ставлю выше, чем тысячу мнений, рожденных только воображением» напоминает, что в физике достоверность эмпирических данных подразумевает их соответствие объективной реальности. Обычно, когда говорят об эксперименте, подразумевают реальное изучение явления при его воспроизведении в строго контролируемых условиях, чему и учат в процессе выполнения лабораторных работ.
Эксперимент (в переводе с латинского ехhtrimentum означает проба, опыт) – исследование каких-либо явлений путем активного воздействия на них при помощи создания новых условий, соответствующих целям исследования, или же через изменение течения процесса в нужном направлении [1].
Структурно учебный эксперимент можно представить в виде следующей программы: Экспериментатор ↔ Экспериментальные средства ↔ Объект.
Тем самым удается расчленить эксперимент на три составляющие:
1) экспериментатор и его деятельность как познающего субъекта;
2) объект или предмет экспериментального исследования;
3) средства экспериментального исследования (инструменты, приборы, экспериментальные установки и т.д.).
Любой эксперимент от его начала и до конца пронизывает теория. Это подтверждается следующими фактами:
1. Эксперимент сопровождается использованием определенных приборов.
2. Эксперимент всегда производится с определенной целью и строится на основе некоторой системы научных знаний. Перед тем как эксперимент производится материально, он осуществляется в мысленной форме, по крайней мере, в отношении его принципиальной схемы.
3. Приборы, в большинстве случаев, не дают непрерывной картины процесса, а фиксируют лишь его узловые точки. Только теоретическое мышление восстанавливает по ним весь процесс.
4. В процессе обработки результатов эксперимента надо учитывать теорию ошибок, проводить усреднения.
5. В современной физике, как правило, лишь математическая обработка результатов эксперимента ведет к открытиям.
Таким образом, физический эксперимент и теория – это два взаимодополняющих друг друга метода познания. Эксперимент несколько иначе, чем теория «учит» мыслить (Д. Шодиев [2]), его проведение приучает к практической работе с приборами, действовать по заранее составленному плану, анализировать каждый шаг и полученные данные, формулировать выводы из множества фактов.

Например, Эйнштейн после практически «мысленного» открытия теории относительности предложил несколько реальных экспериментов для проверки этой теории, которые физики-экспериментаторы могли поставить и впоследствии действительно поставили, подтвердив основные положения теории [5].
Любой мысленный эксперимент, прежде всего, исходит из опыта и использует логические или индуктивные правила, строится на основе реальных физических законов и никогда не выходит за рамки эмпирических предпосылок.
В.С. Библер выделяет следующие основные особенности мысленно проводимого эксперимента: 1) предмет познания мысленно перемещается в такие условия, в которых его сущность может раскрыться с особой определенностью; 2) данный предмет становится объектом последующих мысленных преобразований; 3) в данном эксперименте формируется та система мысленных связей, в которую «помещается» этот предмет. Если построение этого предмета можно представить еще и как процесс абстрагирования свойств реального предмета, то этот третий момент по сути дела становится продуктивным добавлением к мысленно представляемому предмету – лишь в этой особой системе связей находит раскрытие его содержание [1, 6].
Отмеченные выше особенности мысленного эксперимента составляют базу теоретического мышления, оперирующего уже не представлениями, а собственно понятиями. Понятие выступает здесь как такая форма мыслительной деятельности, посредством которой воспроизводится идеализированный предмет и система его связей, отражающих в своем единстве всеобщность или сущность движения материального объекта. Понятие одновременно выступает и как форма отражения материального объекта, и как средство его мысленного воспроизведения, построения, т. е. как особое мыслительное действие.
Мысленный эксперимент играет важную роль в переходе от эмпирического знания к теоретическому. Именно здесь чаще всего и осуществляется непосредственный момент перехода оттого, что дано в опытном знании, к тем следствиям из него, которые никаким опытом даны быть не могут.
Само название «мысленный эксперимент» уже свидетельствует о переходной, «пограничной» роли этой формы знания: с одной стороны, это процедура, по форме и содержанию сходная с реальным экспериментом и продолжающая его; с другой стороны, этот нечто, выходящее за его границы.
Мысленный эксперимент представляет собою очень сложный познавательный прием, включающий такие элементы, как абстрагирование, идеализация, моделирование, экстраполяция и т.д. Прежде чем осуществить его, изучаемое явление надо тщательно проанализировать, разложить на составные элементы, выделить те элементы, которые составляют главное содержание явления, а затем уже это явление освобождать от всех побочных и привходящих влияний.
Иметь понятие о том или ином объекте – это значит уметь мысленно воспроизводить его содержание, строить его. Действие по построению и преобразованию мысленного предмета является актом его понимания и объяснения, раскрытия его сущности. Выразить предмет в форме понятия – значит понять его сущность.
То обстоятельство, что мыслить – значит действовать, было отмечено, например, Кантом. «Мы не можем, – писал он, – мыслить линии, не проводя ее мысленно, не можем мыслить, окружность, не описывая ее, не можем представить себе три измерения пространства, не проводя из одной точки трех перпендикулярных друг к другу линий…»[2]. Но мысленное « проведение», « списывание» и т.д. – это не что иное, как воспроизведение, построение предмета в идеальном плане.
В мысленном эксперименте, который, на наш взгляд, тесно связан с теоретическими понятиями, выполнимы такие преобразования объектов, которые невозможно осуществить предметно практическими действиями. И если эти преобразования открывают в объектах новые свойства, то последние являются специфическим результатом именно теоретического мышления, отражающего внутреннюю природу действительности.
Несмотря на то, что мысленный эксперимент осуществляется в воображении познающего человека и в этом смысле он является субъективным процессом, он имеет и некоторое объективное содержание, поскольку в нем находит отражение структура реального процесса.
Реальному эксперименту предшествует его мысленное « проигрывание» – планировка и расчет. Но это предварительное обдумывание, представляющее зародыш мысленного эксперимента. Подлинный, развитый мысленный эксперимент выступает как продолжение реального, призванное преодолеть его неизбежную ограниченность [7].
Провести мысленный эксперимент значит мысленно воссоздать экспериментальные условия, недоступные реальному процессу, и благодаря этому осуществить (мысленно, в воображении) процессы, которые нельзя реализовать в действительности. Экспериментальная установка заменяется ее воображаемой моделью, объект – тоже, и исследователь рассчитывает, опираясь на уже известные законы, как протекал бы интересующий его процесс, в условиях которые он, таким образом, промоделировал.
При постановке мысленных экспериментов воображение конструирует более или менее произвольные образы реальных предметов, планомерно и целенаправленно изменяет условия, в которых они находятся. Такая процедура во многом аналогична реальному физическому эксперименту: мысленные объекты в воображении подвергаются различным манипуляциям подобно тому, как материальные тела в реальной действительности.
Первым этапом реального опыта является подготовка объектов исследования и различных приборов. Первый этап мысленного эксперимента состоит в построении мысленной модели. В этом проявляется одна из сторон аналогии мысленного эксперимента реальному.
Аналогия проявляется и на втором этапе. Реальный эксперимент требует создания определенных условий, чтобы изучаемый эффект проявился достаточно ярко. Для этого необходимы некоторые искусственные условия, которые изолируют, ослабляют, устраняют всякого рода посторонние факторы, затемняющие изучаемое явление. Соответствующие операции проделываются и при постановке мысленного эксперимента: на мысленную модель следует наложить условия идеализации, определить, какие именно стороны явления и какие свойства объекта идеализируются и указать в чем именно состоит идеализация.
Третий этап реального эксперимента состоит в целенаправленном изменении условий, в которых находится объект, что дает возможность выделить и зафиксировать скрытые ранее связи и отношения между различными свойствами. В процессе мысленного эксперимента также осуществляются переходы от одной воображаемой ситуации к другой. Чувственные элементы представлений дают возможность ввести в теорию то, что не зафиксировано в ее исходных понятиях и поэтому не может быть получено логическим путем, благодаря же логическим элементам мысленного эксперимента, его результаты приобретают значение необходимости и всеобщности. Как реальный, так мысленный эксперименты завершаются формулировкой и интерпретацией результатов.
При всем этом необходимо иметь в виду различия между реальным и мысленным экспериментом. Главное заключается в том, что первый проверяет теорию с учетом действительных эмпирических фактов. В то же время мысленный эксперимент проверяет теорию с точки зрения возможных практических ( эмпирических) следствий. Мысленный эксперимент является соединительным звеном, посредством которого наука переходит от системы, которая менее совершенно выражает реальность, к системе, которая отражает более совершенно.
Кроме того, мысленный эксперимент, являясь теоретическим методом познания, позволяет познакомить с теоретическим уровнем познания в науке, развивает мыслительную деятельность. При этом мысленный эксперимент служит средством наглядности и своеобразным доказательством рассматриваемых положений еще до выполнения реального эксперимента.
Перечислим функции мысленного эксперимента:
1. Мысленный эксперимент служит средством объяснения новых физических явлений, открытия новых законов, создания новых научных теорий. Он использовался и используется в качестве важного средства познания.
2. Роль мысленного эксперимента как одного из логических средств познания в создании и развитии научных теорий постоянно возрастает. Это обусловлено усложнением объекта познания, уменьшением возможностей непосредственного получения всесторонней информации об исследуемом объекте.
3. Мысленный эксперимент с необходимостью используется на всех этапах создания и развития научных теорий.
4. Он служит научному познанию только в случае соблюдения принципа преемственности знаний, признания органической связи вновь создаваемых теорий с существующими.
5. Мысленный эксперимент как метод познания дает плодотворные результаты только в случае его использования в единстве со всеми другими методами познания.
6. Мысленные эксперименты не только помогают формированию новых научных принципов и тем самым построению основ научных теорий, но и позволяют выявить физический смысл уже имеющегося теоретического формализма.
Ситуации, при которых мысленные эксперименты находят применение в учебных целях, достаточно разнообразны: они могут составлять часть объяснения, их можно использовать при повторении, им найдется место при решении задач, они применимы в качестве связующего звена между реальным опытом и теоретическим построением.
Эксперимент как метод познания выполняет следующие познавательные функции: служит средством наглядности при изложении сложного материала, а также своеобразным способом доказательства выдвинутых положений еще до выполнения реального эксперимента.
На основе экспериментов могут быть введены понятия и определения, выведены первоначальные принципы и законы, исследованы частные вопросы теории, высказаны предположения о ходе подготавливаемого реального опыта. Совершенно незаменимы мысленные эксперименты при изучении или выяснении физического содержания основных выводов фундаментальных теорий современной физики.
Систематическое и целенаправленное применение экспериментов находится в полном соответствии с основными принципами дидактики: требованиями научности преподавания, сознательности и активности усвоения материала, доступности и наглядности обучения. Применение мысленных экспериментов дает возможность показать роль этого метода в получении научных знаний, показать соотношение абсолютной и относительной истины, развивает творческую фантазию, умение представить явление с возможно большей полнотой и на этой основе анализировать его, способствует развитию умения применять свои знания на практике, развивает абстрактное мышление.
Мысленные эксперименты в учебных целях могут быть использованы в сочетании с реальными опытами: в одних случаях мысленные опыты дополняют, развивают, экстраполируют результаты реальных, в других – они выступают в качестве идеального плана осуществимого процесса. Постановка мысленных и реальных экспериментов в сочетании позволяет осуществить единство теории и практики при изучении естественных наук.
Заключение