Ю.С.ПЕСОЦКИЙ (ФГУП РНПО «Росучприбор»),
Н.Н.ЖЕЛТУХИНА (КОА Раменского р-на Московской обл.),
О.А.ПОВАЛЯЕВ (Подмосковный филиал ФГУП РНПО «Росучприбор»),
Г.Г. НИКИФОРОВ (ИСМО РАО, руководитель педэксперимента) nikiforow@telecont.ru,
В.Н.ЛАВРОВА (ИСМО РАО), г. Москва

Оборудование кабинетов и технология обучения

Образовательные стандарты требуют от учащихся освоения не только конкретных умений, но и метода естественнонаучного познания в целом. Некоторые из этих проблем решаются в ходе многофакторного практико-ориентированного исследования, которое проводят ФГУП РНПО «Росучприбор» и Комитет по образованию Администрации Раменского р-на Московской обл. совместно с лабораториями физики и химии ИСМО РАО. В рамках этого исследования определяются механизмы и способы обновления оборудования кабинетов естественнонаучных предметов [3]. В связи с подготовкой передовых школ Раменского района к переходу на базисный учебный план, организацию профильного обучения в 10–11-м классах были подготовлены (при участии зам. председателя Комитета по образованию Жерновой Н.В.) и в настоящее время апробируются представленные ниже экспериментальные материалы, представляющие определённый интерес для учителей, директоров школ, органов управления образованием.

В настоящее время школы РФ имеют право по мере готовности переходить на базисные учебные планы в соответствии с программами профильного обучения. Возникает важный вопрос о критериях готовности к такому переходу. Понятно, что подготовка должна вестись и по линии программно-методического обеспечения учебного процесса (выбор рабочих программ, составление учебного плана школы с учётом всех его компонентов – федерального, регионального, школьного, подбор учебных методических комплектов), и, что особенно важно в случае естественных предметов, по линии материально-технического обеспечения (МТО). При организации работы по второму направлению органы управления образованием испытывают определённые трудности.

Общие ориентиры в этом направлении заданы в [2], полный спектр оборудования по физике, выпускаемого в РФ, и некоторые рекомендации по его отбору представлены в [4]. Вместе с тем на практике возникает много вопросов как по механизму финансирования процесса обновления, так и по определению критериев готовности кабинетов естественнонаучных предметов к работе в новых условиях, когда радикально изменились все компоненты оборудования: измерительная база, уровень способов измерения (появились цифровые и компьютерные).

Поставляемое в настоящее время в школы комплектное лабораторное оборудование и радикально изменившееся демонстрационное оборудование позволяют практически без затрат времени на предварительную подготовку ставить количественные эксперименты с использованием компьютера как средства измерения: это и изучение законов сохранения, и наблюдение плавления, и исследование электрических цепей переменного тока, и ряд др. Причём оба вида эксперимента позоляют не только иллюстрировать содержание учебника, но и проводить исследования в соответствии с современными требованиями [1]. Чтобы эффективно применять экспериментальные технологии, крайне актуально выполнять два требования: абсолютный доступ учащихся к лабораторному оборудованию и компьютеризованное рабочее место учителя.

КРИТЕРИИ ГОТОВНОСТИ КАБИНЕТОВ ЕСТЕСТВЕННОНАУЧНЫХ ПРЕДМЕТОВ ШКОЛ
К ПЕРЕХОДУ НА БАЗИСНЫЙ УЧЕБНЫЙ ПЛАН И ПРОФИЛЬНОЕ ОБУЧЕНИЕ

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

1. Общие положения

Критерии разработаны на основе федерального компонента государственного образовательного стандарта общего образования для базового и профильного уровней полной средней школы по физике и химии и включают перечни лабораторного и демонстрационного оборудования. Его можно разделить на две большие группы: демонстрационное, используемое учителем, и лабораторное, предназначенное для организации самостоятельной экспериментальной деятельности школьников. Целесообразно выработать двухстепенную систему критериев.

Первая степень критериев – полная готовность МТО учебного процесса к переходу на работу в соответствии с федеральным компонентом образовательного стандарта на профильном или базовом уровнях изучения предмета. Достижение этой степени позволяет Комитету по образованию при получении заявки МОУ принять решение: рекомендован переход на базисный учебный план и федеральный компонент образовательного стандарта соответствующего уровня.

Вторая степень критериев – частичная готовность. Этот уровень обеспечивает экспериментальную поддержку формирования основных знаний и умений, включённых в минимум содержания и требования к учащимся, при отсутствии некоторых материально-технических ресурсов. Объём недостающих ресурсов таков, что позволяет МОУ в течение одного учебного года при осуществлении определённых организационно-финансовых мероприятий довести МТО учебного процесса до первого уровня. Достижение этой степени позволяет Комитету по образованию при получении заявки МОУ и плана отмеченных выше мероприятий с указанием источников финансирования принять решение: допущен к переходу на базисный учебный план и федеральный компонент образовательного стандарта соответствующего уровня; вопрос о присвоении критерия «рекомендован» будет рассмотрен Комитетом после выполнения представленного плана.

Указанные критерии могут при их практическом использовании и выработке решений относиться к каждому из компонентов учебного оборудования естественнонаучного предмета. Для отработки технологии применения критериев, их уточнения, доработки и др. целесообразно создать муниципальные экспериментальные площадки.

2. Критерии, общие для всех уровней изучения физики и химии и степеней готовности: оборудование для фронтальных работ по физике, кратковременных опытов и практических работ по химии.

2.1. Обоснование. Государственный стандарт по физике и химии предполагает приоритет деятельностного подхода к процессу обучения, развитие у школьников умений проводить наблюдения природных явлений, описывать и обобщать результаты наблюдений, использовать простые измерительные приборы для их изучения; представлять результаты наблюдений или измерений с помощью таблиц, графиков и выявлять на этой основе эмпирические зависимости; применять полученные знания для объяснения разнообразных природных явлений и процессов, принципов действия важнейших технических устройств, для решения физических и химических задач. Принципиальным значением для реализации этих требований является обеспеченность кабинетов физики и химии оборудованием.

Критерии учитывают, что в настоящее время осуществляется планомерный переход от приборного принципа разработки и поставки оборудования к комплектно-тематическому подходу. Из стандарта следует, что при любом уровне изучения физики и химии проводятся демонстрационный и фронтальный эксперименты (по химии – в форме лабораторных опытов и практических работ). При реализации углублённого изучения физики (6 ч/нед. и более) проводится и лабораторный практикум [5] (углублённый уровень не нормируется стандартом).

Количество учебного оборудования приводится ниже в расчёте на один учебный кабинет: демонстрационное оборудование – 1 экземпляр (кроме специально оговорённых случаев); оборудование для самостоятельной работы – по 1 комплекту на двух учеников; оборудование для лабораторного практикума (при углублённом изучении) – 3–4 экземпляра.

При составлении критериев учитывается принципиальное изменение роли, места и функций самостоятельного эксперимента при обучении физике и химии, которое произошло при разработке стандарта и современной концепции изучения этих предметов: учащиеся должны овладевать не только конкретными практическими умениями, но и основами естественнонаучного метода познания, а это может быть реализовано только через систему самостоятельных экспериментальных исследований. Поэтому первый раздел критериев – это обеспеченность лабораторным оборудованием, причём предпочтение должно быть отдано комплектно-тематическому способу формирования. Комплекты позволяют сформировать такие общеучебные умения, как отбор оборудования в соответствии с целью эксперимента, существенно расширить тематику заданий в данной работе, а также увеличить число работ. Они эргономичны, радикально снижают время на подготовку эксперимента.

Для школ, которые в настоящее время по финансовым соображениям не могут осуществить переход на комплектно-тематический способ формирования лабораторного оборудования, приведён список фронтального оборудования, которое необходимо иметь в кабинетах физики в полном объёме из расчёта 1 наименование на пару учеников.

2.2. Практико-ориентированный минимум содержания и требования к выпускникам. Ниже приводятся практико-ориентированные требования Стандарта в части «Физика», отрабатываемые средствами самостоятельного эксперимента. В них включены также требования к выпускникам основной школы, т.к. соответствующие умения служат фундаментом, на котором только и можно добиться выполнения требований к выпускникам старшей школы.

ОСНОВНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ

Минимум содержания

1.1. Механические явления

Измерение физических величин: времени, расстояния, скорости, массы, плотности вещества, силы, давления, работы, мощности, периода колебаний маятника.

Проведение простых опытов и экспериментальных исследований по выявлению зависимостей: пути от времени при равномерном и равноускоренном движении, силы упругости от удлинения пружины, периода колебаний маятника от длины нити, периода колебаний груза на пружине от массы груза и от жёсткости пружины, силы трения от силы нормального давления, условий равновесия рычага.

1.2. Тепловые явления

Измерение физических величин: температуры, количества теплоты, удельной теплоёмкости, удельной теплоты плавления льда, влажности воздуха.

Проведение простых физических опытов и экспериментальных исследований по выявлению зависимостей: температуры остывающей воды от времени, температуры вещества от времени при изменении агрегатного состояния вещества.

1.3. Электромагнитные явления

Измерение физических величин: силы тока, напряжения, электрического сопротивления, работы и мощности тока, фокусного расстояния собирающей линзы.

Проведение простых физических опытов и экспериментальных исследований по изучению: электростатического взаимодействия заряженных тел, действия магнитного поля на проводник с током, последовательного и параллельного соединений проводников, зависимости силы тока от напряжения на участке цепи, угла отражения света от угла падения, угла преломления света от угла падения.

Требования к уровню подготовки выпускников

Использовать физические приборы и измерительные инструменты для измерения физических величин: расстояния, промежутка времени, массы, силы, давления, температуры, влажности воздуха, силы тока, напряжения, электрического сопротивления, работы и мощности электрического тока;

представлять результаты измерений с помощью таблиц, графиков и выявлять на этой основе эмпирические зависимости: пути от времени, силы упругости от удлинения пружины, силы трения от силы нормального давления, периода колебаний маятника от длины нити, периода колебаний груза на пружине от массы груза и от жёсткости пружины, температуры остывающего тела от времени, силы тока от напряжения на участке цепи, угла отражения от угла падения света, угла преломления от угла падения света.

СРЕДНЕЕ (ПОЛНОЕ) ОБЩЕЕ ОБРАЗОВАНИЕ. ПРОФИЛЬНЫЙ УРОВЕНЬ

Минимум содержания

2.1. Механика

Проведение экспериментальных исследований равноускоренного движения тел, свободного падения, движения тел по окружности, колебательного движения тел, взаимодействия тел.

2.2. Молекулярная физика

Проведение измерений давления газа, влажности воздуха, удельной теплоёмкости вещества, удельной теплоты плавления льда; выполнение экспериментальных исследований изопроцессов в газах, превращений вещества из одного агрегатного состояния в другое.

2.3. Электродинамика (включая оптику)

Проведение измерений параметров электрических цепей при последовательном и параллельном соединениях элементов цепи, ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока, электроёмкости конденсатора, индуктивности катушки, показателя преломления вещества, длины световой волны;

выполнение экспериментальных исследований законов электрических цепей постоянного и переменного тока, явлений отражения, преломления, интерференции, дифракции, дисперсии света.

2.4. Квантовая физика

Проведение экспериментальных исследований явления фотоэффекта, линейчатых спектров.

Требования к уровню подготовки выпускников

В результате изучения физики на профильном уровне ученик должен

измерять: скорость, ускорение свободного падения, массу тела, плотность вещества, силу, работу, мощность, энергию, коэффициент трения скольжения, влажность воздуха, удельную теплоёмкость вещества, удельную теплоту плавления льда, электрическое сопротивление, ЭДС и внутреннее сопротивление источника тока, показатель преломления вещества, оптическую силу линзы, длину световой волны; представлять результаты измерений с учётом их погрешностей.

Формулировка критерия

Изложенное служит обоснованием общего и одинакового для всех уровней изучения физики и химии критерия и первой, и второй степеней готовности к переходу на изучение физики и химии в соответствии с образовательным стандартом: фронтальное оборудование в кабинетах физики, оборудование для кратковременных лабораторных и практических работ в кабинетах химии школ, изучающих физику и химию на всех уровнях, при переходе на базисный учебный план и федеральный компонент образовательного стандарта должны быть представлены в полном объёме. Возможны исключения лишь по некоторым позициям, неизбежность которых следует из результатов обследования обеспеченности фронтальным оборудованием, которое проводится в школах. Все эти позиции отмечены в примечаниях перечней оборудования. Там же указаны сроки, в течение которых оборудование должно быть приобретено с тем, чтобы к моменту проведения соответствующих лабораторных работ необходимое оборудование было в наличии.

ПЕРЕЧНИ ОБОРУДОВАНИЯ ПО ФИЗИКЕ

Фронтальное оборудование

Требования к рабочей зоне учащихся

Лабораторные столы должны быть обеспечены электробезопасным напряжением с действующим значением 36–42 В от специальных щитов любых сертифицированных надлежащим образом комплектов электроснабжения. Мебельные компоненты кабинета, расположение и хранение оборудования должны соответствовать принципу оптимальной доступности учащихся к лабораторному оборудованию.

В кабинетах физики школ, где физика изучается на профильном уровне, не допускаются занятия по другим предметам.

1. Комплектно-тематическое формирование

2. Приборное формирование

Оборудование для лабораторного практикума (углублённый уровень, профильное обучение, 6 ч/нед. и более)

По состоянию на 2004/05 уч.г. может быть организован тематический практикум по электродинамике, а также итоговый практикум с преимущественным набором работ по электродинамике, частичным использованием фронтального оборудования, а также ранее выпускаемого оборудования. При подготовке практикума можно использовать пособия [4, 5].

3. Новое оборудование для практикума

Кабинет физики Удельнинской гимназии Раменского р-на Московской обл.
Директор Арюмина Н.А. На уроке физики в 8-м классе проводится исследование плавления вещества: учитель проводит демонстрацию
с использованием компьютерной измерительной системы «L-микро»

4. Демонстрационное оборудование

Приведённый список отражает радикальные изменения, произошедшие в демонстрационном комплексе кабинета физики за время реализации государственной программы «Учебная техника». Эти изменения связаны с внедрением в школу цифровых и компьютерных средств измерения. Изменения столь велики, что возможность формирования кабинета на старой базе исключается. Многие демонстрации, требуемые стандартом, вообще не могут быть проведены на ранее выпускаемом оборудовании (например, это касается закона сохранения импульса, инвариантности законов сохранения, принципа относительности, второго закона динамики, кинематических закономерностей). Многие фундаментальные приборы сняты с производства, например, амперметр и вольтметр с гальванометрами, все приборы по оптике и др. (включены в таблицу с указанием «Снято с производства»).

Высокого уровня знаний нельзя достигнуть без опоры на демонстрационный эксперимент, за счёт других видов деятельности. Ошибочность этого убеждения подтверждается результатами ЕГЭ. Например, отсутствие в школах осциллографа приводит к резкому снижению успешности выполнения заданий по анализу графиков свободных и вынужденных электромагнитных колебаний; изучение кинематики как геометрии приводит к плохому усвоению признаков равноускоренного движения.

В перечне приведён оптимальный список оборудования для профильных по физике (5 ч/нед.) классов. Необходимое для изучения физики на базовом уровне оборудование обозначено знаком «*». Критерии готовности базового и профильного уровней совпадают. За основу разделения первой и второй степеней критериев взят принцип соответствия темпов обновления оборудования календарно-тематическому плану изучения предмета.

Критерий первой степени готовности присваивается учреждению, которое представляет в Комитет образования план обновления, обеспечивающий приобретение оборудования в текущем учебном году к моменту изучения данной темы.

Критерий второй степени готовности присваивается учреждению, которое представляет в Комитет образования план обновления, рассчитанный на текущий учебный год и первой полугодие следующего.

Критерии присваиваются при выполнении принципа адекватной замены. Этот принцип позволяет иметь недостачу какого-либо оборудования только при условии разработки учителем замены необходимых демонстрационных опытов опытами с самодельным оборудованием, лабораторными работами и др.

Литература

1. Давыдов В.В. Теория развивающего обучения. – М.: ИНТОР, 1996.

2. Никифоров Г.Г., Орлов В.А., Песоцкий Ю.С. Рекомендации к материально-техническому обеспечению учебного процесса. – Физика в школе, 2005, № 1, 2// Физика («ПС»), 2005, № 10.

3. Песоцкий Ю.С., Желтухина Н.Н., Никифоров Г.Г. Обновление материально-технической базы кабинетов физики не только необходимо, но и возможно. – Вестник школьной прессы, 2005, № 2.

4. Дик Ю.И., Песоцкий Ю.С., Никифоров Г.Г. и др. Учебное оборудование для кабинетов физики общеобразовательных учреждений: Под ред. Никифорова Г.Г. – М.: Дрофа, 2005.

5. Дик Ю.И., Кабардин О.А., Орлов В.А. и др. Физический практикум для классов с углублённым изучением физики: Дидактический материал: 10–11: Под ред. Дика Ю.И., Кабардина О.А. – М.: Просвещение, 2002.

6. Дик Ю.И., Кабардин О.А., Орлов В.А. и др. Физический практикум для классов с углублённым изучением физики: Дидактический материал: 9–11: Под ред. Дика Ю.И., Кабардина О.А. – М.: Просвещение, 1993.