Физика как экспериментальный учебный предмет развивающего обучения

Автор: В.А. Львовский

Опубликовано: Психология обучения, №8 август 2010, К 80-летию со дня рождения Василия Васильевича Давыдова. – М.: Издательство СГУ, 2010. С. 99 – 118.

Аннотация

В статье обсуждается проблема формирования физических понятий в школьном обучении. Показывается на материале международных (PIRLS-2006, TIMSS-2007, PISA-2006) и отечественных (ГИА-2009) обследований, что сохранение традиционного эмпирического содержания и объяснительно-иллюстративных методов обучения физике в основной школе приводит к негативным последствиям: формальному усвоению знаний, трудностях при выполнении заданий творческого и проблемного характера, отсутствию самостоятельности в мышлении и действии.

На примере формирования одного из центральных понятий физики (энергия, работа) противопоставляется традиционный (знаниевый) и экспериментальный (деятельностный) подходы к обучению. В экспериментальном курсе физики содержательным основанием введения нового понятия для учителя (автора курса, методиста) является логико-исторический анализ его происхождения, а для ученика – возникающие в процессе обучения противоречия между изученным способом действия и новыми условиями его конкретизации. Методика развивающего обучения физике базируется на проблематизации, которая позволяет в ходе дискуссии сделать явной для большинства учащихся ошибочность «натуральной» (эмпирической, житейской) позиции и через схематизацию и моделирование организовать совместный процесс ее преодоления в новом («более культурном») способе действия.

Ключевые слова: деятельностный подход к обучению, образовательная система Д.Б. Эльконина – В.В. Давыдова, развивающее обучение физике

Фундаментальные труды Д.Б. Эльконина, В.В. Давыдова и их сотрудников, вышедшие во второй половине XX века, заложили основы новой теории и практики обучения, на десятилетия определили направление развитие отечественной школы. Появилось совершенно новое представление об учебном предмете, имеющее глубокие философско-психологические основания (диалектическая логика, культурно-историческая теория, теория деятельности) и получившее подтверждение в лабораторном эксперименте и в массовой практике.

Одним из формальных итогов этой работы стал новый государственный стандарт, в основу которого положен системно-деятельностный подход и на который начинают переходить школы России. Одним из содержательных итогов ­– результаты учащихся 4-х классов в Международном исследования качества чтения и понимания текста PIRLS (Progress in International Reading Literacy Study ) в 2006 году, в котором наша страна заняла первое место, уверенно опередив 37 стран и существенно улучшив свои результаты аналогичных исследований в 2001 году. Анализируя причины высоких результатов четвероклассников, авторы отчета отмечают: «Сформулированные в середине 90-х годов двадцатого века новые цели отечественного образования, где акцент ставится не на сумму знаний, умений и навыков, а на умение самостоятельно осваивать эти знания и умения, стали давать свои отсроченные результаты. Начали издаваться вариативные программы и учебники. Введены в практику массовой школы учебно-методические комплекты развивающего обучения. Главным направлением педагогических инноваций стал переход от репродуктивных методов обучения, когда знания и умения передаются детям в готовом виде, к активным и творческим методам, направленным на то, чтобы побуждать детей к поиску новых знаний и помогать им искать ответы на их собственные вопросы». [1; 58]

Исследования по формированию учебной деятельности младших школьников разворачивались в те годы, когда осуществлялся переход к всеобучу (сначала обязательному неполному, а затем – и к полному среднему образованию). Естественной была поэтому и установка на поиск такого содержания и таких методов обучения в начальной школе, которые позволили бы потом всем учащимся осваивать такие серьезные науки как алгебру и геометрию, физику, химию и др. Логично было бы предположить, что учителя естественно-математического цикла воспользуются достижениями начальной школы и продолжат развитие теоретического мышления учащихся. К сожалению, результаты других международных обследований эту гипотезу не подтверждают.

Масса (г)	Длина пружины (см)
0	5
10	7
20	9
30	11
40	12
50	13
60	13

Международное обследование TIMSS (Trends in Mathematics and Science Study) позволяет сопоставить результаты выпускников 4-ых и 8-ых классов по математике и естествознанию. Хотя по сравнению с другими странами наши ученики показывают стабильно высокие результаты, специалисты отмечают, что достижения начальной школы в области математики теряются в основной школе. Аналогичная ситуация и с естествознанием – несмотря на то, что доля соответствующих предметов в учебном плане основной школы многократно увеличивается по сравнению с начальной. Важно отметить, что высокий средний процент выполнения восьмиклассниками заданий по физике, обеспечивается заданиями репродуктивного характера (их выполняют в среднем около 70% учащихся). В то же время, задания более творческие, неоднозначные, нестандартные, доля которых сравнительно невелика, дают очень низкий процент выполнения. Приведем пример такой задачи: «В таблице приведены результаты эксперимента по определению зависимости длины пружины от массы подвешенного на ней груза. Опишите, как длина пружины изменяется в зависимости от массы подвешенного груза^[1] ». В этой задаче нарушается изученная в школе и привычная для школьников прямая пропорциональная зависимость между удлинением пружины и массой подвешенного груза. Хотя задача сама по себе несложная, в обследованиях 2003 года ее правильно решили (т.е. учли все данные таблицы, а не часть данных) только 10% российских школьников!

Полученные результаты «могут свидетельствовать о проблемах в формировании самостоятельности мышления у российских учащихся основной школы». [8; 40]

Значительно худшие результаты на международном уровне показывают наши 15-ти летние школьники в обследовании PISA (Programme for International Student Assessment), в котором акцент делается на проблемных ситуациях, близких к реальности, что отражает мировые тенденции изменения целевых образовательных установок.

Провалились наши школьники в тех заданиях, где требуется не формальное применение знаний и умений, а действие с пониманием, работа в неопределенных или неоднозначных условиях. «Результаты выполнения международного теста по естествознанию выявили достаточно низкий уровень естественнонаучной грамотности российских учащихся, не соответствующий основным требованиям, сформулированным ведущими специалистами мира в области школьного естественнонаучного образования, которые были реализованы в исследовании PISA-2006. Это означает, что российские учащиеся 15-летнего возраста уступают своим сверстникам из многих стран мира (33-38 место на международной шкале) в способности:

- осваивать и использовать естественнонаучные знания для приобретения новых знаний, для объяснения естественнонаучных явлений и формулирования выводов в связи с естественнонаучной проблематикой;

- понимать основные особенности естественнонаучных исследований…» [11; 44 – 45].

Сравнивая результаты TIMSS и PISA, специалисты делают вывод, что «обеспечивая учащихся значительным багажом предметных знаний, российская система обучения не способствует развитию у них умения выходить за пределы учебных ситуаций, в которых формируются эти знания» [11; 95].

В чем же причина столь низких результатов учеников основной школы в области естественных дисциплин и математики? Рискнем предположить, что одной из основных причин является то, что соответствующие учебные предметы (в логике деятельностного подхода) так и не сложились в отечественной школе. Это косвенно подтверждают исследования, проведенные Г.А. Цукерман^[2]

, в которых с помощью теста компетентности оценивались 15-летние школьники из разных образовательных систем. В частности, было показано, что образовательная система Д.Б. Эльконина – В.В. Давыдова успешнее традиционной справляется с задачами компетентностного развития, развития умения учиться, работать с противоречием, удерживать и соотносить разные точки зрения, работать в условиях недоопределенных, неоднозначных, противоречивых ситуациях.

Чтобы детальнее разобраться в этой ситуации, вспомним критику традиционного обучения, которая десятилетия назад была развернута в работах философов, психологов, педагогов деятельностного направления и в наиболее концентрированном виде была представлена в трудах В.В. Давыдова. Традиционное обучение в начальной школе, сохраняя преемственность с дошкольным способом познания, базируется на эмпирическом типе обобщения, строит правилосообразное действие и формирует классифицирующее, рассудочное мышление. «Усвоению детьми эмпирических знаний соответствует объяснительно-иллюстративный метод обучения, который многие годы применяется в школе» [7; 277]. Преемственность в содержании и методах обучения сохраняется и при переходе из начальной в основную школу. ««Чистота» этой тенденции нарушается в более старших классах, где учащиеся получают знания, заимствованные из научных дисциплин. Но делается это, так сказать, «явочным порядком», без теоретически выверенного преломления в психологии и дидактике» [6; 106].

Эмпирическим знаниям^[3] свойствен низкий уровень обобщения, такого типа знания достаточно жестко привязаны к тем конкретным случаям, при рассмотрении которых они были получены. Существенное и несущественное оказывается рядоположенным, т.к. некоторое отношение в одних ситуациях выступает как существенное, в других же оказывается несущественным. Отсюда – большая зависимость учеников от взрослого (в первую очередь, от учителя), низкий уровень учебной самостоятельности. Не понимая, что существенно, а что нет, что важно, а что – второстепенно, не зная оснований выученных многочисленных правил, большинство школьников оказываются на уровне формального усвоения знаний. Такие знания не отвечают критериям предметности, и ученики легко попадают в «ловушки» – ошибаются при решении специально сконструированных задач, которые не решаются изученным способом, но по внешним признакам похожи на типовые.

Приведем пример диагностического задания для 9 класса^[4]

. Ученикам предлагается рис. 1 и краткие описания 12 задачных ситуаций взаимодействия тел (тема ученикам известна – законы сохранения). Необходимо найти три задачи, решаемые наиболее близким способом. Ученики, действующие формально, ориентируются на внешние признаки и выбирают ситуации №№ 3, 9, 10 – т.е. абсолютно разные по способу решения задачи: №3 – закон сохранения механической энергии и импульса, №9 – система незамкнута, законы сохранения не выполняются, №10 – только

закон сохранения импульса.

Для традиционного «знаниевого» подхода характерна постоянная вербализация, ученики привыкают к тому, что главное в учебном предмете – это не дело, а слово. Главное – правильно (желательно дословно) дать все определения и привести «учебниковые» примеры. Схематизация и моделирование (символическое, графическое), без которых невозможно продвигаться в серьезных научных дисциплинах, замещаются наглядностью и иллюстративностью. На одном из уроков физики мы наблюдали следующую (совершенно типичную для традиционной школы) картину. Ученикам было предложено записать формулировку первого закона Ньютона и нарисовать к нему иллюстрации. Все «успешно» справились с этим заданием, позаимствовав и то, и другое из учебника. И столь же организованно впали в ступор, когда автор этих строк указал на противоречие: первый закон Ньютона был дан в современной трактовке (как постулат существования), проиллюстрировать который в принципе невозможно^[5]

.

«Знание без понимания» – это абстрактное знание, которое не имеет границ. Такое знание «всеобще», но это мнимая всеобщность, так как вс имеет свою сферу применения, свои ограничения. Таким образом, эмпирические знания оказываются оторванными от системы понятий, от теории, они не могут быть сведены к своим основаниям (основания не выявлены, не поняты, не отрефлексированы), из них не могут быть выведены следствия. Отсутствие системности знания проявляется в том, что ученики не замечают преодоление границы применимости способа, нечувствительны к противоречиям, не чувствуют границу «знание – незнание», не в состоянии развить способ (вплоть до его отрицания и преобразования). Любое несоответствие между правилом, законом и реальной ситуацией (а в физике такие расхождения есть всегда, поскольку любой закон, любое правило – это результат каких-то приближений) ставят учеников в тупик (см. приведенный выше пример про «плохую» пружину).

Возникает закономерный вопрос: каким образом физика – наиболее развитая и теоретически выстроенная наука – превратилась в такой учебный предмет, который формирует эмпирический тип обобщения и проектирует соответствующий ему тип мышления. «Каждый учебный предмет – это своеобразная проекция той или иной «высокой» формы общественного сознания (науки, искусства, нравственности, права) в плоскость усвоения» [7; 275]. Рассмотрим «своеобразие проекции» на примере формирования понятий в традиционных курсах физики.

Характерным для традиционного построения учебного предмета является опора на жизненный опыт, наглядные представления. Понятия рассматриваются вне логики их происхождения, а на основании внешне схожих примеров. Такой способ непосредственно опирается на традиционные дидактические принципы преемственности, наглядности, связи с практикой и т.п.

Большинство физических понятий, с которыми сталкиваются ученики на начальных этапах изучения предметам, уже используются ими в обыденной жизни, в быту, либо в других дисциплинах. Такие основные понятия как сила, работа, энергия, температура и др. вошли в обиход и, естественно, несут оттенок житейских представлений. Есть немало понятий, которые вводятся в других учебных дисциплинах, не получая при этом адекватного понятийного оформления. Например, в курсе математики вводятся представления о массе, времени, скорости; в биологии и географии – о давлении, температуре, влажности, энергии. Многие физические явления из молекулярной физики, электричества, оптики, механики, так или иначе, присутствуют на других уроках.

Анализируя физику как учебный предмет, необходимо разобраться, на какой тип обобщения ориентируются авторы курсов, противопоставляют ли они научные понятия житейским представлениям, или же опираются на последние при построении знания. Обсуждение этого вопроса мы построим на примере формирования одного понятия «механическая работа», но это не ограничивает общность выводов, т.к. рассуждения легко распространить и на другие вводимые в традиционном курсе понятия. Характерный для традиционного обучения объяснительно-иллюстративный метод, опирающийся на выделение внешнего сходства или различия, мы обнаруживаем и в учебниках столетней давности и в «современных» учебниках.

«Если какая-нибудь сила движет тело, преодолевая его инерцию или еще какие-нибудь сопротивления (силу тяжести, трение и т.д.), то сила при этом, как говорится, совершает или производит механическую работу.

Например, тяжелое тело упало с некоторой высоты, при этом сила тяжести совершила работу; лошадь провезла воз на некоторое расстояние – сила лошади совершила работу; вы подняли груз на некоторую высоту – сила наших мускулов совершила работу». [20; 108 – 109].

«Понятие работы заимствуется из деятельности человека. Поднимая груз на высоту, прилагая силу на пути подъема, человек совершает работу. Человек распиливает бревно; при равномерном движении пилы он прилагает силу, необходимую для разрушения волокон дерева, и перемещает точку приложения силы, когда перемещает пилу на определенное расстояние. Каждый рабочий-пильщик оценивает свою работу в зависимости от прилагаемой силы (распиливает твердую или мягкую породу) и от пути перемещения (толстое или тонкое бревно)». [15; 94].

«В обыденной жизни словом «работа» мы называем всякий полезный труд рабочего, инженера, ученого, учащегося. Понятие работы в физике несколько иное… Рассмотрим примеры механической работы. Поезд движется под действием силы тяги электровоза, при этом совершается механическая работа. При выстреле из ружья сила давления пороховых газов совершает работу – перемещает пулю вдоль ствола, скорость пули при этом увеличивается. Из этих примеров видно, что механическая работа совершается, когда тело движется под действием силы. Механическая работа совершается и в том случае, когда сила, действуя на тело (например, сила трения), уменьшает скорость его движения. Желая передвинуть шкаф, мы с силой на него надавливаем, но если он при этом в движение не приходит, то механической работы мы не совершаем. Можно представить себе случай, когда тело движется без участия сил (по инерции), в этом случае механическая работа также не совершается. Итак, механическая работа совершается, только когда на тело действует сила, и оно движется» [12; 129].

«Прежде чем ввести определение работы, приведем примеры совершения механической работы.

Пример 1. Электровоз с некоторой силой тянет вагоны, при этом состав перемещается на какое-то расстояние. Пример 2.Подъемный кран поднимает бетонную плиту на пятый этаж строящегося дома. Пример 3. Маленький катерок перемещает по акватории порта океанский лайнер. Пример 4. При выстреле из охотничьего ружья сила давления пороховых газов перемещает пулю вдоль ствола. Пример 5. При вспахивании почвы трактор тянет плуг с некоторой силой.

Что общего в этих примерах? Во всех случаях совершается работа под действием приложенной к телу силы» [18; 202].

При поверхностном анализе может показаться, что таким образом вводится научное понятие механической работы, которая в простейшей ситуации определяется как произведение силы на путь: A = F  S. Однако нетрудно заметить, что приводя примеры авторы уже пользуются известным им (но неизвестным ученикам) определением механической работы. Авторы бессознательно пытаются организовать эмпирическое обобщение по типу: сравните кошку, собаку, корову, козу – что у них общего? Но аналогичное действие в отношении физических понятий не работает и не может работать. Чтобы понять, что во всех приведенных примерах общее – это совершение работы, надо иметь определение работы. Понятие механической работы не написано на электровозе, подъемном кране или катере. Если в случае с животными мы можем хотя бы сделать эмпирическое обобщение «у всех животных четыре ноги», то в случае с научным понятием это просто невозможно.

Разберем другой характерный пример, когда описывается некоторая исследовательская деятельность, в результате которой возникает понятие механической работы. «Прикладывая силу, мы можем поднять тело на некоторую высоту или переместить его в другое место, на некоторое расстояние. При этом совершается механическая работа. Рассмотрим, от чего зависит механическая работа. Пусть нам нужно поднять два камня на высоту 1 м, как показано на рисунке^[6]. При подъеме камня массой 5 кг нам придется приложить к нему силу в два раза меньшую, чем при подъеме камня массой 10 кг. Конечно, во втором случае придется совершить бльшую работу, чем в первом. Значит, работа зависит от значения действующей силы. А если нам придется поднимать камень массой 5 кг на высоту не 1 м, а 1,5 м? Силы, под действием которых камень поднимается, одинаковы. Будут ли в этих случаях одинаковы работы сил? Нет, конечно. Во втором случае работа силы будет больше. Значит, работа силы зависит от расстояния, на которое перемещается тело под действием этой силы. Чем больше расстояние, тем больше работа силы» [19; 100-101].

Любой здравомыслящий человек (для чего вовсе не надо быть физиком) без труда почувствует здесь подмену. Прежде всего, здесь исподволь протаскивается житейское представление о работе как о «труде». Далее, слова «следовательно», «значит», «очевидно», «конечно» не должны никого обманывать – ни о каком дискурсе, ни о каком исследовании и обсуждении результатов здесь речи нет. Даже обращение к житейскому опыту здесь также мнимое: нет, и не может быть у ученика житейского опыта в отношении физического понятия «работа». Здесь имеет место простая игра слов, которая приводит к формализму в знаниях, приучает ученика к некритическому восприятию информации, приравнивает обучение к процессу передачи разнообразных сведений.

Для доказательства нашей позиции деформируем авторский текст таким образом, чтобы прийти к заведомо ошибочному выводу: «Будем поднимать камень массой 5 кг в течение 1 минуты, а затем – в течение 2 минут. Совершенно очевидно, что во втором случае придется совершить вдвое большую работу. Следовательно, работа зависит от времени действия силы». Главный недостаток такого обучения состоит в том, что учащиеся привыкают некритически относиться к информации, не могут выйти за пределы полученных сведений, при столкновении с любым затруднением, теряются. И чем лучше они «знают», тем хуже мыслят: нет чувствительности к противоречию, отсутствует моделирование, свобода владения учебными средствами.

В частности, решая задачи, учащиеся формально применяют усвоенное правило, выученную формулу, не учитывая граничных условий, без анализа конкретной ситуации. В случае с механической работой типичной ошибкой является применение формулы к ситуациям, в которых сила меняется (например, при расчете работы силы упругости). При традиционном обучении ученики вынуждены сначала выучивать определения и правила, а затем еще и все многочисленные исключения из них, которые возникают вследствие эмпирического характера передаваемых знаний.

Конечно в начальном курсе физики, тем более в курсе естествознания, «сложные» ситуации стараются не рассматривать (когда в процессе движения тела меняется величина или направление силы), но парадокс заключается в том, что в «реальности» других и не бывает. Попробуйте, например, перемещать санки, прикладывая постоянную силу и не меняя положение веревки!

Для того чтобы формулу работы можно было применить к той или иной конкретной задаче, необходимо специально оговаривать постоянство силы. А для этого, в свою очередь, необходимо понимать основания введения понятия, а еще лучше участвовать в его построении. В рассмотренных примерах понятие механической работы вводится безотносительно к его происхождению, не обсуждаются ни условия их появления в науке, ни задачи, для решения которых они появляются как необходимые.

При проектировании экспериментального курса физики должна быть решена задача такого формирования понятий, при котором есть место обсуждению их оснований. Обратимся к примерам учебников, в которых осуществляется мотивировка введения понятия механической работы, т.е. авторы отвечают не только на вопрос «Как?», но и на вопрос «Почему так?». Практически в отношении любого физического понятия можно найти такой учебный курс, в котором попытки того или иного обоснования делаются. К сожалению, учебного курса физики, в котором вскрываются основания всех вводимых понятий, в основе которых лежит идея происхождения понятий, а не только их функционирования, нам обнаружить не удалось.

Вероятно, именно это является причиной того, что подавляющее большинство учителей физики не могут дать ответ на простейшие вопросы, без которых, казалось бы, нормальное обучение вообще невозможно. Учителя не могут объяснить, почему в физике вводятся именно такие понятие работы, кинетической энергии, плотности вещества, удельной теплоемкости, момента силы и т.д. На разбираемом нами примере механической работы учителя, как правило, дают сначала «школьный» ответ: работа прямо пропорциональна силе и пути (ответ, который ничего не объясняет, а лишь словесно оформляет уже имеющуюся в определении зависимость). Тогда возникает закономерный вопрос: почему A = F  S, а не A = F  S2 или A = F2  S, в то время как кинетическая энергия, например, пропорциональна именно квадрату скорости Типичный ответ порадовал бы позитивистов: физики так договорились. Иными словами, в природе нет ничего такого, что стало основанием для такого понимания механической работы, все это есть лишь в головах физиков, которым было удобно ввести именно такое определение. Однако «закон – это отражение явлений природы, а не приказы, которые она получает» [13; 308].

Простое обращение к истории науки не всегда здесь дает нам ключ к решению указанной проблемы. Так, в учебнике для 7 класса мы читаем: «Термин «работа» был введен в физику в 1826 г. французским ученым Ж. Понселе^[7]. Если раньше работой называли лишь труд человека, то теперь под этим стали понимать еще и определенную физическую величину… Для расчета механической работы Понселе предложил специальные правила» [4; 47]. Трудно отделаться от мысли, что появление этой формулы – результат произвола физиков, следствие договоренности.

Прочитаем более подробную историческую справку, которая дается в учебнике 9 класса: «В 1826 г. Понселе написал «Курс механики, примененный к машинам». Изучая работу различных машин, он заинтересовался пространственной характеристикой действия силы. Соответствующая величина уже использовалась в машиноведении. Так, например, в 1774 г. русский механик и математик С.К. Котельников, автор первого русского учебника механики, писал: «Действие махины, или действующая посредством ея силы, равно тягости, умноженной на пройденный путь». Однако в то время установившегося общепринятого названия у этой величины еще не было. Ее называли и механическим эффектом, и моментом деятельности, виртуальным моментом и т.д. Понселе … дает ей простое название – «работа». Свое определение он оправдывает тем, что оно «совпадает с тем, как на практике оплачивается всякая работа, связанная с поднятием тяжестей»… «Работа есть то, что оплачивают» – говорит Понселе» [5; с. 100].

Итак, наряду с уже привычным нам обоснованием термина, появляется указание на некоторую другую (нефизическую) меру работы – ее оплату и, главное, намек на то, что в основании способа ее вычисления – «работа» машин и механизмов.

Начнем с нефизического способа и рассмотрим модельную ситуацию. Пусть перед нами стоит практическая задача поднять некоторый вес P на заданную высоту H, и эта «работа» (этот труд) оплачивается суммой Z. Логично предположить, что подняв вес P/2 на высоту H, либо вес P на высоту H/2 мы заработаем Z/2, а вес P/2 на высоту H/2 – Z/4. Таким образом, вполне обосновано для расчета оплаты труда (т.е. выполненной «работы») применять формулу РАБОТА = ВЕС х ВЫСОТА (A = P  H). Мы выстроили житейское обоснование слова «работа» и правила ее расчета.

Рассмотрим физические основания понятия «механическая работа», на которые намекает обращение к «работе машин». Со времен Архимеда хорошо известно, что простые механизмы позволяют выиграть в силе. Мы помним знаменитый рычаг Архимеда, которым он собирался сдвинуть Землю, а также систему блоков, с помощью которых он, якобы, перемещал доверху груженый товарами корабль. Считается, что лишь спустя несколько столетий Герон сформулировал так называемое «золотое правило» механики (выигрыш в силе сопровождается проигрышем в скорости или расстоянии), которое иногда называют принципом сохранения работы. Позднее (в XIX веке) был сформулирован более общий принцип виртуальных (возможных) перемещений и непосредственно связанный с ним закон сохранения энергии.

Логико-историческая реконструкция позволяет говорить о том, что в основание введения понятия механической работы в школе может быть положено «золотое правило» механики: «… из «золотого правила» возникли важнейшие физические представления о работе и энергии. Вместе с тем «золотое правило» механики явилось первой простейшей формулировкой одного из основных законов природы – закона сохранения энергии» [9; 205].

Как мы уже отмечали выше, практически всегда можно найти учебник, который при введении некоторых понятий отталкивается от логических оснований его появления в физике. Однако даже в подобных «хороших» образцах это осуществляется не через действие ребенка, а с использованием традиционного объяснительно-иллюстративного метода: «Вы уже знаете, что согласно «золотому правилу» механики при использовании любого простого механизма мы выигрываем в силе во столько же раз, во сколько раз проигрываем в пути… А это означает, что произведение модуля силы на путь не изменяется. Поэтому можно предположить, что оно является важной физической величиной. Произведение модуля силы F на путь s, пройденный точкой приложения силы, называют механической работой: A = Fs». [3; 206]. Ниже будет рассмотрен фрагмент экспериментального обучения, в котором понятие механической работы вводится через «золотое правило» механики в деятельностном ключе.

Мы полагаем, что столь длительное сохранение в отечественном физическом образовании традиционного эмпирического содержания и устаревшего объяснительно-иллюстративного метода обусловлено упрощенным пониманием роли «живого созерцания», ошибочным определением соотношения эксперимента и теории в познании и, как следствие, в обучении.

Так, на основе известных опытов по растворению, испарению, диффузии делается индуктивный вывод о молекулярном строении вещества; законы Галилея – Ньютона нередко пытаются представить как обобщение экспериментальных фактов (забывая о том прорыве, который был сделан укоренением в физике мысленного эксперимента). Такое вульгарное понимание эксперимента как непосредственной основы теории формирует эмпирическое мышление, воспитывает догматика, который смотрит на мир как на резервуар иллюстраций и мгновенно пасует перед любым противоречием^[8].

Безусловно, реальный мир, мир вещей и процессов является отправной точкой естественнонаучного познания. Однако «немыслящий глаз» ничего не увидит в этой текучей, неструктурированной, бесформенной реальности: «…Чтобы эксперимент был полезным, нужно владеть теорией явлений, существенных в этом опыте. …До тех пор пока нет хорошей теории, позволяющей судить о том, что может произойти, невозможно даже наметить эксперимент, а тем более провести его» [17; 23-24].

Итак, физик-экспериментатор не может действовать вслепую, без теоретических опор. С другой стороны, физик-теоретик также имеет опоры – он опирается на экспериментально установленные факты, но «застывает в беспомощном состоянии перед единичными результатами эмпирического исследования до тех пор, пока не раскроются принципы, которые он сможет сделать основой для дедуктивных построений» [21; 4].

Разорвать этот замкнутый круг можно, предположив наличие теорий разного уровня обобщения. Одни теории носят описательный характер, они должны иметь определенную «предсказательную мощь» в отношении конкретной совокупности действий. Эти теории играют роль своеобразных строительных лесов, врменных опор, надобность в которых отпадает, как только появляются теории более высокого уровня обобщения. Эти новые теории имеют «объяснительную» силу, позволяют дедуктивным путем получить все возможные следствия и, таким образом, втягивают в себя более частные теории.

Принципиальная методологическая ошибка традиционных школьных курсов состоит в том, что эти два, в определенном смысле противоположные, подхода не противопоставляются, смешиваются, некритично соединяются. Это приводит к тому, что на основе экспериментов создаются не только описательные, но и объяснительные модели. Объяснение же должно базироваться на дедуктивном выводе, осуществляться в процессе мысленного воссоздания реальности. «Когда какое-нибудь явление можно описать как частный случай какого-нибудь общего, приложимого к другим явлениям принципа, то говорят, что это явление получило объяснение» [10; 104].

Мы полагаем, что в обучении позволительно строить и те, и другие теории, получая соответственно физику «описательную» («экспериментальную») и физику «объяснительную» («теоретическую»). Таким образом, можно проектировать два учебных предмета, имеющих формально одно и то же название «физика», различающиеся способом построения знания. В одном случае мы исходим из проводимых реальных (реже – мысленных) экспериментов, на основе которых строим модели, схематизируя реальные явления и процессы. В другом – исходим из моделей, как некоторых априорных конструкций, и строим теорию, выводим следствия, которые могут получить опытную интерпретацию.

Результаты наших десятилетних исследований в плане проектирования развивающего курса физики показали, что для массовой практики целесообразно разнести эти два подхода к построению учебного предмета во времени. Школьное физическое образование целесообразно представить в виде двух концентров. Первый носит пропедевтический характер и опирается на курс «экспериментальной» физики, реализуется с 1 по 6 – 7 классы. Второй – основной, базовый – строится как курс «теоретической» физики и реализуется с 7 по 9 – 10 классы. Терминологически мы их различили как курсы «Введение в физику» и «Физика» соответственно. Гипотетически можно предположить целесообразность и третьего концентра в старшей школе, генетически связанного с современной физикой^[9].

Для более точного понимания этого противопоставление приведем довольно большой отрывок из книги известного отечественного философа В.С. Степина, анализирующего историческую эволюцию научного познания.

«В истории формирования и развития науки можно выделить две стадии, которые соответствуют двум раз­личным методам построения знаний и двум формам прогнозирования результатов деятельности. Первая ста­дия характеризует зарождающуюся науку (преднауку), вторая — науку в собственном смысле слова. Зарождаю­щаяся наука изучает преимущественно те вещи и спосо­бы их изменения, с которыми человек многократно сталкивался в производстве и обыденном опыте. Он стремился построить модели таких изменений, с тем, чтобы предвидеть результаты практического действия. Первой и необходимой предпосылкой для этого было изучение вещей, их свойств и отношений, выделенных самой практикой. Эти вещи, свойства и отношения фиксировались в познании в форме идеальных объек­тов, которыми мышление начинало оперировать как специфическими предметами, замещающими объекты реального мира. Эта деятельность мышления форми­ровалась на основе практики и представляла собой иде­ализированную схему практических преобразований материальных предметов. Соединяя идеальные объекты с соответствующими операциями их преобразования, ранняя наука строила таким путем схему тех измене­ний предметов, которые могли быть осуществлены в производстве данной исторической эпохи.

…Способ построения знаний путем абстрагирования и схематизации предметных отношений наличной прак­тики обеспечивал предсказание ее результатов в грани­цах уже сложившихся способов практического освое­ния мира. Однако по мере развития познания и практи­ки наряду с отмеченным способом в науке формируется новый способ построения знаний. Он знаменует переход к собственно научному исследованию предметных свя­зей мира.

Если на этапе преднауки как первичные идеальные объекты, так и их отношения (соответственно смыслы основных терминов языка и правила оперирования с ними) выводились непосредственно из практики и лишь затем внутри созданной системы знания (языка) формировались новые идеальные объекты, то теперь по­знание делает следующий шаг. Оно начинает строить фундамент новой системы знания как бы «сверху» по отношению к реальной практике и лишь после этого, путем ряда опосредований, проверяет созданные из иде­альных объектов конструкции, сопоставляя их с пред­метными отношениями практики.

При таком методе исходные идеальные объекты чер­паются уже не из практики, а заимствуются из ранее сложившихся систем знания (языка) и применяются в качестве строительного материала при формировании новых знаний. Эти объекты погружаются в особую «сеть отношений», структуру, которая заимствуется из другой области знания, где она предварительно обосно­вывается в качестве схематизированного образа пред­метных структур действительности. Соединение исход­ных идеальных объектов с новой «сеткой отношений» способно породить новую систему знаний, в рамках ко­торой могут найти отображение существенные черты ранее не изученных сторон действительности. Прямое или косвенное обоснование данной системы практикой превращает ее в достоверное знание.

… Благодаря новому методу построения знаний наука получает возможность изучить не только те предметные связи, которые могут встретиться в сложившихся стереотипах практики, но и проанализировать изменения объектов, которые в принципе могла бы освоить развивающаяся цивилизация. С этого момента кончается этап преднауки и начинается наука в собственном смысле. В ней наряду с эмпирическими правилами и зависимостями (которые знала и преднаука) формируется особый тип знания – теория, позволяющая получить эмпирические зависимости как следствие из теоретических постулатов. Меняется и категориальный статус знаний — они могут соотноситься уже не только с осу­ществленным опытом, но и с качественно иной практи­кой будущего, а поэтому строятся в категориях возмож­ного и необходимого.

… Для перехода к собственно научной стадии необходим был особый способ мышления (видения мира), который опускал бы взгляд на существующие ситуации бытия, включая ситуации социального общения и деятельности, как на одно из возможных проявлений сущности (законов) мира, способной реализоваться в различных мирах, в том числе весьма отличных от уже осуществившихся» [16; 54-60].

«…Только на ранних стадиях научного исследования, когда осуществляется переход от преимущественно эмпирического изучения объектов к их теоретическому освоению, конструкты теоретических моделей создаются путем непосредственной схематизации опыта. Но затем они используются в функции средств для построения новых теоретических моделей, и этот способ начинает доминировать в науке. Прежний же метод сохраняется только в рудиментарной форме, а его сфера действия оказывается резко суженной. Он используется главным образом в тех ситуациях, когда наука сталкивается с объектами, для теоретического освоения которых еще не выработано достаточных средств. Тогда объекты начинают изучаться экспериментальным путем, и на этой основе постепенно формируются необходимые идеализации как средства для построения первых теоретических моделей в новой области исследования» [16; 314].

Вернемся вновь к проблеме формирования понятия механической работы. «Золотое правило» механики позволяет воссоздать условия происхождения этого понятия в пропедевтическом курсе «Введение в физику». В базовом курсе механическая работа появляется как следствие аксиоматики Ньютона. Наиболее интересное методическое решение мы находим в экспериментальном курсе В.Г. Зубова^[10]

, который, к сожалению, не был завершен и не получил распространение в отечественной школе. На понятие механической работы можно выйти, решая задачу на установление зависимости изменения скорости от действующей силы и пройденного пути. Исходя из второго закона Ньютона и привлекая некоторые кинематические соотношения, получаем: , где – скорость, приобретаемая изначально неподвижным телом под действием постоянной силы F на пути S. Левая часть этого равенства получила название механической работы, правая – кинетической энергии^[11].

Рассмотрим фрагмент экспериментального обучения, в котором реализован деятельностный подход к введению понятия механической работы. Этот фрагмент апробировался в курсе «Введение в физику» в 6 – 7 классах с разным контингентом учащихся (государственные и частные школы гг. Москвы, Кемерово, Набережные Челны, Мценск и др.). В большинстве школ дети учились по системе Д.Б. Эльконина – В.В. Давыдова, но в ряде случаев были «сборные» классы. Уроки проводились в системе концентрированного обучения в двух вариантах «погружения» в физику: в течение 4-х дней подряд с одним сдвоенным уроком (всего 8 уч.ч.) и в течение одного дня (6 уч.ч.).

Перед рассматриваемым учебным блоком, посвященным введению понятия механической работы, ученики отвечали на вопрос: «Можно ли поднять груз больше собственного веса?». В реальном и виртуальном экспериментах были исследованы простые механизмы, дающие «выигрыш в силе» (рычаг, блок, наклонная плоскость, гидравлическая машина); были обнаружены (проверены) правила, позволяющие управлять простыми механизмами^[12].

Новый шаг, который нам предстояло сделать вместе с учениками, состоял в открытии «золотого правила» механики – т.е. в обнаружении проигрыша в расстоянии (или скорости), который сопровождает выигрыш в силе. Для этого необходимо было выстроить ситуацию явного противоречия, организовать встречу житейского знания, натурального способа действия с сопротивляющейся реальностью. В данном случае мы имеем дело с парадоксальным «житейским», которое спровоцировано самим обучением и связано с необоснованным и неосознанным расширенным толкованием «выигрыша»: вместо диалектического «выигрывая в одном, проигрываем в другом», мы имеем дело с эмпирическим и натуральным неосознанным допущением: «выигрывая в одном, выигрываем во всем». Для решения поставленной задачи мы воспользовались «хорошим» моторчиком: сжигаемое им топливо пропорционально времени работы, а развиваемая им сила постоянна.

Ниже приводится сокращенное описание уроков.

1. Входная диагностика.

Учитель демонстрирует электромоторчик (см. рис.2), который поднимает грузик массой 50 г, но уже два таких же грузика (100 г) он поднять не может. Заменим реальный электромоторчик воображаемым бензиновым такой же грузоподъемности. Необходимо поднять груз массой 100 г. Как это сделать?

В ходе обсуждения появляются следующие основные способы решения^[13] :

1) подсоединить два таких же моторчика (рис. 3);

2) разрезать и поочередно поднять одним моторчиком (рис. 4);

3) воспользоваться подвижным блоком (рис. 5);

4) воспользоваться рычагом (рис. 6).

На этой задаче проверяется освоенность ранее изученного содержания (выигрыш в силе с помощью простых механизмов), делается вывод о готовности учащихся к новой задаче. Одновременно создается предпосылка для постановки проблемы: вводится «моторчик» – устройство, которое расходует топливо и, следовательно, натурально и явно потребляет энергию. Фактически вводится независимая (косвенная) мера работы – объем топлива.

2. Проблематизация.

Поднимая груз массой 50 г на крышу сарая, моторчик сжег 1 мл бензина. Сколько потребуется бензина, чтобы поднять на крышу 100 г.?

Установки, изображенные на рис. 3 и 4 не дают выигрыша в силе (назовем их условно «экстенсивными»): в одном случае используется два моторчика и расход топлива оказывается удвоенным, в другом – один моторчик дважды поднимает половинный груз и тратит также 2 мл топлива. Практически ни у кого из учеников не возникает сомнения в том, что установки на рис. 5 и 6 (назовем их «интенсивными») выполняют ту же работу, расходуя 1 мл бензина.

Теперь необходимо обострить противоречие, сделав явным ошибочность полученного решения. Усложним задачу, увеличив массу поднимаемого груза в 2 раза. Для поднятия 200 г можно: 1) воспользоваться четырьмя моторчиками, 2) поочередно поднимать одним моторчиков по 50 г, 3) воспользоваться системой подвижных блоков (полиспастом), 4) изменить плечи рычага. В первых двух случаях мы затратим 4 мл бензина, а в последних двух – по-прежнему 1 мл. Будем увеличивать массу поднимаемого груза, устремляя ее к достаточно большим значениям. Ясно, что две «экстенсивные» установки будут все время расходовать пропорционально большее количество топлива, а две «интенсивные» установки будут расходовать все тот же 1 мл бензина.

В пределе это приводит к тому, что человечество нуждается в источниках энергии только до тех пор, пока оно не изготовит необходимое количество блоков и рычагов. После этого любым сколь угодно малым количеством топлива можно будет совершать любую сколь угодно большую работу (конечно, здесь есть ограничение, связанное с массой блоков и рычага, но абсурдность такого вывода от этого не исчезает). Таким образом, мы пришли к явному противоречию с реальностью.

3. Решение проблемы (схематизация, моделирование).

Само наличие проблемы говорит о том, что у учащихся нет готовых средств ее снятия, эти средства еще предстоит построить. Методически важно, чтобы учитель выдержал паузу, жестко зафиксировал проблему, не начинал немедленно «продавливать» решение. Традиционно для развивающего обучения в этом месте включать групповую работу (по типу мозгового штурма). Однако вероятность нахождения выхода из проблемной ситуации самими учащимися мала, поскольку на начальных этапах изучения физики у учащихся нет необходимого арсенала средств и способов действия. Рассматриваемые задачи и включены в пропедевтический курс физики как раз для наработки соответствующих базовых модельных конструкций (сила, работа, энергия).

Наши наблюдения показывают, что те немногие дети, которые делают правильные (иногда довольно робкие и осторожные) предположения, например, что моторчик будет работать дольше и поэтому потратит больше бензина, пытаются детально представить процесс подъема тела с помощью простого механизма. Обычно это касается детей, которые самостоятельно провели достаточно опытов и «почувствовали» замедление в подъеме тела с помощью подвижного блока или рычага.

Мы не рекомендуем учителям немедленно воспользоваться наличием одного или двух таких учеников в классе и слишком быстро переходить от постановки, фиксации, уточнения проблемы к ее решению. Такое решение не принесет нужного эффекта, не будет сопряжено с необходимым эмоциональным напряжением, не создаст ощущения совместного открытия (перечень «не» можно продолжать довольно долго). Нередко учителя жалуются, что в классе находится ученик, который занимается дополнительно дома (с родителями, бабушками, дедушками, репетиторами), забегает при этом далеко вперед и предлагает решение проблемы иногда даже до ее постановки. Как правило, эти учащиеся получили знания традиционным путем и, в силу этого, они формальны, не имеют четкого обоснования. Учитель должен уметь относиться ко всем уместным^[14] высказываниям одинаково, фиксировать на доске и не переходить к обсуждению и оценке до появления в классе оформленного «разномыслия».

Переходя к разрешению возникшей проблемы, необходимо отметить, что с одной стороны, простые механизмы увеличивают силу моторчика, но с другой – они порождают феномен «вечного двигателя» (дают выигрыш в энергии). Вероятно, наша ошибка связана с тем, что мы, создали лишь условия для поднятия груза, превышающий силовые возможности моторчика, но сам процесс совершения этой работы не рассмотрели.

Обращение к схематизации соответствующих экспериментов позволяет обнаружить искомую ошибку (рис. 7, 8): выигрыш в силе сопровождается проигрышем в расстоянии. Это значит, что моторчик, поднимающий с помощью простого механизма груз в 100 г, будет работать вдвое дольше, чем тот, который на ту же высоту поднимает 50 г и израсходует 2 мл топлива. Выигрыш в силе не сопровождается выигрышем в энергии.

Обнаруженную нами закономерность можно записать двояким образом: .

4. Конкретизация способа (применение модели).

Прежде чем переходить к решению конкретных задач, целесообразно проанализировать полученные знаковые модели и описать возможные действия с ними. Наши исследования показывают, что на этом этапе обучения целесообразно использовать т.н. «обратные» задачи. Ученикам предлагается: придумать задачи, решаемые с помощью заданных действий, найти ошибку в решении, трансформировать условия задачи и т.п. Это закладывает основы последующих контрольно-оценочных действий, создает типологию задач, на которой впоследствии ученики могут разворачивать тренировки в соответствии со своими учебными затруднениями.

На этом этапе ученики должны поработать с разнообразными простыми механизмами (в реальном и компьютерном эксперименте, в текстовых задачах), по отношению к которым они определяют выигрыш в силе, проигрыш в расстоянии, а также проверяют сохранение величины FS, получившей название «механическая работа^[15] ».

5. Завершающая диагностика.

Когда речь идет об организации экспериментального обучения не в лабораторных условиях, нельзя ограничиваться только диагностикой на выходе. Фактически каждый поворот сюжета в погружении требует от учителя оценки ситуации и принятия решения о возможности двигаться дальше. Диагностические процедуры могут встраиваться специально как в уроки физики, так и в уроки других естественнонаучных предметов. Так, после третьего этапа учащимся может быть предложена проблемная ситуация, связанная с неограниченным ростом коэффициента полезного действия (КПД) в условиях применения подвижных блоков.

В качестве завершающей диагностики мы рекомендуем использовать такие задания, которые выводят на границу применимости изученного способам и предполагают возможность развития, уточнения, конкретизации способа. Полезно на этом этапе строить многослойные диагностические задания, в которых сначала предлагается текст для изучения, потом выясняется уровень понимания этого текста и, наконец, создается предпосылка для столкновения этого текста с изученным в погружении способом. Часто такая диагностика является одновременно стартом для следующего погружения.

В рассматриваемом фрагменте учащимся предлагается для изучения текст про опыты Джоуля по определению механического эквивалента теплоты и затем предлагается серия задач, в том числе, демонстрирующая довольно низкий КПД бензинового двигателя. Это противоречит неявному допущению, что энергия, затраченная моторчиком, равна совершенной работе. Реальные данные показывают, что энергии тратится в несколько раз больше. Предметом диагностики становится: а) сам факт обнаружения этого противоречия, б) гипотезы о причинах низкого КПД, в) схемы опытов, позволяющих проверить выдвинутые гипотезы.

Подведем итоги. Рассматривая начальный этап формирования физических понятий (на уровне основной школы), мы показали, что традиционные содержание и методы обучения строятся вне деятельностного подхода. Вся критика традиционного начального обучения, развернуто представленная в работах В.В. Давыдова, может быть повторена и в отношении начального курса физики. Вероятно, следствием этого является большой разрыв между знаниями-умениями и их применением, особенно в ситуациях приближенных к реальным и потому неоднозначным, противоречивым. Этот разрыв проявляется в результатах, которые демонстрируют наши школьники в самых различных обследованиях: «Учащиеся, хорошо работающие на уровне воспроизведения или применения в типовых учебных ситуациях, теряются при необходимости продемонстрировать самостоятельность мышления даже в самых элементарных ситуациях^[16]

».

На примере формирования одного из центральных понятий курса физики (энергия, работа) мы продемонстрировали фрагмент экспериментального обучения, в котором:

• новое понятие вводится деятельностно, т.е. как способ решения определенного (достаточно широкого) класса задач;
• введение нового понятия мотивировано возникающим противоречием при использовании изученного способа действия;
• при введении нового понятия учащиеся реконструируют условия (логические, исторические) его происхождения;
• процесс порождения нового понятия осуществляется в дискуссионных формах и фиксируется в схемах, моделях;
• присвоение нового понятия (способа действия) большинством учащихся обеспечивается встроенной диагностикой и коррекцией (в частности, повторной проблематизацией на измененном предметном содержании);
• полноценное усвоение нового способа опирается на самостоятельные контрольно-оценочные действия, которые реализуются через «непрямые» задачи (связанные с ^[17] трансформацией и подбором условий задач, поиском ошибки в условии и решении и т.п.);
• внешняя оценка качества новых понятий определяется по критериям предметности, обобщенности и системности; в том числе важно проверить, способны ли ученики преобразовать способ внутри другого учебного предмета, чувствительны ли они к границам применимости способа, как они ведут себя при столкновении с противоречием, готовы ли они к следующему шагу в развитии понятия.

Информационная справка

Рассматриваемый подход к созданию экспериментального курса физики разрабатывался с 1999 года в рамках проекта «Подростковая школа в системе Д.Б. Эльконина – В.В. Давыдова» под руководством доктора психологических наук, профессора Б.Д. Эльконина. Все эти годы работало сетевое сообщество учителей «Клуб физиков^[18] », члены которого участвовали в проектных семинарах, разрабатывали, апробировали, экспертировали материалы. За эти годы через экспериментальное обучение прошло около 10 тыс. учащихся в нескольких десятках школ России. С концепцией, структурой и программой экспериментального курса физики можно ознакомиться в сборнике «Концепция развивающего обучения в основной школе. Учебные программы (Система Д.Б. Эльконина – В.В. Давыдова)» / А.Б. Воронцов (автор-составитель), коллектив авторов. М.: Вита-Пресс, 2009.

Формирующий эксперимент состоял из нескольких этапов.

На первом этапе (1999  2004 гг.) были определены основные положения концепции развивающего обучения в основной школе, разработано содержание и методика концентрированного обучения физике в 6 – 9 классах. На этом этапе эксперимент шел под тщательным авторским надзором сначала в базовых московских школам, затем (с запаздыванием на месяц) разработанные материалы апробировались в остальных школах.

На втором этапе (2002  2006 гг.) был разработан комплект учебников-тетрадей из 13 частей, который использовался на уроках и в домашней работе, на их основе ученики создавали собственных учебники в бумажном формате. Комплект позволил школам двигаться более самостоятельно и инициативно, получая через Интернет консультативную помощь со стороны авторского коллектива.

На третьем этапе (2005  2009 гг.) были разработаны и апробированы учебные пособия, в которых курс физики получил четкое разделение на три ступени: вводный (6 класс), базовый (7  8 классы), обобщающий (9 класс). Эти пособия соединяли в себе разные типы учебных материалов (листы для работы в классе и для самостоятельной работы, элементы диалогического учебника, справочные материалы и т.п.), которые могли быть положены в основу создания общеклассных продуктов (учебников, справочников, «решебников») – преимущественно в цифровом формате.

На четвертом этапе (2007 2009 гг.) по заказу МОиН РФ и при поддержке НФПК был создан и апробирован небольшим числом школ Инновационный учебно-методический комплекс «Физика в системе Д.Б. Эльконина – В.В. Давыдова. 7 9 класс» (в рамках общероссийского проекта «Информатизация системы образования»). На этом этапе была уточнена концепция курса, была в целом решена задача компьютерной поддержки курса физики, а также появилось разделение печатных материалов на два типа: рабочие тетради и учебные пособия диалогического типа^[19].

Все эти годы эксперимент шел в «закрытом» варианте, т.е. учебные пособия и методические разработки получали только школы, входящие в Экспериментальную площадку МАРО. Сейчас реализуется пятый этап эксперимента, основной задачей которого является завершение в целом учебно-методического оснащения курса физики, коррекция его в связи с переходом на новое поколение стандартов образования, адаптация к условиям массовой школы и открытого распространения.

Новую серию пособий, которая будет обеспечивать курс, мы назвали «Самоучитель по физике». Этим названием мы хотели подчеркнуть два обстоятельства.

Первое. Современная школа – это школа, в которой учат учиться, в которой выпускники хотят и могут образовываться на протяжении всей жизни. Для школы развивающего обучении особенно значимы два типа сквозных образовательных результатов (Б.Д. Эльконин): во-первых, образовательная самостоятельность, подразумевающая умение школьника создавать  средства для собственного продвижения, развития; во-вторых, образовательная инициатива это умение выстраивать свою образовательную траекторию, умение создавать  необходимые для собственного развития ситуации и адекватно их реализовывать. Достижение этих результатов требует особого построения содержания обучения (оно должно быть развивающимся, противоречивым, нелинейным), особой педагогической технологии, особого методического обеспечения.

Второе. Современное образование не может быть закрытым, замкнутым на одно конкретное образовательное учреждение, учащиеся могут теперь получать образование не только на разнообразных курсах, дома или с репетиторами, но и в заочных школах, самостоятельно изучая познавательные ресурсы Интернета, все большее распространение получает дистантное обучение, экстернат. В связи с этим должна измениться и функция учебника, попросту говоря, учебник в той форме, к которой мы привыкли в отечественной школе, уже не нужен. Это хорошо понимают опытные учителя развивающего обучения начальной школы, которые начинали с нами 20 лет назад, когда никаких учебников в системе Д.Б. Эльконина – В.В. Давыдова не было вовсе.

Что же должно прийти на смену традиционному учебнику в основной школе? На этот непростой вопрос мы отвечаем так: серия пособий, которая поддерживает те основные виды деятельности, которые необходимо развернуть в полноценном образовательном процессе. Какие-то компоненты этой серии специфичны для конкретного учебного предмета, какие-то могут носить универсальный характер. Рассмотрим состав серии «Самоучитель по физике», предоставив специалистам самим определить, что имеет смысл переносить в другие предметы.

Первая часть этой серии Рабочая тетрадь. Именно с нее можно начать изучение физики: проделать ключевые эксперименты и познакомиться с идеей управления, которая важна не только в науке и технике, но и в любой сфере человеческой деятельности; оценить свои умения с помощью системы упражнений и потренироваться там, где это необходимо; попробовать свои силы в решении качественных задач и найти разные способы самопроверки.

Непосредственным продолжением этого пособия станет Проектная тетрадь, в которой на первом плане – полноценные физические исследования, в большинстве случаев имеющие практическое применение.

Экспериментальный метод сыграл колоссальную роль в развитии физики, но без собственного опыта построения теории нельзя считать себя достаточно образованным в естествознании такой опыт можно будет получить при работе с Учебным пособием. Учебное пособие будет построено в диалогической форме, что позволит учащимся поработать с разными точками зрения, возможно, даже построить разные теории одного и того же предмета.

А Справочное руководство в сочетании со Сборником задач и упражнений помогут систематизировать полученные знания и умения по физике, сделать их рабочим инструментом при решении самых разных проблем, подготовиться к итоговой аттестации.

Важной особенностью настоящей серии является то, что отдельные пособия не привязаны к классам или годам обучения физике. Это полностью соответствует новым подходам к стандартизации образования и новой редакции Закона «Об образовании», в соответствии с которыми школа самостоятельно разрабатывает образовательную программу.

ЛИТЕРАТУРА

1. Аналитический отчет: Основные результаты международного исследования «Изучение качества чтения и понимание текста» PIRLS-2006. – М.: Центр оценки качества образования ИСМО РАО, 2007.

2. Гельмгольц Г. О сохранении силы (физическое исследование). Пер. и прим. акад. П.П. Лазарева. – М.: ГИЗ, 1922

3. Генденштейн Л.Э. и др. Физика. 7 класс. В 2 ч. Ч. 1 Учебник для общеобразовательных учреждений. – М.: Мнемозина, 2009

4. Громов С.В., Родина Н.А. Физика: учеб. для 7 кл. общеобразоват. учреждений. – М.: Просвещение, 1999

5. Громов С.В. Физика: Механика: Учеб. для 9 кл. общеобразоват. учреждений. – М.: Просвещение, 1997

6. Давыдов В.В. Виды обобщения в обучении. Логико-психологические проблемы построения учебных предметов. – М.: Педагогическое общество России, 2000

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

8. Краткий отчет: Основные результаты международного исследования качества школьного математического и естественнонаучного образования TIMSS-2007. – М.: Центр оценки качества образования ИСМО РАО, 2008

9. Ландсберг Г.С. ред. Элементарный учебник физики. Том 1. Механика. Теплота. Молекулярная физика. – М.: Наука, 1973

10. Максвелл Дж. Речи и статьи. – М.-Л.: ГИЗ ТТЛ, 1940

11. Отчет: Основные результаты международного исследования образовательных достижений учащихся PISA-2006. – М.: Центр оценки качества образования ИСМО РАО, 2007

12. Перышкин А.В. Физика. 7 кл.: Учеб. для общеобразоват. учеб. заведений. – М.: Дрофа, 2000

13. Роджерс Э. Физика для любознательных. Том 2. – М.: Мир, 1970

14. Розенбергер Ф. История физики. Часть третья. История физика за последнее (XIX) столетие. Выпуск 1. – М.-Л.: Объединенное научно-техническое издательство НКТП СССР, 1935

15. Соколов И.И. Курс физики. Часть первая. Механика. – М.: Учпедгиз, 1950

16. Степин В.С. Теоретическое знание: структура, историческая эволюция. М., 2000 (уточнить издательство)

17. Томсон Д. Дух науки. – М.: Знание, 1970.

18. Фадеева А.А. и др. Физика: Механика с основами общ. астрономии. Учеб. для 8 кл. общеобразоват. учреждений. – М, Просвещение, 2002.

19. Хрипкова А.Г. и др. Естествознание: Учеб. для 6 кл. общеобразоват. учреждений. – М.: Просвещение, 1998

20. Цингер А.В. Начальная физика. – М.: ГИЗ, 1924

21. Эйнштейн А. Физика и реальность. – М.: Наука, 1965

---

^[1] Задача и результаты опубликованы на сайте Центра оценки качества образования ИСМО РАО www.centeroko.ru.

^[2] См., например, Г.А. Цукерман «Система Д.Б. Эльконина – В.В. Давыдова как ресурс повышения компетентности российских школьников». – Вопросы психологии №4, 2005, с. 84 – 95.

^[3] Сравнение эмпирических и теоретических знаний см. [7; 72]

^[4] Подробнее о системе диагностических задач см. В.А. Львовский «Психологические требования к контролю и оценке знаний учащихся на основе решения системы задач». Автореферат диссертации на соискание учебной степени кандидата психологических наук.- М.: Ротапринт НИИШОТСО, АПН СССР, 1988

^[5] Иллюстрации в лучшем случае можно было сопоставить исторической формулировке закона инерции (первого закона Ньютона): всякое тело продолжает удерживаться в состоянии покоя или равномерного и прямолинейного движения, пока и поскольку оно не понуждается приложенными силами изменить это состояние. В такой формулировке первый закон Ньютона оказывается частным случаем второго, поэтому в современных курсах принято рассматривать первый закон Ньютона как определение (выделение) инерциальной системы отсчета или как постулат: существуют инерциальные системы отсчета, т.е. такие системы отсчета, в которых выполняется закон инерции (изолированное тело движется равномерно и прямолинейно или покоится).

^[6] Ввиду очевидности текста мы не приводим здесь авторские рисунки, которые вполне отвечают принципу наглядности.

^[7] Историк физики Ф. Розенбергер отмечает, что «слово работа встречалось и прежде; так, Юнг уже в 1807 г. утверждал, что работа пропорциональна живой силе… Этою эквивалентностью между работой и живой силой (или энергией) и воспользовался Понселе как наилучшим средством для разрешения механико-технических задач» [14; 231].

^[8] См. Ильенков Э. В. Школа должна учить мыслить. — М.: Издательство Московского психолого-социального института; Воронеж: Издательство НПО «МОДЭК», 2002

^[9] Идея третьего концентра обсуждалась нами с Б.Д. Элькониным и А.А. Поповым в связи с юношеским образованием. В отличие от базового курса, который можно назвать монистическим (классическая физика), завершающий курс носит дуалистический характер (неклассическая физика: диалог корпускулярной и волновой концепций, динамического и статистического подходов, классической и релятивистской теорий и т.п.). Предстоит исследовать возможность ведения такого курса в старшей школе.

^[10] Зубов В.Г. Физика. Экспериментальный учебник для 8 класса средней школы. М.: Просвещение, 1976.

^[11] «… я предлагаю величину обозначать, как количество живой силы, благодаря чему она будет тождественна по величине с величиной затраченной работы» [2; 11].

^[12] Общее правило моментов здесь не вводится, т.к. для этого не построены основания. Есть два способа обоснованного введения этого правила в школе: на основании «золотого правила» механики или с опорой на аксиомы статики. К сожалению, оба способа опираются на непростые геометрический и тригонометрические выкладки и поэтому могут рассматриваться на более поздних этапах обучения (9 – 11 классы).

^[13] Кроме описанных здесь ученики предлагают и другие «комбинированные» либо ошибочные варианты, обсуждение которых переносится во внеурочное время. Мы здесь также не рассматриваем разные «боковые», но важные линии дискуссии, которые возникают вокруг изображенных конструкций. Так, ученики демонстрируют предметность действия, указывая на необходимость закрепления моторчиков, поскольку в противном случае они могут поднять сами себя (рис. 4 и 5). Важное место также занимает обсуждение границ применимости способов («хорошие» блоки и рычаги).

^[14] Делая оговорку, касающуюся уместности детских высказываний, мы хотим предостеречь еще от одной типичной ошибки учителей, начинающих работать в развивающем обучении. Они принимают любое детское предложение, включая «демонические», но, как верно заметил Э. Роджерс, «слишком много предположений может увести от действительности к магии» [13; 311].

^[15] Отдельная проблема – единицы измерения физических величин. В традиционном курсе физики считается допустимым использовать только международную систему единиц СИ. Однако понять физический смысл такой единицы измерения энергии как джоуль можно только после изучения законов Ньютона, что нецелесообразно делать на начальных этапах изучения физики. Поэтому мы рекомендуем вначале использовать внесистемные единицы: силы – Г, кГ, энергии – Гсм, кГм, давления Г/см2, кГ/м2, теплоты – кал и т.д.

^[16] Методическое письмо «Об использовании результатов новой формы государственной (итоговой) аттестации выпускников 9 класса 2009 года в преподавании физики в общеобразовательных учреждениях» опубликована на сайте ФИПИ www.fipi.ru

^[17] В школьном курсе физики конца прошлого века соответствующий материал изучался в курсе механики 9 класса (учебник И.К. Кикоина и А.К. Кикоина). После введения новой системы концентров появились курсы, в которых этот материал изучается в 8 и даже 7 классах. Наши данные свидетельствуют о том, что это оправдано (да и то с оговорками) только в специализированных физико-математических классах.

^[18] Адрес сайта http://physclub.ru

^[19] Все материалы размещены в открытом доступе в Единой коллекции цифровых образовательных ресурсов http://school-collection.edu.ru