The “Physical Field” concept and peculiarities of its application in formation of the scientific worldview in student’s mindset

Maier Robert Valerievich Doctor of Pedagogy Professor, the department of Physics and Didactics of Physics, Glazov State Pedagogical Training Institute 427628 Russia, The Udmurt Republic, Glazov, Kalinina Street 8A, unit #79 robert_maier@mail.ru Other publications by this author

Формирование научной картины мира тесно связано с учебной деятельностью школьника или студента, развитием его языка, знаний, мышления и мировоззрения. Показателем эффективности изучения естественных наук и таких дисциплин как “Концепции современного естествознания” (КСЕ) или “Естественно научная картина мира” (ЕНКМ), является успешность учебно-познавательной деятельности обучаемого, степень близости сформированных у него представлений к научной картине мира. При этом существенное значение имеет развитие у ученика мышления, речи, сопровождающиеся встраиванием новых знаний в уже существующую систему понятий. Доказано, что в процессе умственного развития в сознании ученика формируются лингвокогнитивные структуры, являющиеся основой его речемыслительной деятельности.

Психолингвистами установлено наличие у человека невербального мышления и непрерывно развивающейся концептосферы – системы связанных между собой концептов, каждый из которых представляет собой элементарную идею, квант знания. Концепт – это дискретное ментальное образование, базовая единица мыслительного кода человека, результат познавательной деятельности личности и общества. Как заметил Г.Л. Мерфи, “…концепты – это клей, соединяющий наш ментальный мир в единое целое” ^[12]. Научные концепты – это ментальные единицы, образующие научную картину мира; соответствующие им термины являются средством их вербализации.

Цель исследования: проанализировать формирование в сознании обучаемых научного концепта “физическое поле” (ФП), выступающего в качестве единицы ментального лексикона, фрагмента картины мира, имеющего вербальное выражение; выявить основные когнитивные признаки и определить структуру концепта ”ФП”; изучить особенности их репрезентации в различных учебниках по КСЕ и ЕНКМ. Его методологическую основу составляют идеи И.А. Абрамовой, С.Г. Воркачева, Т.К. Елизовой, Е.М. Какзановой, В.И. Карасика, Ц.Ц. Огдоновой, М.В. Пименовой, З.Д. Поповой, А.Н. Приходько, С.В. Ракитиной, И.А. Стернина, А.К. Тентимишовой, А.В. Усовой, Е.В. Харьковой, Я.А. Чиговской. В качестве основных использовались методы: 1) анализ определений концепта “ФП”, выявление его основных когнитивных признаков; 2) изучение чувственного образа, формируемого в сознании школьника или студента; 3) количественный семантико-когнитивный анализ учебных текстов; 4) построение семантической модели концепта.

Как утверждают З.Д. Попова и И.А. Стернин ^[5], концепты формируются в результате: 1) непосредственного восприятия действительности органами чувств; 2) предметной деятельности человека; 3) мысленных операций с другими концептами; 4) языкового общения (например, с учителем); 5) самостоятельного использования словаря или учебника. Концепты имеют полевую структуру и состоят из ядра, ближней, средней и дальней периферии ^[5]. При этом в концепте выделяются: 1) базовый слой, образованный соответствующим наглядно-чувственным образом, присутствующим в сознании человека; 2) интерпретационное поле, содержащее совокупность когнитивных признаков концепта и их сочетаний.

Все концепты, относящиеся к физическим явлениям, связаны между собой и образуют единую концептосферу “Физические знания”. Важное место в этой концептосфере занимает научный концепт “Физическое поле”, который в сознании носителя русского языка связан с концептом “поле”. Харькова Е.В. изучила психолингвистическое значение слова “поле”, выявила все семантические компоненты, связанные с данной звуковой оболочкой в сознании человека, проанализировала базовый слой концепта “поле”, состоящий из ощущения, восприятия, представления и понятия ^[11]. При этом было установлено, что носители русского языка под словом “поле” обычно понимают ”безлесную равнину”, “ровную площадку”, “место, где происходит бой” и “обрабатываемую под посев землю или участок земли”.

Из анализа энциклопедий, словарей и учебной литературы следует, что термин ”ФП” означает некоторую материальную субстанцию, являющуюся переносчиком физических взаимодействий; ФП непрерывно и простирается до бесконечности; ФП создается источником (частицами) и действует на находящиеся в нем другие частицы. По мере удаления от источника интенсивность поля уменьшается до нуля. Физические поля и вещество (частицы) образуют материальную основу Вселенной. Концепт ”ФП” является ядром концептополя, включающего в себя совокупность концептов, объединенных общностью их имен: “гравитационное поле”, “поле тяжести”, “электрическое поле”, “магнитное поле”, “электромагнитное поле”, “поле ядерных сил”, “поле сил слабого взаимодействия”. На рис. 1 изображена семантическая сеть концепта “физическое поле”, полученная в результате анализа учебников физики, КСЕ и ЕНКМ.

Рис. 1. Семантическая сеть вокруг концепта “физическое поле”.

Проанализируем формирование образно-перцептивного компонента концепта “ФП”, которое входит в его ядро. Человек непрерывно находится в гравитационном поле Земли, он привык к нему и воспринимает его влияние как притяжение Землей тяжелых тел с постоянной силой. Поле тяжести вблизи поверхности Земли однородно и стационарно, поэтому на его примере сформировать понятие “ФП” сложно. Для этой цели больше подходят электрическое и магнитное поля. Когда школьник экспериментирует с магнитами, магнитной стрелкой, наэлектризованными телами, он наблюдает: 1) магнитное и электростатическое взаимодействие несоприкасающихся тел; 2) зависимость интенсивности поля от расстояния до его источника; 3) зависимость направления силы взаимодействия от одинаковости электрических зарядов или магнитных полюсов; 4) наложение полей от нескольких источников. В результате у него формируется система чувственно-наглядных образов, служащих основой для формирования концепта “ФП”. В школе на уроках естествознания и географии он узнает о том, что магнитная стрелка ориентируется вдоль меридиана и одним концом показывает на север, что объясняется влиянием магнитного поля Земли.

На уроках физики в 7 классе учитель не использует понятие поля. Он говорит: “Солнце притягивает Землю”, “на тело действует сила тяжести”, “один магнит притягивает другой”: во всех этих случаях между телами действуют силы. При этом ученик воспринимает полевое взаимодействие как “чудесное” непосредственное воздействие одного тела на другое через пространство. Понятие поля вводится в 8–9 классах при обсуждении электростатического взаимодействия зарядов и магнитного взаимодействия токов. Большое значение для формирования ментального образа концепта “ФП” имеют опыты, в которых учитель демонстрирует взаимодействие заряженных тел, магнитов, проводников с током, спектры электростатических и магнитных полей (в них частички вещества визуализируют силовые линии), а также рисунки, на которых изображены силовые линии E и B. При анализе астрономических явлений обсуждаются гравитационные поля Земли, Луны, Солнца, звезд, черных дыр и их влияние на движение других небесных тел и космических аппаратов.

Совокупность этих картинок и образов в сознании ученика и составляют чувственно-наглядный образ (ядро) концепта “ФП” ^[9]. В процессе наблюдения и выполнения подобных опытов, их словесного описания и анализа в сознании ученика формируется ментальный образ фрагмента окружающего мира, соответствующий концепту “ФП”. Он является результатом как непосредственного чувственного восприятия наблюдаемых явлений, так и сознательного ее отражения в процессе мышления. Эволюция концепта “ФП” связана с обсуждением единого электромагнитного поля, излучения и распространения электромагнитных и гравитационных волн. Ученики узнают, что изменяющееся магнитное поле порождает электрическое, а изменяющееся электрическое поле порождает магнитное поле и т.д. В 9 – 11 классах школьники изучают понятия “потенциальное поле”, “вихревое поле”, “напряженность”, “индукция”, “потенциал поля”, “электромагнитном поле”. Позже они узнают о существовании поля ядерных сил, глюонного поля и т.д.

Для изучения особенностей формирования концепта “ФП” в вузе были проанализированы учебники по физике ^[8], КСЕ ^{[1, 4]} и ЕНКМ ^{[2, 3, 10]}. Это позволило выявить его основные когнитивные признаки и установить структуру (рис. 2). Ближняя периферия концептополя “ФП” включает в себя лексемы типа “ФП – форма материи”, “ФП создают источники поля”, “ФП действует на частицы”. Средняя периферия образована когнитивными признаками типа: “ФП может быть (не)однородным”, “ФП описывается законом Кулона”, “ФП характеризуется напряженностью поля”, а также “в поле внести заряд”, “проводник в поле” и т.д. Дальняя периферия состоит из лексем типа: "существует полевая среда", "со стороны ФП действуют гравитационные силы", "переносчиками взаимодействия являются фотоны", "полевая физика", "электромагнитная индукция", "поле Хиггса" и т.д.

Рис. 2. Структура концепта “физическое поле” (“ФП”)

В результате количественного анализа учебных пособий по КСЕ ^{[1, 4]} и ЕНКМ ^{[2, 3, 10]}, удалось выявить когнитивные признаки концепта “ФП”, которые были упорядочены по степени яркости (рис. 3). На гистограммах указаны доли упоминаний того или иного признака в общей совокупности использований различных компонентов концепта "ФП" и их общее количество N для каждого учебника.

Рис. 3. Концепт “ФП” в различных учебниках по КСЕ и ЕНКМ.

Так, в учебнике В.М. Найдыша ^[4] (рис. 3.1) наиболее часто используются следующие лексемы (в скобках указана доля от общего числа): “гравитационное поле / поле тяготения” (0,29), “физическое поле – форма материи” (0,19), “электромагнитное поле” (0,18). В учебнике Т.Я. Дубнищевой ^[1] (рис. 3.2): “магнитное поле” (0,34), “электрическое поле” (0,13), “физическое поле – форма материи” (0,13), “электромагнитное поле” (0,12). В учебнике Ю.А. Нефедьева и др. ^{[2, 3]} часто используются лексемы (рис. 3.3): “гравитационное поле / поле тяжести” (0,42), “магнитное поле” (0,22), “физическое поле – форма материи” (0,17). В пособии Е.Ю. Раткевич и др. ^[10] наиболее часто встречаются (рис. 3.4): “физическое поле – форма материи” (0,28), “гравитационное поле” (0,25), “поле инфлатона” (0,25). Итак, в учебных пособиях по КСЕ и ЕНКМ концептуализация ФП осуществляется по разному, однако во всех случаях часто используются лексемы: “физическое поле как форма материи” и “гравитационное поле / поле тяготения / поле тяжести”; менее часто: “магнитное поле” и “электромагнитное поле”. Смещение внимания на гравитационное поле обусловлено тем, что при изучении КСЕ и ЕНКМ студенты знакомятся с различными гравитационными эффектами ОТО (искривление пространства, замедление времени, черные дыры), этапами эволюции Вселенной и т.д.

В качестве дополнительной литературы на занятиях по КСЕ и ЕНКМ может быть использована книга Дж. Трефила “200 законов мироздания” ^[7]. В ней также упоминаются различные когнитивные признаки концепта “ФП” (в скобках – доля от общего числа N=296): “магнитное поле” (0,56), “магнитный полюс” (0,14), “электрическое поле” (0,14), “гравитационное поле” (0,10), “электромагнитное поле” (0,03), “силовое поле” (0,02), остальные термины (0,01). То есть концептуализация понятия “ФП” в первую очередь осуществляется на примере магнитного и электрического поля.

Заключение

В статье определена структура концепта “физическое поле”, выявлен чувственно-наглядный образ, являющийся основой для его формирования, установлены понятия, составляющие его ядро, ближнюю, среднюю и дальнюю периферии. Построена семантическая сеть, соответствующая концепту “ФП”. Показано, что концептуализация понятия “ФП” состоит в образовании новых ментальных структур в сознании школьника и сопровождается познанием основных свойств электрического и магнитного полей. Кроме того, проведен количественный анализ формирования основных компонентов концепта “физическое поле” в учебниках по КСЕ и ЕНКМ. Установлено, что в различных учебных пособиях концептуализация ФП осуществляется по-разному, но, как правило, предполагает изучение следующих когнитивных признаков: “физическое поле – форма материи”, “гравитационное поле / поле тяготения / поле тяжести”, “электрическое / электростатическое поле”, “магнитное поле”, “электромагнитное поле”, “полевая картина мира (концепция, теория)”.

You can simply select and copy link from below text field.