Муниципальная сеть современных кабинетов физики основа модернизации физического образования в рамках подготовки к работе в условиях Стандарта второго поколения

Инновации в образовании Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского, 2011, № 3 (3), с. 77-85

УДК 372

МУНИЦИПАЛЬНАЯ СЕТЬ СОВРЕМЕННЫХ КАБИНЕТОВ ФИЗИКИ ОСНОВА МОДЕРНИЗАЦИИ ФИЗИЧЕСКОГО ОБРАЗОВАНИЯ В РАМКАХ ПОДГОТОВКИ К РАБОТЕ В УСЛОВИЯХ СТАНДАРТА

ВТОРОГО ПОКОЛЕНИЯ

© 2011 г.

Г.Г. Никифоров ^ И.Е. Вострокнутов 2

1 Институт содержания и методов обучения РАО, Москва 2Арзамасский государственного педагогический институт

nikiforowgg@mail. ги

Поступила в редакцию 04.03.2011

Описаны актуальные проблемы обновления оборудования кабинетов физики, без решения которых критическим образом усложняются условия обучения физике в рамках деятельностной концепции Стандарта второго поколения. Предложены апробированные на практике механизмы обновления оборудования кабинетов физики и модель двухуровневой муниципальной сети кабинетов, обеспечивающей материально-технические условия для реализации требований Стандарта второго поколения.

Ключевые слова: образовательные стандарты, оборудование кабинетов физики, проверка экспериментальных умений учащихся.

I. В процессе подготовки к работе в условиях Стандарта второго поколения в крайней степени обострились проблемы экспериментальных оснований изучения физики. Острота этих проблем такова, что без их решения нельзя ожидать повышения достигнутого в настоящее время уровня усвоения физики; более того, при сохранении существующего состояния материальнотехнического обеспечения (МТО) многие планируемые в рамках Стандарта результаты обучения просто не могут быть достигнуты.

Критическое положение с оборудованием сложилось к моменту начала социально-экономических реформ. За последующие годы вся государственная система разработки, производства, снабжения школ оборудованием перестала существовать. В кабинетах физики осталось морально устаревшее и практически негодное к использованию демонстрационное оборудование. Постановка даже простой демонстрации требовала от учителя незаурядного экспериментального мастерства и больших затрат времени. Уникальная для своего времени система фронтального оборудования, созданная под руководством А.А. Покровского и Б.С. Зворыкина, была построена на приборном принципе и содержала сотни компонент, её целостность могла быть поддержана только в условиях планового хозяйства. Эта система перестала соответствовать современным концепциям обучения физике.

В этих условиях происходил важнейший процесс становления негосударственной системы разработчиков и производителей учебной

техники, адекватной рыночной экономике. Эта система стала технической основой для решения проблемы обновления МТО кабинетов физики современным демонстрационным и фронтальным оборудованием. Демонстрационное оборудование было построено на основе принципа комплексного использования аналоговых, цифровых и компьютерных средств измерений и исследования физических процессов. Были сконструированы и подготовлены к серийному производству тематические комплекты фронтального оборудования.

Объективная возможность обеспечить кабинеты физики общеобразовательных учреждений всех типов учебной техникой в соответствии с требованиями МТО, приведёнными в письме Департамента государственной политики в образовании Министерства образования и науки РФ от 01.04.2005 № 03-417, возникла в процессе реализации подпрограммы «Кабинет физики» первого (федерального) этапа Приоритетного национального проекта «Образование» (ПНПО) (2006-2008 гг.). В рамках этого этапа был реализован программно-целевой подход к обновлению оборудования, с опорой на который только и можно было решить проблему обновления оборудования огромного количества (60 тысяч) школ страны.

Ежегодно только за счет федерального бюджета поставлялось 1200 кабинетов физики, дополнительно обновлялись кабинеты за счет со-финансирования регионов, предусмотренного в размере 50% от объёма федеральных поставок.

Кроме того, в рамках первого этапа ПНПО ежегодно 3000 школ получали гранты в размере 1 млн рублей, которые также тратились преимущественно на оснащение кабинетов. При этом за три года первого этапа ПНПО удалось переоборудовать кабинеты физики не более 10% школ.

Далее ПНПО был переведён на региональный уровень, и его реализация началась лишь в этом году. Так возникло главное противоречие, без преодоления которого не удастся, на наш взгляд, решить проблему изучения физики на экспериментальной основе и добиться освоения планируемых результатов обучения Стандарта второго поколения. Суть противоречия в том, что требования Стандарта разрабатываются на федеральном уровне, а условия для их реализации финансируются из регионального бюджета.

Необходимо обновить оборудование более чем 50 000 школ. Вместе с тем при реализации региональных ПНПО нет программно-целевого подхода с опорой на сведения о конкретном состоянии дел с оборудованием кабинетов; при распределении средств используется конкурсный подход, в котором побеждают инновационные школы, уже обновившие МТО в рамках первого этапа ПНПО, хотя для подъёма общего уровня образования в стране необходимы условия для реализации передовых технологий в массовой педагогической практике; не выстроены приоритеты процесса обновления - важнейшее условие эффективности при недостаточном финансировании; наблюдаются явные перекосы в сторону закупок компьютерного и медиа-оборудования.

II. Данные исследований подтверждают вывод о том, что без обновления МТО и перестройки технологии самостоятельного эксперимента нельзя надеяться на освоение планируемых результатов, заложенных в стандарт второго поколения основной школы и в проект стандарта старшей профильной школы.

Уровень освоения теоретических компонент знаний и умений хорошо известен по результатам ЕГЭ.

Рассмотрим данные по экспериментальным умениям, полученным нами в рамках многолетнего совместного исследования ФИПИ, лаборатории физического образования ИСМО РАО и комитетов по образованию администраций Раменского района Московской области (председатель комитета -

Н.Н. Желтухина) и города Подольска (председатель комитета - Б.В. Денисов).

1. На уровне 60-90% формируется исполнительская компетентность.

Два примера иллюстрируют этот вывод.

1.1. Необходимо было измерить коэффициент трения с наименьшей погрешностью (требования оценить погрешность не было) (рис. 1). 30% выполнивших задание при измерении не использовали дополнительные грузы, только 5% измерили коэффициент трения с использованием дополнительных грузов, указав, что делают это с целью уменьшения погрешности.

Рис. 1

1.2. В другом задании необходимо было измерить жесткость пружины динамометра (рис. 2). При выполнении этой работы по общепринятой технологии ученики получают динамометр с закрытой шкалой. Поэтому 60% учеников, несмотря на то, что шкала динамометра открыта, подвешивали к ней 100-граммовые грузы. Лишь 15% учащихся учли, что шкала открыта, и при измерении жесткости воспользовались только линейкой.

Рис. 2

2. Границы применимости законов, построение графиков по результатам эксперимента.

Исследование деформации резины: зависимость удлинения от приложенной силы, оценка модуля Юнга, нахождение границ выполнения закона Гука.

Рис. 3

Рисунки 4а, 46, 4в дают представление о характерных ошибках, которые допускают учащиеся при построении графиков по результатам совместных измерений.

Рис. 4а

Рис. 4в

Выполнение этого задания позволило сделать следующие выводы:

а) 20% учеников знают, что закон Гука имеет границы применимости, но только 7% их указывают;

б) ученики привыкли считать, что сила -функция Д/, и 30% строят этот график, хотя требуется построить график Д/ (К) - сделали так только 10%;

в) из 20% учащихся, определивших модуль Юнга, только 10% указывают на то, что при

этом надо пользоваться линейной частью графика Д/(К) или графика К(Д/).

3. Выдвижение и проверка предположений (на примере изменения силы тока в полной электрической цепи при изменении сопротивления).

Задание. Измерьте силу тока I]. Какова должна стать сила тока 12 при замене резистора Я1 на резистор Я2, сопротивление которого в 2 раза меньше? Измерьте силы токов I и 12. Объясните результат (см. рис. 5).

Рис. 5

Цепу задания; ЯЦ? Уу^_Ііі/і>С/иЛС>&І/П^ (МЛА*

шОКЛ ІЛМ/ОХ Оа.илМь^с п&ж4> СгіШіам .ллГ/м/Пы (НИ____ІЮііу\ЗІЯ<і?уиіА Жсс'кьТ. '

Оборудование, отобрмиоедл* выполнения іадапия: ГХАН Ї.А., ¿О.Ц/П-

Мг^/!, 'Ш.АМУ7г& акі/МііС^лІґПая г. к^аііесг. . і/Л^(ЯлМ.и І^Л>£о<Иі,иГЛі іАіі/ /Міутаїм ¿г/Ш0?-МЛг>п,Ма йт Щіі. ............ '

Рис. 6а

I

4 о. г о

М/ь V 1 1 0

V *3,0?? г о

1

/

1

о

Рис. 6б

Рис. 6в

Результаты выполнения задания позволили сделать следующие выводы:

а) проведение прямых измерений, необходимых для выдвижения предположения, смогли осуществить 80% учащихся;

б) предположение (верное и неверное) выдвинули 70%, обосновали 50%;

в) проверка предположения:

- предположение полностью оправдалось, подтверждено результатами измерений и объяснено - 10%,

- предположение было неверным, эксперимент его не подтвердил, найдено верное объяснение - 20%,

- опытные данные не подтвердили предположение, но ученики не отказываются от своего неверного предположения - 40%.

4. Представление о методе естественнонаучного познания сформировано у 5% учащихся. На рисунках 6а, 6б, 6в представлено задание, выполнение которого характерно для учащихся, овладевших методом познания.

III. Существует ли отечественная система школьного оборудования, адекватная, с одной стороны, деятельностной концепции учебной деятельности, на которой построен Стандарт второго поколения, а с другой - современным

тенденциям и международному уровню учебной техники?

Анализ позволяет дать на этот вопрос положительный ответ.

Отечественная негосударственная система разработки и производства учебного оборудования, развиваясь на собственной основе и в конкурентной среде, не только справилась с кризисом, но и в значительной степени продвинулась вперед после первого этапа ПНПО в разработке оборудования для кабинетов физики.

На базе комплектов демонстрационного и фронтального оборудования, которое поставлялось в школы в рамках первого этапа федерального ПНПО, было разработано новое оборудование.

1. Система демонстрационного оборудования на базе комплексного использования аналоговых, цифровых и компьютерных средств измерений позволяет исследовать практически все изучаемые в школе явления (см. рисунки 7-12).

2. Готовы к серийному производству фронтальные тематические комплекты нового поколения, которые теперь имеют не только цифровые измерительные приборы, но и компьютерные модули оборудования.

Рис. 7. Исследование цепей переменного тока Рис. 8. Демонстрация колец Ньютона

Оборудование для исследования электромагнитных волн

Рис. 11. Демонстрационная установка Рис. 12. Лабораторный прибор для измерения

для исследования внешнего фотоэффекта постоянной Планка

3. Разработаны и серийно выпускаются специализированные лабораторные столы, обеспечивающие прямой доступ учащихся ко всей системе фронтального оборудования (рис. 13а, 13б).

Такая система полностью адекватна деятельностной концепции стандартов и позволяет проводить экспериментальные исследования в полном соответствии с программой универсальных учебных действий.

Рис. 13а

Рис. 13б

Рис. 14. Компьютеризированные рабочие места для практикума

Рис. 15. Классическая установка для практикума по исследованию деформации

Рис. 1 6

Рис.17

4. Осваивается к серийному производству оборудование для практикума, проведение которого обязательно при профильном и углубленном уровнях изучения физики (рис. 14, 15).

5. Разработаны и серийно выпускаются специальные комплекты оборудования «ГИА-

лаборатория» (рис. 16, 17) и «ЕГЭ-лаборатория» (рис. 18, рис. 19), позволяющие реализовать научно обоснованную технологию диагностики уровня сформированности экспериментальных умений выпускников основной и старшей профильной школы при государственной аттестации.

Рис. 18б

IV. Изложенное показывает, что объективные условия для обновления оборудования кабинетов физики имеются. Каковы же муниципально-региональные механизмы такого обновления?

Как показывает опыт реализации федерального Приоритетного национального проекта «Образование», такое обновление может быть выполнено только на основе программноцелевого подхода в рамках региональных и муниципальных программ развития образования. Механизмы были апробированы в ходе упоминавшегося выше исследования, проведенного комитетом по образованию администрации Раменского муниципального района.

Именно в ходе этого эксперимента апробировались приведенные ниже механизмы.

1. Диагностика. С опорой на требования к МТО учебного процесса определяется качественное состояние лабораторного и демонстрационного оборудования, а также его но-

менклатура. Диагностика имеет важное значение. Она позволяет органам управления образованием определить исходные уровни МТО и приоритетные для обновления элементы номенклатуры МТО, а также очередность обновления демонстрационного оборудования.

2. Определение приоритетов. В первую очередь необходимо обновление лабораторной базы оборудования кабинетов физики. Абсолютность этого приоритета следует из экономических и дидактических соображений. Относительная дешевизна базовых комплектов фронтального оборудования - экономическая причина приоритетного характера обновления лабораторной базы.

Дидактические основания этого приоритета определяются отмеченными выше особенностями концепции и стандарта физического образования: они требуют формирования метода познания и его экспериментальной составляю-

щей. Самостоятельный эксперимент в этом процессе имеет важнейшее значение.

3. Создание базового кабинета физики - инновационного ресурсного центра.

Создание базового кабинета физики - один из самых важных элементов муниципального механизма обновления кабинетов физики в соответствии с современными требованиями.

Как муниципальный ресурсный центр кабинет предназначен для консультаций руководителей школ и учителей по современному оборудованию, его особенностям, использованию экспериментальных технологий в учебном процессе.

Необходимость работы базового кабинета в качестве консультационного центра для учите-

лей следует из объективных и субъективных факторов.

К субъективным факторам относится снизившийся за последние годы уровень «экспериментальных» умений учителей, особенно в части умений по постановке демонстрационного эксперимента.

К объективным факторам относятся принципиальные изменения в измерительном комплексе оборудования кабинета, процесс перехода к цифровым и компьютерным средствам измерения, переход на поставки тематических комплектов.

Обучение учителей может быть наиболее эффективно организовано в созданном в одном

из муниципальных образовательных учреждений базовом кабинете физики. Особенно важно организовать работу по освоению компьютерных средств измерения.

На рисунке 19 показана фотография ресурсного центра, созданного в Удельнинской гимназии Раменского района Московской области.

На рисунках 20а, 20б показаны занятия в кабинете физики ресурсного центра цифровой школы № 29 г. Подольска.

Только при условии комплексного обновления оборудования кабинетов физики при подготовке к работе в условиях Стандарта вто-

рого поколения возможна модернизация физического образования в соответствии с его требованиями.

Список литературы

1. Никифоров Г.Г. Рекомендации по оснащению кабинета при изучении физики на базовом и профильном уровнях в рамках подготовки к стандарту второго поколения // Физика в школе. 2010. № 4. С. 3-20.

2. Современный кабинет физики: Метод. пособие / Под ред. Г.Г. Никифорова, Ю.С. Песоцкого. М.: Дрофа, 2009. 208 с.

MUNICIPAL NETWORK OF MODERN PHYSICS CLASSROOMS AS THE BASIS FOR MODERNIZATION OF PHYSICAL EDUCATION IN THE FRAMEWORK OF PREPARATION FOR WORKING UNDER THE SECOND GENERATION STANDARD

G.G. Nikiforov, I.E. Vostroknutov

This article describes current problems of updating the equipment in physics classrooms. Without such updating, the conditions for teaching physics in the framework of the activity concept of the second-generation Standard become critically complicated. We propose some proven mechanisms for updating the equipment in physics classrooms and a model of two-level municipal network of classrooms that ensures material conditions for realization of the requirements of the second-generation Standard.

Keywords: educational standards, equipment of physics classrooms, checking students' experimental skills.