БҚму хабаршы №4-2016ж

 
                
 
 
 
 
БҚМУ Хабаршы №4-2016ж.  
 
33 
интеллектуалды  қабілетін  және  де  қоршаған  болмысты  біртұтас  танып  біліуін 
тиімді дамытады. 
Тірек сөздер: Оқу үрдісі, жүйелік тәсіл, жүйе жетістікке жету тәсілі ретінде. 
 
Галиев Т.Т., Абдыров А.М., Алдабергенова С.С., Алдабергенова А.С. 
О формировании системного мышления в обучении 
В  статье  рассмотрен  вопрос  формирования  умений  и  навыков  системного 
мышления  обучающихся  в  условиях  традиционного  обучения  с  использованием 
специально  разработанных  для  этого  системных  методов.  Применение  системных 
методов  осуществляется  на  основе  базового  учебника.  Использование  этих  методов 
органично  дополняет  существующий  учебный  процесс,  эффективно  способствуя 
развитию  интеллектуальных  способностей  субъектов  обучения,  а  также  умений 
целостного познания окружающей действительности. 
Ключевые  слова:  Учебный  процесс;  системный  подход;  система  как 
средство достижения цели. 
*** 
 
 
УДК 37.026.1:53
 
Кузьмичева А.Е. – кандидат физико-математических наук, профессор,   
ЗКГУ им. М.Утемисова 
Жусупкалиева Г.К. – кандидат педагогических наук, доцент,  
ЗКГУ им. М.Утемисова 
Кабибуллин М.Д. – магистрант, ЗКГУ им. М.Утемисова 
E-mail: madiar.kz_21@mail.ru 
 
ДИДАКТИЧЕСКИЙ ПРИНЦИП НАУЧНОСТИ И ВОПРОСЫ 
НАНОТЕХНОЛОГИЙ В СОДЕРЖАНИИ ОБУЧЕНИЯ ФИЗИКЕ 
 
Аннотация.  В  статье  рассматривается  включение  в  содержание 
образования  одного  из  современных  теоретических  и    прикладных  направлений 
современной  физической  науки  как    реализация  принципа  научности  в  обучении; 
нанотехнологии  и  наноматериалы  как  современный  уровень  научно-технического 
прогресса. 
Ключевые  слова:  Содержание  образования,  технологии,  материалы, 
Государственные 
программы, 
наноматериалы, 
физика, 
научно-технический 
прогресс,  развитие,  нанотехнологии  в  Республике  Казахстан,  приоритетные 
направления науки и техники. 
 
Термин «нанотехнологии» вошел в жизнь современного человека в последние 
десятилетия.  Естественно,  что  данные  технологии  имеют  физическую  основу,  как  и 
весь  научно-технический  прогресс  человечества  в  целом.  Однако,  такой  термин  и 
связанные с ним вопросы физики не содержится в большинстве учебников и учебных 
пособий  по  физике  прошлых  лет  для  школьников  и  студентов.  В  то  же  время, 
реализация  дидактического  принципа  научности,  целей  и  задач  обучения,  в 
современных  условиях  определяемых  ГОСО  РК,  предполагают  включение  в 
содержание обучения вопросов, отражающих физические основы нанотехнологий, их 
значимость  в  современной  науке  и  практической  деятельности  [1;  2,  с.  142]. 
Обучающаяся  в  настоящее  время  в  учебных  заведениях  молодежь  представляет 
собой  интеллектуальный  потенциал  страны.  Им  предстоит  внести  вклад  в  развитие 
экономики 
Казахстана 
на 
основе 
разработки 
и 
внедрения 
современных 
инновационных 
технологий. 
Научные 
достижения 
последних 
десятилетий 
сопровождаются  принципиальными  изменениями  в  технологиях.  В  соответствии  с 

 
                
 
 
 
 
БҚМУ Хабаршы №4-2016ж.  
 
34 
этим 
перестраивается 
структура 
и 
содержание 
подготовки 
специалистов, 
удовлетворяющих  современным  требованиям.  Поэтому,  соответствующее  внимание 
должно 
уделяться 
профессиональной 
подготовке 
учителей 
на 
основе 
Государственных  и  нормативных  документов.  В  нашей  стране  исследование 
наноструктур  по  отдельным  направлениям  проводятся  с  2003  года  в  рамках 
фундаментальных  исследований  Министерства  образования  и  науки  Республики 
Казахстан  по  программе  «Разработка  перспективных  новых  материалов  различного 
назначения  на  2006–2008  гг.»  [3].  Направление  «Нанотехнологии  и  новые  материалы» 
Президент  РК  Лидер  нации  Н.А.  Назарбаев  определяет  как  одно  из  приоритетных 
направлений  науки  в  Казахстане  [4].  С  целью  реализации  поставленной  задачи  была 
разработана  и  утверждена  научно  –  техническая  программа  «Развитие  науки  и 
нанотехнологий  в  Республике  Казахстан  на  2007–2009  гг.»  [5].  С  развитием 
инновационных технологий связано и приоритетное направление «Информационные 
и космические технологий», развитие которого осуществлялось в рамках программы 
«Развитие космической  деятельности в  Республике Казахстан на 2005–2007 гг.» [6].  
В анализе «Казахстан: на пути к инновационному будущему» отмечено, что в нашей 
стране  имеются  значительные  достижения  в  области  синтезирования  новых 
наноструктурированных  углеродосодержащих  материалов  (поликристаллические 
алмазы,  углеродные  трубки  и  др.),  созданы  образцы  высокочувствительных  сенсоров, 
нанокластерные структуры в монокристаллическом кремнии. В разработке наноматериалов 
и нанотехнологий принимают участие ученые ведущих вузов РК и специально созданных 
научных  лабораторий.  Уже  к  2008  году  исследования  в  области  нанонауки, 
нанотехнологий  проводились  по  85  проектам,  в  реализации  которых  принимала 
участие  29  организаций  с  главной  организацией  АО  «Центр  наук  о  земле, 
металлургии  и  обогощении»  [3].  Внедрение  нанотехнологий  и  наноматериалов 
являются  основой  для  принципиально  нового  уровня  развития  всех  сфер  экономики.  В 
Послании Президента Республики Казахстан Лидера нации Народу Казахстана Стратегия 
«Казахстан  – 
2050» 
Новый 
политический 
курс 
состоявшегося 
государства»                    
Н.А.  Назарбаев  определяет  10  глобальных  вызовов,  стоящих  перед  Казахстаном. 
Одним    из  этих  вызовов  является  переход  к  третьей  индустриальной  революции 
(Стратегия  2050).  Такой  переход  будет  соответствовать  «Статусу  Казахстана  как 
ведущей мировой державы XXI века, занимающей передовые позиции в глобальной 
экономической 
конкуренции 
и 
надежно 
обеспечивающей 
национальную 
безопасность и реализацию конституционных прав граждан» [5]. 
Таким  образом,  в  Казахстане  сформировались  научные  коллективы, 
проводящие  исследования  в  области  нанотехнологий,  исследования  в  области 
нанокластеров  и  наноструктур  полупроводниковых  и  металлических  систем, 
сенсорных  наноструктурных  материалов, 
углеродных  наноструктур 
и  др. 
Исследования наноструктур по программе фундаментальных исследований МОН РК 
проводятся в 5 национальных и 15 инженерных лабораториях. Значимые для науки и 
практической  деятельности  исследования  проводятся  в  КазНУ  им.  Аль-Фараби, 
Алматинском 
институте 
энергетики 
и 
связи, 
Восточно-Казахстанском 
государственном  техническом  университете  им.  Д.Серикбаева  и  в  других 
учреждениях.  Казахстанские  ученые  достигли  значительных  результатов  в  данном 
новом  направлении  науки.  Их  продукция  имеет  международное  значение.  Она 
поставляется в Россию, Индии, Беларусь, Польшу и др. страны [7]. 
Успешная 
реализация 
Государственной 
программы 
по 
развитию 
наноматериалов и нанотехнологии  требует подготовки специалистов принципиально 
нового  качества.  Этой  проблеме  большое  внимание  должно  уделяться  учителями 
физики  как  в  содержании  обучения,  так  и  в  профориентационной  работе.  Новая 
область  науки  и  техники  столь  обширна,  что  в  ней  могут  найти  место  выпускники 
учебных  заведений  с  различными  интересами  и  склонностями:  к  теоретическим 
фундаментальным  исследованиям  с  использованием  математического  аппарата; 

 
                
 
 
 
 
БҚМУ Хабаршы №4-2016ж.  
 
35 
лабораторным  исследованиям,  экспериментам;  к  конструкторской  деятельности  и 
т.п.  Понимание  обучаемыми  роли  физической  науки  в  развитии  нанотехнологий  и 
возможности  применить  в  будущем  свои  знания  в  этой  области  является  фактором, 
способствующим  повышению  мотивации  к  изучению  предмета  и,  следовательно,  к 
повышению  эффективности  обучения.  Поэтому  вопросы  нанотехнологий  и 
наноматериалов,  физические  основы  их  получения  и  применения,  должны  найти 
соответствующее  отражение  в  содержании  подготовки  учителя  физики  как  по 
предмету,  так  и  по  методике  преподавания  и  профориентационной  работе.  На 
необходимость  нового  направления  в  подготовке  кадров  в  связи  с  новыми 
результатами  научно-технического  прогресса,  качественными  изменениями  в 
технике  и  технологиях  обращает  внимание  Лауреат  Нобелевской  премии  2000  года 
Ж.И.  Алферов.  Он  отмечает  что  развитие  приоритетных  направлений  науки  и 
техники,  современных  технологий  значительной  степени  зависят  от  подготовки 
научно-технических кадров, соответствующих современным требованиям [8, с. 82]. 
Вводя  в  содержание  обучения  вопросы  нанотехнологии  и  наноматериалов 
необходимо  обратить  внимание  обучаемых  на  то,  что  это  принципиально  новое 
направление  в  развитии  науки  и  производства  стала  возможным  в  результате 
достижений  теоретической  физики  и  техники  физического  эксперимента.  К  этим 
достижениям  физическая  наука  шла  с  момента    своего    зарождения.  Ее  сложный 
путь, на котором накопление фактов, их теоретическое  осмысление сопровождалось 
принципиальном вкладом в технологию практической деятельности, в производство. 
В  настоящее  время  физическая  наука  может  быть  представлена  как  совокупность 
фундаментальных 
теорий, 
отражающих 
фундаментальные 
взаимодействия, 
существующие в окружающем мирена различных структурных  уровнях материи. Ее 
принято делить на классическую и современную. Наука развивалась от исследования 
простейших  форм  движения  материи  к  более  сложным.  В  этом  же  направлении  от 
простого  к  сложному  вместе  с  наукой  развивается  техника.  Их  единство  находят 
отражение  в  научно-техническом  прогрессе.  В  программах  школьной  и  вузовской 
физикинаучно-технический  прогресс  рассматривается  в  логике,  соответствующей 
логике  развития  науки  и  содержания  обучения.  Для  понимания  глубокой  связи 
физической  науки,  техники  и  технологии  в  обучении  физике  важен  исторический 
аспект.  Представление  о  наноматериалах  и  нанотехнологиях    могло  возникнуть 
только на определенном этапе развития теоретической и экспериментальной физики, 
в определенных исторических условиях.  
С  самого  начала  изучения  физики  обучаемые  получают  знания  о  проявлении 
физических  законов  в  действии  различных  конструкций  используемого  человеком. 
Первые изученные законы и имена, как правило, хорошо запоминается. Уже, изучив 
в  7  классе  условие  равновесия  рычага,  одного  из  первых  простейших  механизмов, 
используемых  человеком  в  практической  деятельности,  и  закон  Архимеда, 
определяющий  условия  плавающих  тел,  сформулированные  древнегреческим  ученым 
Архимедом за несколько веков до нашей эры, учащиеся начинают понимать связь науки и 
техники [9, с.30]. Интересно отметить, развитие экспериментальной техники на Востоке в 
период Средневековья. Арабский ученый Мухаммед ибн Ахмед аль-Бируни (Бируни) 
выполнил  точные  определения  плотностей  металлов  и  других  веществ  с  помощью 
изготовленного им «Конического прибора». Плотность является одной из важнейших 
характеристик  вещества,  поэтому  ее  измерение  особенно  важно.  Измерения  Бируни 
обладали  высокой  точностью,  его  результаты  близки  к  современным.  К  сожалению, 
труды Бируни стали известны в Европе только 1857 году, когда русский консул в Америке 
Н.Ханыков  нашел  рукопись  аль-Хазини  под  названием  «Книга  о  весах  мудрости»,  в 
которой приводились выдержки из книги Бируни «Об отношениях между металлами 
и драгоценными камнями в объеме». В своей книге Бируни описал изготовленный им 
прибор  и  полученные  результаты.  Развития  техники  эксперимента  внесло 
существенный вклад в развитие  физической науки [9, с. 36]. 

 
                
 
 
 
 
БҚМУ Хабаршы №4-2016ж.  
 
36 
С  расцветом  науки  в  Европе  в  эпоху  Возрождения  связано  создание 
И.Ньютоном  классической  механики  как  фундаментальной  теории,  определяющий 
законы  механического  движения,  исследование  законов  геометрической  оптики  и 
разработка  на  их  основе  оптических  приборов  имело  большое  значение  в 
формировании  научных  представлений  о  физической  картине  мира,  в  переходе  от 
геоцентрической  к  гелиоцентрической  системе.  Законы  механического  движения  не 
потеряли  свою  значимость.  Они  до  сих  пор  являются  основой  многих  технических 
устройств,  конструкций,  в  том  числе  искусственных  спутников  земли,  космических 
аппаратов,  исследующих  тела  Солнечной  системы,  межпланетное  пространство  и 
более  отдаленные  глубины  Космоса.  Не  потеряли  своей  значимости  законы 
геометрической  оптики  зеркала  и  линзы,  изготовление  и  использование  которых 
началось  в  древние  века  и  используются  в  современных  оптических  приборах. 
Телескопы,  микроскопы,  зрительные  трубы  широко  применяются  в  науке  и 
практической деятельности. Необходимые для многих людей и очки так же являются 
техническим достижением физической науки.  
Период  XVIII-XIX  веков  в  истории  физики  и  техники  связан  с  изучением  и 
практическим  применением  законов  термодинамики,  электричества  и  магнетизма. 
Формулировка  закона  сохранения  и  превращения  энергии,  который  является  одним 
из фундаментальных законов природы, исследование превращения работы в теплоту 
и  теплоты  в  работу  имели  важные  значения  в  создании  тепловых  двигателей, 
нашедших  широкое  применение  на  практике  и  ставших  основой  научно-
технического  прогресса.  В  настоящее  время  тепловые  двигатели  широко 
используются  в  транспортных  средствах,  ракетные  двигатели  самолетов  и 
космических  аппаратов  являются  одним  из  видов  тепловых  двигателей.  Законы 
термодинамики и работа тепловых двигателей входят в содержания обучения физике 
10  класса.Пониманию  физических  основ  тепловых  двигателей,  особенностям 
взаимного  превращения  работы  и  теплоты,  способом  повышения  кпд  способствует 
решение задач, которым должно быть уделено должное внимание [10, с. 166]. 
В  электрических  и  магнитных  явлениях  на  начальной  стадии  исследования 
особая  практическая  значимость  не  была  видна.  Однако,  научно-технический 
прогресс  с  конца  XIX  века  непосредственно  связан  с  этими  явлениями.  Достаточно 
отметить  следующие  факты.  Существование  электромагнитных  волн  было 
предсказано 
теоретически 
Дж.Максвеллом 
при 
построении 
теоретической 
электродинамики.  Предсказание  казалась  маловероятным.  Оно  могло  быть  просто 
следствием математического аппарата. Существование электромагнитных волн было 
подтверждено  Г.Герцем  в  1888  году  через  10  лет  после  смерти  Дж.Максвелла.  В 
настоящее время электромагнитные волны - основа радио и телевидения. Эти волны 
находят  широкое  применение  в  различных  областях  деятельности  человека  (на 
производстве,  в  медицине  и  т.д.)  и  являются  одним  из  важнейших  источников 
информации о процессах в космическом пространстве. Научно-технический прогресс 
во  многом  обязан  электрической  энергии,  получаемой  с  помощью  электрических 
генераторов, создание которых стало возможным после открытия  
М.Фарадеем  закона  электромагнитной  индукции.  Важна  роль  законов 
электричества  и  магнетизма  в  создании  ускорителей  элементарных  частиц  с 
которыми связан современный прогресс науки и техники.  
А.Эйнштейн  в  1916  году  предсказал  возможность  индуцированного 
(вынужденного)  излучения  атомов  и  молекул,  которые  в  настоящее  время  широко 
используется  в  квантовой  электронике.  Теоретическое  исследование  спонтанных 
(самопроизвольных)  и  индуцированных  переходов,  условий  получения  инверсной 
заселенности  энергетических  уровней  стало  возможным  с  развитием  квантовой 
физики. Первый квантовый генератор (мазер) давал излучение в радиодиапазоне. Для 
науки  и  практики  особенно  большое  значение  имело  создание  генератора 
оптического  излучения  (лазер),  то  есть  генератора,  дающего  индуцированное 

 
                
 
 
 
 
БҚМУ Хабаршы №4-2016ж.  
 
37 
излучение  в  области  видимой  части  спектра  электромагнитных  волн.  В  настоящее 
время  лазерная  физика  и  техника  широко  используется  в  микроэлектронике.  С 
применением лазеров связаны многие современные технологические процессы [11, с. 20]. 
На  развитие  оптики  и  спектроскопии  большое  влияние  имело  развитие 
квантовой электроники.  
Одним  из  важнейших  этапов  в  развитии  физической  науки  было  признание  в 
ХIX  веке  атомарного  строения  вещества.  Составляющие  вещество  атомы 
хаотический  двигаются  и  взаимодействуют  между  собой,  определяя  свойство 
данного  вещества.  Формирование  нанонауки  как  нового  направления  является 
результатом  развития  физики  ХХ  века.  Ее  важнейшие  достижения  в  этот  период 
связаны  с  обнаружением  и  исследованием  особых  свойств  микрообъектов,  которые 
привели  к  созданию  новой  фундаментальной  теории  -  квантовой  физики.  Изучение 
физики, как и любой другой науки, требует от обучаемых освоения смысла понятий, 
величин, операций, математических действий и т.п., которые используются в данной 
области  науки.  С  освоения  понятий,  величин  начинается  изучение  физики.  С 
некоторыми из них учащиеся встречаются в жизни, а процессе обучения уточняют и 
углубляют  их  смысл.  Но  многие  понятия  и  термины,  используемые  в  области 
нанотехнологии  и  наноматериалов,  являются  совершенно  новыми.  Свойства 
наноматериалов  принципиально  отличаются  от  тех  свойств,  которыми  обладают 
макрообъекты  и  которые  составляют  основное  содержание  учебников  и  учебных 
пособий.  Поэтому  в  процессе  обучения  смыслу  используемых  понятий,  терминов, 
принципиальным  различиям  свойств  наноматериалов  и    макросистем    необходимо 
постоянное  внимание в процессе обучения. 
Для  понимания  рассматриваемого  предмета  необходимо  понимание  термина 
«технология»и  связанных  с  ним  терминов  «нанотехнологии»  и  «наноматериалы». 
Трактовки  понятия  «технология»,  сходные  по-своему  смыслу,  приводятся    в 
различных  источниках.  Рассмотрим  одно  из  них,  приведенное  в  крупнейшем 
сборнике  онлайн  –  словарей  [12].
Технология - 
совокупность   методов  воздействия 
орудиями  труда   на  физические,  химические  и  иные  свойства  предмета  труда. 
Технология  обработки  выражается  в  технологическом  процессе, то  есть  в  процессе 
физического,  механического,  химического  воздействия  орудий  труда  на  предмет 
труда.  Технологические  процессы  определяются  существующими  условиями, 
уровнем  развития  науки  и  техники.  С  приставкой  «нано»  обучаемые  знакомятся  в 
самом  начале  изучения  физики.  Она,  как  известно  означает  миллиардную  долю 
(
)  какой-либо  величины.  Например,  диаметр  атома  водорода  составляет 
1*
  м,  или  0,1  нм.  На  длине  в  1  нм  укладывается  10  атомов  водорода.  В 
современной  науке  нанотехнологии  определяют  процессы,  позволяющие  создавать 
материалы  с  наноструктурой,  то  есть  материалы,  структурные  элементы  которых 
имеет размер от 1 до 100 нм [13].Свойства материалов, состоящих из наноразмерных 
структурных  элементов,  принципиально  отличаются  от  обычных  материалов, 
структурными элементами которых являются атомы. 
«Под  термином  «нанотехнология»  понимают  создание  и  использование 
материалов,  устройств  и  систем,  структура  которых  регулируется  в  нанометровом 
масштабе,  то  есть  в  диапазоне  размеров  десятков  атомов,  молекул  и 
надмолекулярных  образований.  Эта  технология  подразумевает  умение  работать  с 
такими  объектами  и  создавать  из  них  более  крупные  структуры,  обладающие 
принципиально  новой  молекулярной  организацией.  В  связи  с  этим  возникли  такие 
понятия,  как  нанонаука,  которая  занимается  фундаментальными  исследованиями 
свойств  наноматериалов  и  явлений  в  наномасштабе;  нанотехнология,  работающая 
над  созданием  наноструктур,  и  наноинженирия  –  занимающаяся  поиском 
эффективных методов их использования» [14]. 

 
                
 
 
 
 
БҚМУ Хабаршы №4-2016ж.  
 
38 
В 
работе 
Т.Кайгородцева 
отмечается 
что 
нанотехнология 
– 
это 
междисциплинарная область фундаментальной прикладной науки и техники [7].Она 
имеет дело с теоретическим обоснованием, практическими методами исследования, и 
производства продуктов  с заданной атомарной  структурой  путем «контролируемого 
манипулирования  атомами  и  молекулами».  Автор  обращает  внимание  на 
утверждение  Нобелевского  лауреата,  академика  РАН  Ж.И.  Алферова  о  том,  что  к 
наноматериалам  следует  относить  такие  образования,  вещества  у  которых  при 
уменьшении  объема  по  одной,  двум  или  трем  координатам  до  нанометрового 
масштаба возникает новое качество. Технологии получения таких объектов он относит 
к нанотехнологиям. Особенности свойств наноматериалов являются следствием волновых 
свойств  частиц,  которые  описываются  законами  квантовой  механики.  Отклонение 
отзаконов  классической  физики  становится  заметным  при  размерах  объектов  менее 
500 нм (менее 0,5 мкм) поэтому можно сказать что нанотехнологии опирающиеся на 
квантовые  законы.  Технологии  от  метрового  до  микрометрового  диапазона  в  этом 
смысле является классическими.  
С 
понятиями 
наноматериалов 
и 
нанотехнологией 
связаны 
понятия 
«нанообъект»,  «нанокомпозиты»,  «нанополимеры»,  «фуллерены»  и  «фуллериты»  и 
многие  другие.  Важным  для  понимания  физических  основ  наноматериалов  и 
нанотехнологий  являются  понимание  классических  и  квантовых  «размерных 
эффектов», 
которые 
определяют 
технологические 
способы 
производства 
наноматериалов.  Базовой  основой  изучения  нового  направления  в  науке  и 
производстве  являются  квантовая  механика  и  физика  твердого  тела.  Поэтому,  при 
подготовке  учителя  физики  по  программе  бакалавриата  следует  обратить  особое 
внимание 
на 
межатомные 
взаимодействия 
в 
твердом 
теле, 
дискретные 
энергетические спектры электронов в атомах и молекулах, спектры в кристаллах, то 
есть в системе взаимодействующих частиц, на спин как внутреннюю характеристику 
электрона и его влияние на свойства твердого тела. Содержание различных разделов  
физики  по  программе  бакалавриата  дает  достаточную  подготовку  студентам  для 
изучения  сложной  проблемы  нанотехнологий  и  наноматериалов  по  программе 
элективного  курса.  Современная  программа  по  физике  в  СОШ  так  же  позволяет 
ознакомить учащихся с проблемой на соответственно научном уровне.И в школе и в 
вузе  работа  по  данной  проблеме  может  проводится  не  только  на  учебных  занятиях, 
но  и  в  рамках  индивидуальной  работы  обучаемых,  подготовке  рефератов  и  в 
проектной деятельности.  
 

жүктеу/скачать 18,3 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: