Понятие времени в науке и обучении

Движение, пространство, время как формы существования материи, являются фундаментальными понятиями физики и астрономии. Эти понятия относятся к важнейшим проблемам, формирование и развитие которых проходит через весь период развития науки. Время, как физическая величина входит в уравнения, описывающие движение или процессы. Оно широко используется и во многих других науках. Но вопрос о природе времени, несмотря на большое к нему внимание ученых, остается не решенным. Продолжаются исследования понятия времени как философской категории и как естественно научного понятия [14].

Понятие времени представляет проблему и в учебном процессе. В школе при изучении физики и астрономии время используется как заданная величина и обращается внимание только на методы и единицы его измерения. Государственные общеобязательные стандарты образования Республики Казахстан определяют требования к обязательному (минимальному) уровню подготовки учащихся на основной и старшей ступенях школы. В требования включен перечень понятий и величин, физический смысл которых учащиеся основной ступени, общественно – гуманитарного и естественно – математического направлений профильной школы должны понимать. В перечень этих понятий не включено понятие времени. [2] Это объясняется его сложностью. Но знания некоторых вопросов, связанных понятием времени, при изучении физики и астрономии в СОШ можно расширить и углубить, включая их в содержание элективных курсов и в план внеклассной работы по предмету, в форме рефератов, проектов. Поэтому пониманию понятия времени в его развитии при подготовке бакалавра специальности «Физика» должно быть уделено должное внимание.

В вузовской программе проблема времени рассматривается в начале изучения физики в курсе механики. Вводится понятие времени как свойство материальных процессов иметь определенную длительность, следовать друг за другом в определенной последовательности и развиваться по этапам и стадиям и понятие часов как периодического процесса, принятого за эталон измерения. [13] В курсе механики рассматривается замедление хода движущихся часов (замедление времени). В дальнейшем в курсе общей и теоретической физик вводится характерное время различных процессов: время релаксации при переходе изотермической системы из неравновесного состояния в равновесное или время релаксации при разрядке конденсатора, время распада нестабильных элементарных частиц и др. Но вопрос о природе времени остается.

Астрономия по учебному плану бакалавриата изучается на 3-м курсе, когда студенты имеют достаточную подготовку, чтобы вернуться к проблеме времени. Работа может быть проведена в рамках СРО, рефератов, индивидуальных и групповых проектов и направлена на:

- углубление понимания сущности времени и проблем, связанных с этим понятием;

- понимание роли астрономии в формировании понятия времени и установлении единиц его измерения;

- формирование взгляда на время как фундаментального понятия, понимание сущности которого является одной из важнейших проблем современной физики и космологии.

При этом для обобщения, углубления и расширения знаний студентов по исследуемой проблеме можно предложить следующие вопросы:

1. Абсолютное и относительное время в классической механике Ньютона.

2. Время в специальной теории относительности.

3. Время в современной физике и космологии.

4. Измерение времени. Синхронизация часов.

5. Единицы измерения времени.

6. Изменение определения секунды как единицы измерения времени.

7. История формирования понятия времени и его измерения.

8. Звездное и солнечное время.

9. Характерное время физических процессов.

10. Стрела времени.

11. Проблема прошлого, настоящего и будущего.

12. Время и идея хронополя как энергетического источника энергии любого вида материи.

13. Свойства времени.

14. Взаимная связь материи, движения, пространства и времени.

15. Системы счета времени. Календари.

Для выполнения задания студентам рекомендуется учебные пособие по физике и астрономии и учебные пособия «Концепции современного естествознания». [15,16,17]

Важность проблемы времени подчеркивает и работающий с 1984 г. в МГУ им. М.В.Ломоносова (Москва) междисциплинарный семинар по темпорологии. Цель семинара – «создать условие для консолидации исследователей времени». Одна из проблем: нужны ли для понимания феномена времени новые сущности или необходимость их умножения еще не настала. Среди вопросов предлагаемых к исследованию, можно выделить следующее:

1. Что такое время, и почему оно важно для человечества.

2. Обратимо время или однонаправлено, дискретно оно или непрерывно?

3. Почему проблемы естествознания вызывают изменения представления о времени?

4. Равномерен ли ход времени, и можно ли временем управлять?

5. Возможно ли временное бытие?

6. Как связаны время и причинность и другие.

Создана коллекция публикаций на web сайте семинара. [18,19]

Как отмечалось выше проблема времени и в школе и в ВУЗе может быть включена в программу учебно–исследовательской работы, что соответствует современному подходу к образованию. Она, в конечном счете, должна способствовать формированию не только понятия времени, но и различного вида компетентностей, как ключевых так и предметных. При определении заданий обучаемым, их внимание обращается на формулировку проблемы исследования, установление уже имеющихся знаний, поиск дополнительной информации и ее обработки, в том числе анализ различных подходов к проблеме времени и его измерения.