ОБ УЧЕБНОЙ ПРОГРАММЕ ПО КУРСУ ЭЛЕМЕНТАРНОЙ ФИЗИКИ ЛИЦЕЯ ПРИКЛАДНЫХ НАУК

Рубрика : Интересное

ОБ УЧЕБНОЙ ПРОГРАММЕ ПО КУРСУ ЭЛЕМЕНТАРНОЙ ФИЗИКИ  ЛИЦЕЯ ПРИКЛАДНЫХ НАУК г. Саратова.Опубликовано в № 37, июль,2001. «Физика»,

Еженед. приложение к газ. «Первое сентября»

Князев А.А.

В последние годы в системе образования России произошли значительные изменения. Прежде всего это преобразования самой школы и создание в ней новых специализированных структур: лицеев, гимназий с углубленным изучением отдельных предметов. Этот шаг потребовал и предоставления свободы преподавателю в выборе программы, учебников, в разработке стратегии образовательного процесса. Наряду с внутренними преобразованиями в системе средней школы, видоизменилось окружающее общество, система отношений образовательных структур и государства. Дальнейшее развитие личности, должно происходить в условиях отношений конкуренции и рынка.

Важным фактором явилось и то, что к работе в школе активно подключились квалифицированные специалисты из различных областей науки и высшей школы, обладающие высоким потенциалом современных знаний в теории и практике.

Отмеченное в значительной степени относится и к преподаванию курса элементарной физики, задачей которого является формирование естественнонаучного целостного взгляда на окружающий  мир. Значимость физики для формирования общественно адаптированной личности ныне, на рубеже нового века, связана, прежде всего, с тем, что рациональные методы естественных наук проникают и в гуманитарную сферу,  участвуя в формировании сознания общества, и  вместе с  тем, приобретают все более  универсальный язык, адекватный философии, психологи, социальным  наукам и даже искусству.

Краткий анализ существующих программ

Привлекательными особенностями существующих программ по курсу элементарной физики являются широкий охват изучаемых физических явлений, призванный к формированию первичной целостной картины окружающего мира и потенциальная достаточность для подготовки выпускников к поступлению в ВУЗ с целью продолжения образования. Одновременно для существующих учебников характерна определенная доступность изложения.


Не касаясь реального положения в общеобразовательной школе, авторы будут обсуждать проблемы программ по физике только для специализированных физико-математических школ. Эти программы, как известно, рассчитаны на работу высококвалифицированных преподавателей с учениками, проявившими интерес к изучению физики. Однако, анализируя содержание выпущенных к настоящему времени школьных учебников по физике и многочисленных пособий для абитуриентов против содержания, например, задач олимпиад высокого уровня (Всероссийские, Международные, Соросовские олимпиады и олимпиады, организуемые  ведущими ВУЗами России физического профиля специальностей — физический факультет МГУ, МИФИ, МФТИ, физ.мат школа-интернат НГУ), можно, констатировать тот факт, что и в сфере специализированной подготовки школьников по физике на сегодня имеется два различных подхода к стандарту среднего образования (в части физических знаний). Такое положение дел вполне естественно.

В основном стандарт программ физ. мат классов исходит от общеобразовательной школы и рассчитан на работу в спец.классах школьных учителей. Он имеет аддитивно расширенный спектр изучаемых тем, но, как и стандарт общеобразовательной школы, по-прежнему  располагает школьника, по мнению авторов, к заучиванию определений, формулировок физических законов и запоминанию многочисленных формул. При расширенном количестве времени учителю предлагаются фактически те же методики, школьные учебники и задачники. Подавляющее большинство учебников (за некоторыми исключениями) в значительной мере близки к стилю 50...60-х годов (учебник А.В. Перышкина), когда в педагогике средней и высшей школ разделы науки подавались как отдельные законченные блоки сведений с готовыми рецептами решения стандартных задач по разделам.

Уже многие годы при построении школьных программ преобладает адаптивный принцип: по мере роста количества знаний одни блоки исключаются и заменяются другими. При этом почти игнорируется то, что разделы новейших достижений объективно требуют фундаментального математического обеспечения и принципиально иного уровня абстракции. В результате задачи по новым разделам практически отсутствуют и тогда школьное преподавание физики в выпускном классе сводится, по сути к форме утверждений. При этом ко времени выпускных и конкурсных экзаменов школьники утрачивают навыки решения задач, едва освоенные ими в районе 9-го класса, по большей части при изучении раздела классической механики. Периодически после анализа текущего уровня контингента школьников и студенчества, следует виток упрощения и к настоящему времени из базовой школьной программы практически удалены уже важнейшие классические разделы (например, движение по наклонной плоскости,  под углом к горизонту, закон изменения момента импульса, теплопроводность, фотометрия и др.).

В программах специализированных школ эти разделы упоминаются, однако структура программ, тесно связанная с методикой преподавания, предполагает параллельное отслеживание программы общеобразовательной школы. Этот подход, по мнению авторов программы ЛКПН, не является оптимальным. По-прежнему слабо выражены концептуальные связи между темами, не задается вектор развития темы. Практически отсутствует опережающее обобщение материала, важное как для творческого усвоения будущих тем, так и для установления межпредметных связей на основе общности представлений и методов анализа явлений. В большинстве учебников, практически отметается любое упоминание о сведениях, которые, не начинают “работать” сразу же — в том же параграфе.

Можно привести несколько примеров.

1. В параграфах “Передача телами давления. Закон Паскаля” утверждается, что давление передается во все стороны одинаково. Это усваивает любой школьник и это подтверждается демонстрациями. Однако, следом, без пояснений общего характера идет параграф “Давление жидкости на дно и стенки сосуда” — здесь все иначе — давление различно (на разной глубине). Теперь трудно обойтись без дополнительных разъяснений школьнику, не научившемуся еще читать между строк. Становится непонятным как же, например, на практике удается расклепать только верхнюю часть заклепки или зубила. Декларативность введения понятий и определений вносит сумятицу, по крайней  мере на начальной стадии, и отвлекают от плодотворного усвоения накапливающегося материала. В результате в сознании ученика формируется комплекс чрезвычайной сложности изучаемого предмета.

2. Законы динамики (Ньютона) вводятся на примерах, не раскрывающих сложности их понимания. Но ведь человечество шло к ним более двадцати веков (!) и главная причина столь длительного срока прозрения — неверные интуитивные представления о движении. Эти представления необходимо сразу разрушить, предварительно обнажив проблемы (Практически все школьники, а подчас и взрослые инженеры утверждают, что сила притяжения уравновешена силой нормальной реакции по третьему закону Ньютона — и ведь есть хорошие и ясные книги, но они — не учебники).

3. Подобным образом в школе возникает понятие “сложных”  для понимания тем, таких, например, как тема энергии (Подавляющее большинство школьников на вопрос о кинетической энергии могут ответить лишь формулой mV2/2 (а почему не mV3/7 ?), о потенциальной энергии — только формулой “mgh”, что без дополнительных пояснений просто неверно даже для гравитационного поля сил, и т.п.). Эти сложности, безусловно, — искусственно созданные. Их корни в стремлении упростить изложение темы. В результате априорно подготавливается почва для зазубривания материала, с которым сразу же и начинает бороться учитель. Наверное, стоит согласиться с тем, что при введении закона или правила недостаточно лишь представить его для точного заучивания. Необходимо высветить его для обсуждения на фоне необходимости и широкого круга возможных заблуждений и отступлений. Так ученикам представляется возможность лучше усвоить новый материал и получить некоторый “люфт” — поле рассуждений.

4. Если не ограничиваться механикой, то ярким примером рассмотрения тем по аддитивному принципу является релятивистская теория. Упоминание в школе теории относительности можно оправдать, пожалуй, лишь темой о магнетизме. Однако, несмотря на удачный опыт такого изложения в учебнике 70-х годов Б.М. Яворского и А.А.Пинского «Основы физики», сегодня тема магнетизма продолжает вводиться так, что школьнику остается неясным относится ли магнитное взаимодействие к фундаментальным или нет и откуда вообще берется магнетизм.

Завершая немногочисленное перечисление примеров, можно высказать мнение о том, что в курсе элементарной физики допустимо пожертвовать строгими определениями и полнотой в пользу прочных понятий. Важнейшим для пробуждения интереса к предмету, на фоне огромного потока информации, который получает современный школьник, является расширительное толкование и предупреждение ошибок представления на самых ранних этапах обучения. Игнорирование этого предопределяет восприятие всего курса физики как набора формул и законов, которые по окончании школы продолжают существовать отдельно от имеющейся у каждого ученика интуитивной картины мира, не замещая ее.

В самом деле, многие выпускники школ, даже если они обучались в физ.мат классах, не предполагают заниматься физикой в дальнейшем, они могут воспринимать физику только как элемент образования — строгость необходима профессионалам и необходимость ее осознается лишь в постоянной практической деятельности. Однако в любом случае физические знания о тайнах природы должны внедриться в сознание выпускника как собственные представления о логичной и красивейшей из областей человеческой культуры.

Отдельное суждение уместно и по поводу  материала задач. По устоявшемуся  в школьной среде мнению, «теория» и «задачи» — две мало связанных между части школьного предмета, причем решение задач рассматривается как работа второго плана, а изучение «теории» сводится к запоминанию, пересказу материала параграфа и, в лучшем случае, к устройству какого-нибудь «суда» или другого подобного мероприятия. Задачи-одноходовки, приводимые в  большинстве учебников, с первых шагов поощряют манипуляцию формулами и создают лишь иллюзию усвоения материала на уроке. Такой подбор задач ставит школьника  в  тупик и отвращает от дальнейшей работы при малейшем усложнении задачи или приобретении ею элементов проблемности. Несмотря на многочисленные декларации, в учебных задачах полностью исключены и проблемность постановки  и обсуждение  результатов (главный момент проблемного обучения!), даже когда задача сопровождается решением. Работа учителя при решении задачи в классе сводится к контролю «правильности» записи по древней базовой схеме «дано — основные формулы по  теме — решение по формулам — проверка размерности — ответ». В школьных учебниках практически полностью отсутствуют физические оценки — основной инструмент физики — здесь многие учителя полагают, что их ученикам сложно освоить этапы обсуждения постановки задачи, неясность или произвольность в задании данных и приближенность расчетов, когда при вычислении отбрасываются числовые значения, а остаются лишь порядки величин. Опыт авторов программы, напротив, свидетельствует в пользу развития заинтересованности школьников в изучении физики именно на таких примерах, предшествующих вычислительным задачам.


Есть и другой, негласный, стандарт образования. В этот стандарт стремятся встроиться преподаватели, пришедшие в школу из ВУЗов и научных учреждений. Он концептуально отличается от первого и исходит от задач олимпиад высокого уровня (Всероссийских, Международных, Соросовских) и требований ведущих ВУЗов физических специальностей — физический факультет МГУ, МИФИ, МФТИ, физ.мат школа-интернат НГУ и др.

Действительно,  еще в 60-е годы, прежде всего в высшей школе, стали оформляться новые идеи преподавания. Одними из первых были, пожалуй, курс Джея Орира, Фейнмановские лекции, еще не являющиеся учебником. Затем появились Берклеевский курс — он был уже более близок  по  форме  к учебнику, две книги Кл. Суорца «Необыкновенная физика обыкновенных явлений». Далее возникли и советские издания:  курсы Матвеева и Сивухина, несколько книг Л.Тарасова. Среди изданий для школьников и учителей можно отметить заключительные разделы глав учебника Селезнева, книги авторского коллектива Бутикова,  Быкова,  Кондратьева, сборник задач под ред. О.Я. Савченко и уникальную почти тридцатилетнюю работу коллектива журнала «Квант». Классический  материал  был подвергнут  переосмыслению в сторону обобщений и расширительного проблемного толкования. Была проведена своего рода архивация материала, когда отдельные разделы не удалялись,  но объединялись на основе общности идей. Каждый возникший в результате объединения новый раздел, по сути, являлся уже упругим кластером — в подходящей  на  семинаре  ситуации  он мог практически неограниченно  разворачиваться преподавателем в зависимости от степени его эрудиции и качества аудитории. В исходном изложении на долю школьников по-прежнему оставались и основные соотношения и основные сведения,  но незаметным  для  себя образом они получали мощный заряд современной и хорошо поставленной методики абстрагирования.  Это позволяло  существенно  расширить  блоки  решаемых  задач — в них при изучении конкретной темы могли включаться проблемы из самых различных  областей знания, использующие сходные идеи.

Стремление к такого рода архивации материала касается не только педагогики — им  руководствуется и развитие науки, все более пропитываемой идеями современного направления синергетического подхода к  изучению явлений живой и неживой природы на основе синтеза понятий и методик исследования.

Физика в преподавании в физ.мат. классах передовых школ перестала выглядеть замкнутой наукой — основной акцент был смещен от сообщения большего или меньшего набора сведений и формул для данного раздела к проблемности и обсуждению парадигмы науки — понятий и идей, применяемых затем к различным разделам знаний одновременно. Главной целью изучения предмета в средней школе теперь видится не запоминание основных законов и даже не развитие  профессиональных физических навыков, но воспитание не закрепощенных схемами навыков точного мышления на примере познания мира физических явлений, а также накопления на этой волне познания важных полезных и конкретных сведений об этих явлениях. Одновременно расширяется и математический аппарат описания — на первый план выходят графический анализ и представления о бесконечно малых.

В этом плане явно выделяются среди других три последних учебника для классов с углубленным изучением физики Г.Я. Мякишева -  здесь изложение материала, почти лишено категорических определений и иллюстрируется примерами, показывающими явление в его многообразии. Выпущенная в 1997г для абитуриентов книга Ю.Павленко, может быть подвергнута жесткой критике со стороны школьных учителей, но она показывает насколько серьезен существующий разрыв между современными требованиями (или требованиями ближайшего будущего) и уровнем издаваемых сейчас школьных учебников.

Обоснование необходимости создания специальной программы ЛПН

Как видно из анализа, все имеющиеся программы обучения (даже программы общеобразовательной школы ) по стратегическому формализму охватывают объем знаний и требований к выпускнику, потенциально подготавливая его к возможности поступления в ВУЗ. В большей степени претензии могут относится к содержанию учебников и методик преподавания. Тем не менее, построение оперативных программ и логическая связь их с содержанием стандартных учебников, вызывает необходимость обратиться к созданию специальной программы ЛПН, связанной как в стратегическом, так и тактическом планах с целями подготовки учеников, способных успешно конкурировать на расширенном пространстве требований ведущих ВУЗов естественнонаучной ориентации как в России, так и за рубежом.

Созданная на базе Саратовского государственного университета структура многоуровневого обучения (спецшкола — ВУЗ — аспирантура) имеет в своей основе синергетическую образовательную концепцию, предполагающую всестороннее, взаимопроникающее, можно сказать энциклопедическое образование в широком спектре современного естественнонаучного знания. Она ориентирована на дальнейшую подготовку  кадров для работы в высшей школе и в различных областях современной науки. Ученики первой ступени — ЛПН проходят достаточно строгий отбор при значительном конкурсе и поэтому, по большей части, могут быть отнесены к категории одаренных детей, хорошо воспринимающих материал повышенной сложности с высоким уровнем абстракции. Вторая ступень рассчитана на углубленное освоение, уже подготовленными в ЛПН учениками, ВУЗовской программы естественных наук и можно поэтому понять стремление авторов к обеспечению относительной оперативной свободы путем создания авторской программы, наиболее приспособленной для работы с одаренными детьми. Имеющиеся уже программы физ.мат. классов, далеко не оптимально соответствуют концепции КПН.

Цели и задачи курса, резервы педагогики

Разрабатывая основу программы, коллектив лицея и университета имел целью сохранить и развить лучшие достижения преподавания физики в средних школах, к которым можно отнести:

1. Предварительное и достаточное знакомство учащихся с основами естествознания в младших классах с основными понятиями, величинами и природными явлениями в соответствии с базовыми общеобразовательными программами.

2. Традиции российского образования, которые нашли воплощение как в лучших учебниках, так и в работах известных авторских коллективов и композиторов задач.

Вместе с тем, создатели программы стремились к использованию более совершенных методик современного, концептуально ориентированного, изложения материала, поиски которых отражены во множестве учебных пособий.

Все участники первоначального авторского коллектива имели личную практику работы со школьниками и успехи учеников в конкурсах и олимпиадах различных уровней. Последнее убеждает в реальной возможности осуществления программы, обеспечивающей максимально свободную от противоречий последовательность изложения материала, важную для формирования первичной физической картины мира для учащихся базовой школы и расширенные представления о ней — для выпускников полной средней школы.

Как уже отмечалось, немаловажное значение для создателей программы имела конкурентноспособность их выпускников. В свою очередь это означает, что в процессе обучения ученики должны свободно ориентироваться в материале, выносимом на олимпиады и подобного рода конкурсы, который на сегодняшний день предъявляет явно повышенные требования к базовой школьной программе, порой смыкая ее с ВУЗовской. Это отчасти понятно — задачи, по большей части составляются не учителями школ, но зрелыми физиками-профессионалами, использующими свой опыт преподавания в высшей школе и ситуации, связанные с опытом научной работы. Вместе с тем, приведенные задачи допускают решение методами элементарной физики, а многие из композиторов, как известно, активно сотрудничают в физ.мат. классах. Анализируя содержание задач и удачные учебные пособия, можно увидеть определенные резервы для обеспечения расширенной по сравнению со стандартными программами подготовки учеников.

К числу таких резервов относится во-первых, реальная возможность более рациональной первичной подачи материала и переработка первоначальных теоретических знаний на семинарах, применительно к конкретным ситуациям. При этом положения теории, первоначально помещенные в « оперативную» память учащихся и годные лишь для  буквального воспроизведения, обрастают «шубой» понимания и ассоциаций, увеличиваются в объеме, создавая возможность осмысленного вариативного ответа по теме.

Во-вторых — резерв времени. Опыт авторов и учителей-новаторов показывает, что наилучшие результаты можно получить, демонстрируя на лекционных занятиях блоки относительно сложных задач, предупреждающие возможные ошибки понимания. Этот прием чрезвычайно эффективен: он дает существенную экономию времени и направляет внимание учеников прежде всего на анализ физической ситуации, когда формулы являются лишь инструментом расчета и не несут главной тематической нагрузки. Отпадает необходимость доводить каждую из задач блока до получения конечного результата (если он не уникален!) — нужно обратить внимание лишь на изменение сценария решения всей задачи, либо отдельного ее фрагмента. Задачи блока формируются так, что решение части задачи проводится по знакомой из пройденного материала схеме, а часть включает новый материал.

Третий важный резерв — высокая квалификация преподавателей и тщательная подготовка их к занятиям, многократно перекрывающая объем темы. По мнению авторов, при современном построении занятий главная обязанность преподавателя — не контроль работы учеников (их работа должна приносить плоды в домашних занятиях), а вовлечение их в процесс анализа и демонстрация правильно организованного труда на предельно сложных примерах. Преподавателю необходимо вскрывать ошибки интуитивных представлений, не блокируя вопросы учеников. Вместе с тем необходимо фиксировать сознание на ошибках, вызываемых именно ложным пониманием темы и избегать впечатывания в сознание учеников ошибок, допускаемых их сверстниками вследствие математической неграмотности, ленности или неподготовленности.

Реализация программы, как правило, осуществляется в ЛПН квалифицированными штатными преподавателями и преподавателями-совместителями из ведущих ВУЗов города. Используется 6-ти часовая понедельная схема прохождения каждой темы: лекция (2 часа) — 1-й семинар (2 часа) — 2-й семинар (2 часа). Цель первого семинара — базовые блоки задач по материалу темы и проведение контроля усвоения материала, второго — специфические задачи, примеры повышенной сложности. Отдельные темы распределяются на две недели.

К специфическим особенностям ЛПН можно отнести практику работы двух преподавателей в одном классе. Обычно это преподаватель-лектор, ведущий кроме этого один из семинаров (обычно второго), и преподаватель другого семинара. При удачном сочетании профессиональных уровней и эрудиции такой тандем обладает значительными преимуществами по сравнению с обычными схемами преподавания предмета одним учителем, помогая ученикам обратить внимание на различные аспекты понимания материала. По возможности авторские тексты лекций выводятся на компьютер и могут быть распечатаны.

Есть и еще один резерв — распределение изучения темы на все время обучения в школе по мере наращивания математической культуры учащихся. По опыту работы авторов в приемных комиссиях ВУЗов, важные ошибки, допускаемые абитуриентами, зачастую бывают спровоцированы преподавателями на этапе подготовки к выпускным экзаменам, когда заключительный этап обзора физической картины мира, необходимый для синтеза — установления межпредметных связей и связей между темами, подменяется составлением стандартных ответов на вопросы билетов.

Специфические и дополнительные задачи

К такого рода задачам курса физики можно отнести развитие у учащихся навыков работы по темам, выходящим за пределы программы, участие школьников как в научно-практических конференциях школьников, и даже в конференциях студентов и молодых ученых. Как правило это реферативная работа над статьями научных и научно-популярных журналов, выполнение учебно-исследовательских работ по изучению сложных явлений, в том числе численных расчетов, связанных с созданием компьютерных программ. Под руководством учителей учащиеся синтезируют знания по курсу физики с материалами смежных естественнонаучных курсов: спецкурса по основам теории нелинейных процессов ( синергетики ), математики, основам математического анализа и аналитической геометрии, информатики, биологии, химии и др.

СВЕДЕНИЯ О СОДЕРЖАНИИ ПРОГРАММЫ

8-й класс

Кратко стратегическую цель, которая решается в этом классе, можно сформулировать так: основные методы физики, важнейшие физические величины, концепция механицизма. Механицизм — по сути единственная концепция естествознания, знакомство с которой возможно в курсе средней школы достаточно полно и непротиворечиво, с использованием доступного математического аппарата. Здесь происходит анализ наглядного движения, решение достаточно сложных задач и овладение основными идеями и методами описания явлений. Именно задачи механики доминируют на вступительных экзаменах, на них проверяется усвоение основных понятий курса элементарной физики.

Изучение физики начинается знакомством с основными величинами (длина, масса, время), с методами их измерения. Цель этой части программы — углубить предварительные знания, полученные учениками в общеобразовательной школе, обучить навыкам перевода качественных соображений в количественные соотношения, познакомится с методикой первичной оценки, с ролью измерений и физического эксперимента в познании окружающего мира. Углубление этих знаний происходит при решении задач описания механического движения. Наряду со стандартным для школы введением понятий механики, формируются первоначальные представления физической теории -  физическая модель, функциональные зависимости, графические методы анализа, представления о векторных величинах. Чтобы избежать излишней абсолютизации строгости реальных физических задач, часть сложных задач решается методами подобия, размерности, оценок. Такой подход знакомит школьников с методами изучения явлений и систем, которые носят общефизический и даже общенаучный характер. В этом разделе школьник научится делать базовые оценки явлений, исходя из общих соображений и анализа взаимосвязи физических величин.



Начинается прохождение программного материала с исследования движения материальной точки. Некоторые идеи этого раздела знакомы учащимся с 7-го класса и это позволяет обратить внимание на связь математических и физических знаний, которые у поступивших в лицей учащихся оказываются, как правило, разделенными в сознании.

Основным в современной физики является понятие взаимодействия. В программе ЛПН введения понятия каждой новой силы происходит при решении задач о равновесии тел в разделе «Статика». Учащиеся знакомятся с основными моментами описания взаимодействия: с векторным характером силы, с важностью определения точки приложения силы, с понятиями равнодействующей и эквивалентной силы, с характеристиками сил различной природы, с понятием работы силы и момента силы.

Законы динамики и их смысл излагаются с позиций разрушения ошибок интуитивного мышления на самом раннем этапе изучения физики и возможности при дальнейшем изучении материала избежать декларативности и схематичности. Основной и самый объемный раздел этой части курса — «Уравнение движения и методы его решения» — подкрепляется соответствующими задачами в курсе информатики, где учащиеся, по сути, знакомятся с задачами интегрирования, хотя в явной форме о производных и интегралах, естественно, не говорится. В этом же разделе вводятся и сведения об описании криволинейного движения (нормальное и касательное ускорения, представления о моменте инерции).

Раздел “Следствия из уравнений движения” знакомит школьников с разнообразием способов описания сложного движения, подробности которого могут быть неясны, а решение задач проводится с помощью сравнивания начального и конечного состояния системы. Вводятся важнейшие в физике понятия — импульс, кинетическая энергия,  момент импульса (первые интегралы уравнения движения). Центральная проблема этого раздела переход от динамики материальной точки к динамики сложной системы, например твердого тела.

Все знания, полученные в рамках материала 8-го класса, в основном касаются, характеристик макромира и  механических движений, с проявлением которых ученик встречается в обыденной жизни. Здесь же достаточно подробно, вводится важнейшие понятия потенциальной энергии и механической энергии системы. Это традиционно сложные для усвоения понятия — вершина абстрактных представлений в программе школы, синтез всего предварительно усвоенного материала. Программа предполагает многократное возвращение к этому понятию в старших классах по мере освоения математического аппарата интегрального и дифференциального исчисления.

9-й класс

Блок, посвященный механистической концепции и начатый в 8-м классе завершается разделом ”Движение жидкостей и газов”. В последние годы этот раздел постепенно удаляется из программы средней школы. Авторы программы ЛПН считают это недопустимым. По нашему мнению гидро- и аэродинамика играют важную методологическую, мировозренческую и прикладную роль. В рамках этого раздела укрепляются полевые представления, формируется математический аппарат описания поля физических величин. Для решения конкретных задач этого раздела активно привлекается метод размерности.

Условно материал, представленный в программе 9-го класса, можно назвать ”Мир качественно различных явлений”. Основные цели этого года обучения: подготовить учащихся к выпускному экзамену базовой 9-ти летней школы, показать разнообразие физических явлений и исследовать основные фрагменты той общей картины, которая сформировалась в современном естествознании.

Раздел “Электрические явления и первичные понятия об оптике” начинает блок изучения немеханических явлений. Его место в данной программе определяется в основном, не столько концепцией авторов, сколько необходимостью вынужденного календарного выравнивания программы по сравнению с программой общеобразовательной школы. Необходимость этого шага диктуется тематикой задач Всероссийских олимпиад, дебютное выступление на которых предстоит учащимся именно в 9-м классе. Материал раздела коротко знакомит с новым типом взаимодействия, с новым (в дополнение к массе) свойством физических тел — электрическим зарядом. Одновременно сознание школьника все более подстраивается к восприятию концепции поля, которая размывает доминирующую на интуитивном уровне  идею “частица — основа окружающего мира”. В рамках этого раздела учащиеся познакомятся с основными понятиями электричества, получают начальные представления об электрическом токе и о способах элементарных расчетов и измерений в электрических цепях. Обсуждаются основные представления лучевой оптики (отражение, преломление, ход параксиальных лучей в простейших устройствах).

Блок «Строение вещества» занимает ведущее место программы 9-го класса. Он  демонстрирует необходимость овладения другим языком, отличающимся от языка механики. Эта задача решается при рассмотрении усредненных макроскопических свойств твердых тел, жидкостей и газов. Часть программы, посвященная теории газовых процессов позволяет, с одной стороны перенести идеи концепции механицизма в анализ молекулярных процессов, а с другой стороны на проблеме необратимости показать ограниченность механистических представлений.

Центральные понятия раздела «Основы термодинамики» — внутренняя энергия, температура, теплота. В качестве базовых методов исследования тепловых процессов предлагается использовать методы термодинамики, но для развития представлений и связи с понятиями механики, привлекаются модели молекулярно- кинетической теории. По спектру явлений программа 9-го класса ЛКПН существенно отличается от программ общеобразовательной школы. В нее включены аспекты строения вещества, описание адиабатического процесса, знакомство с работой тепловых машин на основе понятия об энтропии, знакомство с процессами теплопроводности, явления поверхностного натяжения — темы, снова входящие в последнее время в поле олимпиадных задач и помогающие логическому оформлению физического мировоззрения.

Большая часть времени программы этого класса отводится на подготовку к выпускному экзамену базовой школы. Подводятся итоги знакомства с физикой в базовой школе.

10-й класс

Программа старших классов посвящена изучению электрических и магнитных явлений. В отличие от материала изучаемого в базовой школе, значительно возрастает глубина осмысления этих явлений. Это становится возможным на основе значительно возросшей математической подготовки учащихся. Стратегическая цель этого года: понятие поля — сначала, как это удобные математические конструкции, затем восприятие электромагнитного поля, как объективной реальности окружающего мира. Ученик должен к концу года представлять окружающий мир как мир полей и частиц. К исследованию электрических и магнитных полей активно привлекаются гидродинамические аналогии и соответствующие  величины — поток и циркуляция. Именно при введении понятия магнитного поля возникает концептуальный разрыв: последовательное введение релятивистских представлений требует свободной математической и уже философской мысли, но к десятому классу такая свобода только еще начинает проявляться и есть риск провала в понимании концепции релятивизма. Приходится делать оговорки — здесь еще далеко до законченности.

Раздел посвященный уравнениям Максвелла, традиционно выносится за рамки курса элементарной физики. Это приводит к декларативному изложению вопросов, связанных с понятиями электромагнитного поля и электромагнитных волн. В данной программе уравнения электромагнетизма предлагается изучить в доступной для школьника форме с применением простейших элементов аппарата дифференциального и интегрального исчисления. В результате рассматриваемые явления встраиваются в первоначально сложившуюся картину материального мира.

Теория электрических цепей сознательно отделяется от разделов посвященных теории магнитных и электрических полей, т.к. задачи решаемые в этом разделе носят технический характер и являются методологически связанными с задачами динамики. Авторы предлагаемой программы предлагают изучать этот блок по схеме: от стационарных явлений к нестационарным. При изучении теории электрических цепей активно используются и механические аналогии, в технику расчетов вводятся и комплексные величины.

Раздел “ Колебательное движение” играет важную роль в процессе дальнейшего изучения основ элементарной физики. От колебательных движений постепенно должен произойти переход к понятиям «колебательный процесс», волны. В данном разделе кроме изучения характеристик колебательного процесса, таких как период, частота, амплитуда, фаза, в сознании школьника должен формироваться взгляд на колебательные процессы как фундаментальные — играющие большую роль в современной картине мира.

По окончании знакомства с концепцией электромагнитного поля учащиеся получают достаточное представление о возникновении электромагнитного излучения в различных диапазонах частот. Последний раздел года знакомит учащихся с окружающем их широким классом оптических явлений устройством оптических приборов. В дальнейшем планируется возвращения к волновым аспектам процесса излучения. Основой этого раздела являются феноменологические представления о распространении и преобразовании световых лучей.

11-й класс

Программа выпускного класса должна обеспечить объединение в сознании школьника основополагающих идей и сформировать цельную естественнонаучную картину мира. Изучаемый в этом году материал развивает и углубляет знания и представления, сформированные ранее. Материал этого года знакомит учащихся с основными концепциями современной физики и выявляет их взаимосвязь.

Раздел «Оптические системы» по сути вводный. Это повторение последней темы предыдущего года, обеспечивающее связку с волновым подходом к изучению явлений излучения. Тема “Волновые процессы” — уже практически в полной мере использует математический аппарат анализа таких сложных явлений как интерференция и дифракция. Объекты исследования в этом разделе — акустические и электромагнитные волны.

Представление о явлениях электромагнетизма логически завершается блоком “ Элементы теории относительности ”, знакомящей учащихся с понятием близкодействия и  миром больших скоростей. Показывается, что учет близкодействия принципиально важен в первую очередь при анализе именно электромагнитных явлений. Окончательно выясняется природа магнитной компоненты электромагнитного взаимодействия.

Следующая часть курса — концепция дуализма волн и частиц, детерминированного и вероятностного языков описания практически не изучается в курсе средней общеобразовательной школы исключительно по причине слабой математической подготовки учащихся. В результате понимание физики последнего столетия оказывается фактически за пределами среднего образования. Данная программа позволяет исправить сложившуюся ситуацию за счет рационального интенсивного изложения материала в предыдущих классах. Теперь, когда сформировано концептуальное поле и построена математическая база анализа физических ситуаций, знакомство с основами статистической и квантовомеханической гипотезами имеет достаточное основание и может быть подкреплено численными оценками.

Взаимосвязь явлений окружающего мира демонстрируется в разделе «Строение атомов и атомного ядра». Этот раздел возвращает учащихся к физической  картине мира, встраивая в нее новые классы явлений. Существование атома и молекул, электронов, протонов и т.д. для современного школьника является привычным, уже с курса химии. Вместе с тем, в рамках этого раздела можно продемонстрировать необычные свойства и явления микромира, которые невозможно описать в рамках классической физики. Последняя часть курса — физика микромира — показывает как сочетания этих концепций позволяют описать свойства атомов, молекул и атомных ядер.

Завершающая часть программы посвящена обзору картины явлений природы. Определяется роль каждого из фундаментальных взаимодействий в процессе развития Вселенной.


Хотите получать материалы на e-mail?