Естественнонаучное образование в российской школе, как известно, представлено курсами природоведения в начальной школе и в 5–6-м классах основной школы, линейными курсами физики, химии и биологии в основной школе и дополнительными (систематическими) курсами физики, химии и биологии в полной средней школе. Наивно предполагать, что эти курсы отвечают принципам непрерывности и преемственности, исключают ненужное дублирование, опираются на признанные в науке методы познания и используют общий понятийный аппарат естественных наук более или менее адекватно. Но ведь только в таком случае возможно постоянное восхождение ученика к знанию и пониманию основ наук, а не бессмысленное топтание на одном месте! Однако действительное положение дел, по-видимому, далеко от этого идеала.
Если говорить о физике, то в большинстве своем авторы учебников для основной школы редко опираются на знания, полученные учащимися при изучении природоведения, а в курсах физики для полной средней школе снова в полном объеме излагается материал, который ранее изучался в основной школе. Такое подробное изложение в учебниках, на мой взгляд, создает ситуацию, при которой учителя, а вслед за ними и ученики, ориентируются преимущественно на изучение именно теоретического материала. Это приводит к появлению противоречия, с которым многие учащиеся начинают сталкиваться в 11-м классе, когда осознают, что при сдаче вступительного экзамена по физике в вузы им придется продемонстрировать свое умение применять знания к решению конкретных задач: типовых и более сложных, а иногда и очень сложных!
Учителя – не будем лукавить! – прекрасно это понимают. Часто можно услышать сетования по поводу того, что совсем нет времени на решение задач. Но еще меньше времени выделяется ими в такой ситуации на обучение решению задач, т.е. на обучение конструктивному способу мышления: построение системы рассуждений, позволяющей применить теоретические знания в типовых и нестандартных ситуациях конкретных физических задач.
По-видимому, сегодня иллюзии относительно того, что «в учебном плане школы физика займет достойное место» (т.е. на ее изучение будет отведено больше времени), у большинства учителей рассеялись. И как ни болит сердце за наш любимый и действительно важный для каждого школьника предмет, приходится считаться с фактом: за отведенное в учебном плане время (3 ч/нед., т.е. 204 ч за два года) традиционным способом изложить и отработать учебный материал, перечисленный в минимальном объеме содержания образования, невозможно. Действительно, подавляющее большинство работающих в школе учителей раньше примерно тот же объем излагали за 374 ч.
Есть ли выход из создавшегося положения? По-видимому, есть. Например, на поверхности лежит такой вариант: надо предельно сократить объем изучаемого в школе учебного материала, «оставив лишь самое важное». Именно такие слова можно слышать из уст чиновника, полагающего, что таким образом можно устранить перегрузку современных школьников, одновременно сохранив уровень требований к знаниям и умениям учащихся.
При этом другие, весьма значимые факты стыдливо замалчиваются. Например, уровень требований к знаниям абитуриентов в последние годы имеет тенденцию к повышению, многие технические вузы предлагают на вступительных экзаменах задачи, предполагающие наличие знаний, которые не входят в минимальный объем содержания образования. А среди заданий ЕГЭ имеются такие, которые по формальному признаку допустимы, а фактически значительно превышают реальные возможности школы подготовить детей на таком или даже близком уровне в рамках отведенного времени.
Второй «замалчиваемый» факт состоит в том, что многие школьники (и их число в последние годы неуклонно растет) вынуждены прибегать к услугам репетиторов или подготовительных курсов. И делают это не потому, что школьный учитель не может их «хорошо научить», а потому, что времени на предмет мало и «изучают только теорию». А разве занятия с репетитором или на подготовительных курсах не ведут к перегрузкам? Думается, что сокращение учебного времени без изменения объема содержания усугубляет перегрузку: в первый раз она возникает в школе из-за того, что логика учебного предмета не позволяет безнаказанно «выбрасывать неважные фрагменты материала», во второй раз, когда ученик идет к репетитору.
Другой выход состоит в систематической разъяснительной работе с родителями учащихся. Большинство из них ориентируются только на перечень изучаемых предметов, но не сопоставляют время, которое отводилось на изучение физики в те времена, когда они сами учились в школе, с тем числом уроков, которое учащиеся имеют сегодня. Именно родители учащихся должны сформулировать свой заказ старшей школе, определив профиль обучения своего ребенка и время, отводимое на изучение именно профильных предметов.
Но и увеличение числа уроков в неделю, по моему глубокому убеждению, само по себе не приведет к желаемому результату. В 1993–1996гг. в Санкт-Петербурге исследовался уровень подготовки выпускников общеобразовательных учреждений разных типов. Учащиеся школ, желавших подтвердить заявленный ими уровень образования, сдавали экзамены, в том числе и по физике, по единым материалам городской независимой экзаменационной комиссии.
Анализ полученных результатов проводился по многим критериям, мы пытались обнаружить корреляцию факторов, влияющих, по мнению всех участников эксперимента, на качество подготовки выпускников. Среди прочих наиболее очевидной казалась взаимосвязь качества подготовки и времени, отводимого на изучение данного предмета. Для установления этой корреляции из всего массива были исключены учащиеся физико-математических школ с городским набором, т.к. в них преимущественно учатся школьники, имеющие сформированную внутреннюю мотивацию к изучению физики. Мы сохранили в выборке только те школы, в которых программа обучения по физике была традиционной и использовались традиционные, «старые», учебники. Разброс времени, отводимый на изучение предмета, составлял от 2 до 10 ч/нед.
Каково же было наше удивление, когда оказалось, что процент ответов на «4» и «5» сначала повышался вместе с ростом количества часов в неделю, а затем, достигнув максимального значения при 4–5 ч/нед., стал значимо уменьшаться. Интерпретировать полученные результаты можно, предположив, что есть некоторое оптимальное количество часов в неделю, которое позволяет учащимся усвоить заданный объем знаний без чрезмерного напряжения. Если время существенно меньше (число «подходов» к изучаемому материалу мало, а нагрузка велика), усвоение на уровне требований возможно при условии глубокой самостоятельной работы учащихся, что при отсутствии мотивации практически не наблюдается, или при жестком контроле со стороны учителя (перегрузке учащихся). Когда времени значительно больше, наступает усталость от чрезмерного топтания на месте и появляется психологическая установка «будет время, разберусь», которая также редко реализуется.
Таким образом, по моему мнению, целесообразно увеличить число часов по физике в неделю в классах, учащиеся которых собираются поступать в технические или естественнонаучные вузы, до 4–5 ч/нед. И не сдваивать их, а распределить равномерно по всей учебной неделе (увеличить число «подходов»).
При этом повторюсь: одним только увеличением часов качество физического образования повысить невозможно. Нужно менять технологию обучения.
Нет ничего нового в утверждениях: «Ученик должен стать субъектом обучения»; «В процессе обучения нужно реализовать деятельностный подход». Или: «Обучение должно быть развивающим» и т.п. Сегодня немного найдется учителей, которые не согласятся с этими, ставшими банальными утверждениями. Вопрос в том, как это сделать?
Возьму на себя смелость сказать, что, хотя в новых учебниках, предназначенных для учащихся 10-го и 11-го классов, предлагается новая последовательность изложения учебного материала, появились новые, часто очень удачные примеры и иллюстрации, содержится дополнительная, современная и обширная информация, имеются примеры решения задач и описание практических заданий и работ, все же – это учебники с традиционным изложением учебного материала. Они ориентируют учителя либо на пересказ их содержания, либо на собственную интерпретацию изложенного материала и составление конспекта, который затем чаще всего и заучивают учащиеся. Они не ориентируют учителя на систематическое использование при организации учебного процесса таких форм обучения, в которых ученик становится субъектом — учит себя, то есть учитСЯ.
Другой особенностью современных учебников для старшей школы является практически полное отсутствие ссылок, а значит, и опоры на предшествующее изучение физики в основной школе. Можно прогнозировать, что у многих учащихся может возникнуть впечатление, что либо раньше их «не так (то есть неправильно) учили», либо в физике больше изучать нечего. (Заметим справедливости ради, что в учебнике Л.И.Анциферова «Физика-10» в самом начале есть ссылки на некоторые сведения из механики, полученные учащимися в основной школе.)
Эти обстоятельства и привели к тому, что нами была разработана программа «Физика. 10–11-й классы» и написан учебник для 10-го класса. В них нашли свое отражение и получили дальнейшее развитие идеи, положенные нами в основу курса физики для 7–9-го классов (основная школа).
Курс физики для основной школы в качестве главной цели преследовал развитие учащихся средствами физики как учебного предмета. Основными направлениями были:
обучение школьников способам получения информации из разных источников, прежде всего из опыта (натурного физического эксперимента и собственного жизненного, а не виртуального, опыта);
обучение представлению этой информации разными способами (от вербального до аналитического);
обучение трансляции информации из одного способа представления в другие;
обучение систематизации и обобщению сведений и превращение информации в знание;
обучение применению полученных знаний в типичных и нестандартных ситуациях.
При таком подходе достижение учащимися предусмотренного нормативными документами уровня знаний и умений в значительной степени определяется именно уровнем их развития. Об этом свидетельствуют умения подавляющего большинства учащихся отделять факты от вымысла; проводить сравнение конкретных объектов, явлений, понятий и величин не по одному, а по ряду признаков; обнаруживать закономерности в протекании явлений; устанавливать взаимосвязь явлений и соотношение между величинами; умение строить высказывание на основе фактов; проводить анализ и вычленять главные и второстепенные в данном конкретном случае свойства объектов; формулировать гипотезы и строить простейшие модели; объяснять на их основе явления окружающего мира.
Курс физики для 10–11-го классов должен создать условия для дальнейшего развития учащихся. Теперь необходимо научить их проводить известные мыслительные операции на абстрактном, а не только на конкретном уровне: сначала перейти от физических явлений к их моделям, т.е. к изучению основ физических теорий; затем научиться формулировать выводы, следствия и предсказания теорий, осваивая операцию конкретизации в процессе реального обучения решению задач.
Реализовать данную идею вполне возможно, т.к. тематика курса физики в старших классах фактически повторяет тематику курса в основной школе.
Отсюда вытекает следующая схема построения учебного процесса:
актуализация ранее изученного в рамках данной темы материала (а не повторное изучение его!),
построение ядра изучаемой теории;
получение нового знания (выводы, следствия, научные предсказания) через решение конкретных физических задач;
содержательное обобщение (выделение эмпирического базиса, системы понятий, гипотез, моделей, выделение ядра теории в виде системы законов, принципов и границ применимости и выделение выводов и следствий на уровне конкретизации).
Если такую схему построения учебного процесса принять за основу, то следующим шагом станет поиск ответа на два вопроса:
1. В какой последовательности изучать материал, предусмотренный нормативными документами?
2. Как следует излагать учебный материал в учебнике, чтобы и учитель, и ученик действовали в рамках этой схемы?
Поиски ответа на первый вопрос привели нас к следующей последовательности в изучении тем школьного курса. Сначала изучается механика в ее традиционной последовательности: кинематика, динамика, статика, законы сохранения. Далее динамические закономерности становятся тем фундаментом, на котором строится классическая электродинамика (электростатика, постоянный электрический ток, магнитное поле постоянного тока, явление электромагнитной индукции). В таком случае, с одной стороны, на примере рассмотрения конкретных ситуаций закрепляется и обобщается умение использовать при решении задач алгоритм, сформулированный в механике, с другой стороны, наиболее четко обнаруживаются различия двух форм материи: движение частиц (тел, материальных точек) в поле подчиняется законам динамики Ньютона, а поле не подчиняется (именно поэтому поле – «особая форма материи»). Завершается изучение физики в 10-м классе темой «Колебания», в которой механические и электромагнитные колебания изучаются не порознь, а совместно, что позволяет проводить широкие аналогии.
Продолжает курс физики тема «Волны», в которой механические и электромагнитные волны также изучаются совместно. Это позволяет сделать естественный переход к изучению оптики (волновой и геометрической), т.к. свет имеет электромагнитную природу. Обнаружение квантовых свойств света позволяет перейти к изучению атома и атомного ядра, а затем совершить восхождение от микромира в макромир молекулярной физики и термодинамики. Изучение статистических закономерностей, таким образом, отодвигается на начало второй половины последнего учебного года. К этому времени значительная часть учащихся оказывается подготовленной к их осмысленному пониманию. Завершает курс тема «Реальные газы, жидкости и твердые тела», в рамках которой рассматриваются в значительной степени прикладные вопросы (конкретизация теоретического знания на уровне реального объекта). При этом последовательно рассматривается весь спектр свойств газов, жидкостей и твердых тел: механические, тепловые, электрические и магнитные. Таким образом, в конце курса физики учащиеся не только получают возможность еще раз применить теоретические знания для описания свойств объектов, но и повторяют весь теоретический материал перед выпускным экзаменом.
Что касается организации учебного материала в учебнике, то, как и в учебниках для основной школы, используются два параллельных ряда. Один ряд – вербальный. В нем содержится изложение нового теоретического материала, комментарий и обобщение ранее изученного, комментарий и пояснения к решению задач. В другом ряду, который в отличие от учебников для основной школы имеет такую же ширину строки, что и вербальный, учебная информация представлена разными способами: частично вербальным (определение величин, формулировки законов, границ применимости, описание моделей и т.п.), табличным, в виде структурно-логических схем, графиков и формул. В этом ряду приведены также полные записи решения задач, которые рассматриваются в данном курсе.
Как уже отмечалось ранее, значительная доля объема учебника отведена обучению решению задач. (Так, например, в учебнике 10-го класса рассмотрено решение 70 задач по механике, 62 задач по электродинамике и 9 задач на колебания). При этом многие задачи формулируются как вопросы, которые обращают учащихся к ситуациям, которые в традиционном курсе физики изложены как теоретический материал и хорошо известны учителю. Такие задачи решаются в общем виде, а полученный результат анализируется. Другие задачи требуют конкретных расчетов и получения результата, который требует осмысления и оценки его правдоподобности. Во всех случаях, когда это возможно, приводится несколько способов решения задачи.
Каждая крупная тема завершается лабораторным физическим практикумом. В нем дается постановка вопроса, ответ на который предстоит получить в ходе экспериментальных исследований, описание установки или оборудования, обсуждаются вопросы оценки погрешности измерений. Все предлагаемые практические работы рассматриваются как экспериментальные задачи, для самостоятельного решения которых требуется применить знание теоретического материала. В качестве введения в лабораторный практикум приводится параграф с подробным обсуждением наиболее часто встречающихся типов ошибок, проблемы оценки погрешностей прямых и косвенных измерений, описание метода границ и метода оценки относительной погрешности измерений. Приводится описание устройства и способа измерений линейных размеров тел при помощи штангенциркуля и микрометра.
Около 3000 учащихся в разных школах Санкт-Петербурга в этом учебном году учатся по данной программе и описанному учебнику. По предварительным отзывам учителей и учащихся действительно удается сократить время на изучение теоретического материала без утраты его качества за счет увеличения доли времени, отводимой на обучение решению задач.