К вопросу о преемственности программ по физике основного общего, среднего (полного) и высшего технического образования

УДК 37.012.3 ББК 74.202 К 68

И.В. Корогодина, М.А. Тарасова

К ВОПРОСУ О ПРЕЕМСТВЕННОСТИ ПРОГРАММ ПО ФИЗИКЕ ОСНОВНОГО ОБЩЕГО, СРЕДНЕГО (ПОЛНОГО) И ВЫСШЕГО ТЕХНИЧЕСКОГО

ОБРАЗОВАНИЯ

Аннотация. Статья посвящена анализу современного состояния преемственности программ по физике основного общего, среднего (полного) и высшего технического образования. Обсуждается проблема соответствия знаний по физике выпускников базового уровня общеобразовательной школы требованиям, предъявляемым к абитуриентам техническими вузами.

Ключевые слова: базовый уровень, профильный уровень, знаниевая компонента, деятельностная компонента.

I.V. Korogodina, M.A. Tarasova On continuity of programs in physics of the basic general, secondary (full) and higher technical education

Abstract. The paper is devoted to the analysis of a modern condition of continuity of programs in physics for the basic general, secondary (full) and higher technical education. The authors discuss the conformity of knowledge in physics of graduates of a base level at schools providing general education to the requirements showed to entrants by technical colleges.

Key words: a base level, a profile level, a knowledge component, an action component.

Исследования в области нанотехнологий, физики неравновесных систем и процессов эволюции позволили совершить существенный скачок в развитии и совершенствовании современных технологий. Прорыв в науке и создание новой техники сделали профессию инженера престижной и востребованной. Современный российский специалист - это творческий человек, обладающий профессионально важными знаниями и умениями, готовый быстро адаптироваться к новым видам и условиям деятельности. Стиль мышления, навыки исследовательской работы, способность применять теоретические знания при решении практических задач закладываются у будущих специалистов уже с первого года обучения в техническом вузе при изучении естественнонаучных дисциплин и, в первую очередь, физики. Знания по физике лежат также в основе общепрофессиональных и специальных дисциплин (например, радиотехники, электроники, электротехники и др.). Следовательно, качество физического образования определяет уровень квалификации молодого специалиста, востребованного современной российской экономикой.

В свете сложившегося подхода к подготовке будущего инженера становятся понятными роль и место физики в образовательном процессе технического вуза: создание целостной системы знаний, формирующей физическую картину окружающего мира на принципах диалектического материализма, формирование умений по построению физических моделей и развитие научного мышления. В соответствии с Законом Российской Федерации «Об образовании» и Концепцией модернизации российского образования на период до 2010 года, утвержденной распоряжением Правительства РФ от 29 декабря 2001 г., был утвержден федеральный компонент государственного стандарта физического образования. Согласно нормативным документам обучение физике проходит в три этапа: основное общее образование (VII-IX классы); среднее (полное) общее образование (X-XI классы); высшее профессиональное образование (технический вуз). Все три ступени физического образования носят законченный характер, учитывают возможность преемственности учебных программ при переходе на более высокий уровень

обучения и отвечают возрастным возможностям обучающихся. Преподавание физики в старших классах средней школы осуществляется на двух уровнях, а именно, базовом (140 часов, при нагрузке 2 учебных часа в неделю) и профильном (350 часов, при нагрузке 5 учебных часов в неделю). Изучение физики на профильном уровне предполагается осуществлять в классах физико-математического, физико-химического, индустриальнотехнологического профилей, а на базовом уровне - в классах химико-биологического, биолого-географического, информационно-технологического, агротехнологического профилей, а также при обучении в непрофильных классах или в так называемых классах универсального (общеобразовательного) профиля. Отличие стандартов базового и профильного уровней для старшей школы определяется различием уровней изучения физических теорий и применения полученных знаний на практике при решении теоретических задач и выполнении экспериментальных заданий.

Обобщение опыта работы в техническом вузе, анализ современной педагогической и научно-методической литературы показывают, что модернизация школьного физического образования не всегда достигает ожидаемого результата. Несмотря на попытки установления преемственности школьного и вузовского обучения, вчерашние школьники не справляются с потоком теоретического материала, который «обрушивается» на них уже в первом семестре. Этому есть и объективные причины. Во-первых, школа в отличие от вуза дает только основы знаний физических теорий. Во-вторых, уровень изложения учебных вопросов тесно связан с математической подготовкой обучающихся, которая и в школе, и в вузе не всегда успевает за потребностями методики изучения отдельных разделов физики. В-третьих, методика изложения и сложность учебного материала должна учитывать возрастные особенности обучающихся. Вместе с тем создается впечатление, что школа не до конца реализует свой потенциал. Студенты-первокурсники, начиная свое обучение в вузе, не умеют применять изученные еще в школе понятия для описания поведения физической системы, с трудом проводят исследования функциональных зависимостей физических величин, а их математическая подготовка оставляет желать лучшего. Чтобы разобраться в причинах возникающих трудностей, проведем сравнительный анализ учебных программ по физике основного общего, среднего (полного) и высшего технического образования и попытаемся выделить условия, которые влияют на глубину преемственности школьной и вузовской программ по физике.

Как известно, федеральный компонент государственного стандарта физического образования включает в себя обязательный минимум содержания основных образовательных программ школы и вуза. В этом документе обозначено место дисциплины «Физика» в учебном плане, дана общая характеристика учебного предмета, выделены цели обучения физике, определены общеучебные умения, навыки и способы деятельности, которые должны быть сформированы по итогам обучения, обозначено содержание учебного материала, а также приведены обязательные результаты изучения курса физики.

Обязательный минимум содержания образования - это обобщенное содержание физического образования, которое школа (или вуз) обязана предоставить обучающимся для обеспечения их конституционного права. Оно включает в себя две компоненты: перечень явлений, понятий, теорий, которые должны быть изучены (знаниевая компонента) и перечень видов деятельности, которые должен уметь выполнить ученик (деятельностная компонента).

Обязательный минимум по физике школьного образования представлен в форме набора предметных разделов, включенных в образовательные программы основного общего и среднего (полного) образования («Физика и физические методы изучения природы», «Механика», «Молекулярная физика», «Электродинамика», «Квантовая физика и элементы астрофизики»). Для каждого раздела дан перечень учебных тем; обозначены основные понятия, законы и явления, требующие изучения; выделены зависимости между

физическими величинами, которые должны быть исследованы экспериментальным путем; определены области, где возможно практическое применение физических знаний; приводится перечень устройств, физических приборов и технических объектов, усвоение принципа действия которых направлено на повышение качества знаний обучаемых.

Обязательный минимум по физике распределяет учебный материал таким образом, чтобы обеспечивать его преемственность и предоставлять обучающимся возможность успешно продолжить образование на последующих ступенях. Вместе с тем он не устанавливает последовательность изучения предметных тем в рамках ступеней образования и не определяет нормативы учебного времени, отводимые на изучение данной предметной темы в рамках учебной программы.

В обязательном минимуме по физике обозначено содержание материала, изучение которого является объектом контроля и оценки в рамках итоговой аттестации выпускников, а также содержание, которое подлежит изучению, но не является объектом итогового контроля и не включается в требования к уровню подготовки выпускников.

В соответствии с требованиями обязательного минимума государственного стандарта высшего профессионального образования учебная программа по физике технического вуза содержит уже ставшие традиционными разделы: «Физические основы механики», «Молекулярная физика и термодинамика», «Электричество и магнетизм», «Физика колебаний и волн», «Оптика», «Квантовая физика», «Атомная физика», «Элементы физики твердого тела», «Физика атомного ядра и элементарных частиц». Их тематика может меняться в соответствии с квалификацией выпускника. Учебное время реализации вузовской программы также варьируется в зависимости от специальности. Уровень глубины изучения отдельных тем курса физики отвечает квалификационным требованиям, предъявляемым к уровню подготовки будущего инженера. Отличие методики преподавания физики в техническом вузе от школьной в том, что разделы здесь изучаются друг за другом, не пересекаясь и не соединяясь. В то же время можно отметить, что в программах высшей школы особое внимание уделяется формированию у обучающихся навыков научного познания, а именно осуществлению перехода от эмпирического к теоретическому уровню познания.

Программы по физике основного общего и среднего (полного) образования также полностью отвечают требованиям государственного стандарта. По аналогии с вузовской программой материал здесь разбит по отдельным разделам, и его изучение проходит в соответствии с указанной учебной нагрузкой (см. табл. 1).

Согласно нормативным документам в общей школе (УП-ГХ классы) физика изучается на уровне знакомства с физическими явлениями и законами природы (механические, тепловые, электромагнитные, квантовые), а на старшей ступени (Х-Х1 классы) - на уровне знакомства с основами физических теорий (основы кинематики, динамики, молекулярной физики, электродинамики, квантовой физики), что отвечает познавательным возрастным возможностям учащихся, их математической подготовке.

Таблица 1

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ШКОЛЬНОГО КУРСА ФИЗИКИ

основного общего образования

1. Физика и физические методы изучения природы (6 час.) 1. Физика и методы научного познания Базов. - 4 час., профильн. - 6 час.

2. Механические явления (57 час.) 2. Механика Базов. - 32 час., профильн. - 60 час.

3. Тепловые явления (33 час.) 3. Молекулярная физика Базов. - 27 час., профильн. - 34 час.

4. Электрические и магнитные явления Электромагнитные колебания и волны (30 + 40 час.) 4. Электродинамика Базов. - 35 час., профильн. - 113 час

5. Квантовые явления (23 час.) 5. Квантовая физика и элементы астрофизики Базов. - 28 час., профильн. - 34 час.

6. Резерв свободного учебного времени

Базов. - 14 час., профильн. - 35 час._______________

7. Физический практикум. Обобщающее повторение. Экскурсии профильн. - (40 + 20+8) час.

Анализ образовательных стандартов позволяет сделать вывод, что на средней и старшей ступенях школьного обучения содержание разделов существенно различается по глубине изучения материала, теоретическому уровню его представления и применяемому математическому аппарату. В отличие от вузовской, школьная методика предусматривает неоднократное возвращение к ранее изученному на всех этапах обучения физике (обучение «по спирали»). Так, например, согласно школьной программе раздел «Квантовые явления» (IX класс) включает изучение опытов Резерфорда, планетарной модели атома, состава атомного ядра, явления радиоактивности, видов излучения, ядерных реакций. На сформированных в IX классе понятиях строится изложение раздела «Квантовая физика и элементы астрофизики» (XI класс), который предлагает учащимся рассмотреть явление фотоэффекта, планетарную модель атома, квантовые постулаты Бора, лазеры, строение атомного ядра, ядерные силы, дефект массы и энергия связи ядра. Уровень сложности учебного материала при этом возрастает.

Изучая вопросы преемственности учебных программ, мы отмечаем, что методика преподавания физики в техническом вузе также опирается на школьный учебный материал в ходе знакомства с физическими теориями и построения математических моделей реальных явлений. Проиллюстрируем это на следующем примере. Изучение темы «Электростатика» начинается еще в общей школе. В IX классе учащиеся рассматривают явление электризации тел, знакомятся с понятиями электрический заряд и электрическое поле, изучают закон сохранения заряда. В средней школе (X класс) они возвращаются к изучению этой темы, расширяя свои знания. Теперь для описания электрического поля вводятся понятия вектора напряженности, потенциала, принципа суперпозиции полей, энергии электрического поля, устанавливается связь между напряженностью и потенциалом, изучаются закон Кулона, действие электрического поля на проводники и диэлектрики. В теме «Электростатика» курса физики технического вуза студенты уже рассматривают физические явления с использованием математического аппарата теории поля: поток и циркуляция вектора напряженности электрического поля, объемная плотность энергии и т.п. При этом на всех трех ступенях учебный материал группируется вокруг таких современных физических идей и фундаментальных понятий, как энергия, взаимодействие, вещество, поле. Обучающиеся, осуществляя переход от описания явлений к построению математической модели, не только расширяют свои знания и представления об окружающем мире, но и получают возможность применить их при решении практических задач. Таким образом, преемственность в преподавании физики при переходе от школьной к вузовской программе формирует у обучающегося целостную систему знаний, что очень важно для современного инженера. Следует отметить, что данный подход реализуется и при изучении всех остальных разделов курса физики технического вуза.

Особого внимания заслуживает анализ программ базового и профильного уровней обучения физике среднего (полного) общего образования классы), вследствие того,

что, как показывает практика, в технический вуз на инженерные специальности поступает довольно большое число абитуриентов, ранее обучавшихся по программе базового уровня. Смогут ли они успешно освоить вузовскую программу?

Несмотря на то, что основные разделы курса физики обеих программ совпадают (см. табл.2), вселяет тревогу различие в распределении учебной нагрузки. _______________________________________________________________________________Таблица 2

Содержание курса физики среднего (полного) Базовый Профильный уровень

общего образования уровень

Физика и методы научного познания 4 6

Механика 32 60

Молекулярная физика 27 34

Электродинамика, в том числе: 35 113

а) Электростатика. Постоянный ток 38

б) Магнитное поле 20

в) Электромагнитные колебания и волны 55

Квантовая физика и элементы астрофизики 28 34

Физический практикум - 40

Обобщающее повторение - 20

Экскурсии - 8

Резерв свободного учебного времени 14 35

ИТОГО: 140 часов 350 часов

Согласно нормативным документам на изучение раздела «Электродинамика» профильного уровня уходит в 3,2 раза больше времени, чем предусмотрено программами базового уровня. Трудно себе представить, какие знания приобретут школьники за 35 часов при изучении этого раздела, если на профильном уровне нагрузка распределена следующим образом: «Электростатика. Постоянный ток» - 38 часов, «Магнитное поле» -20 часов, «Электромагнитные колебания и волны» - 55 часов. Конечно, сокращение учебного времени позволит учащимся осваивать другие школьные дисциплины. Но может ли школьник (или его родители) уже в IX классе объективно и грамотно подойти к выбору программы по физике и профессиональной ориентации?

С другой стороны, согласно требованиям к уровню подготовки выпускников в примерной программе по физике базового уровня для обязательного изучения не указаны такие уравнения и законы, как основное уравнение кинетической теории газов, уравнение состояния идеального газа, законы термодинамики, закон Кулона, закон Ома для полной цепи, закон Джоуля-Ленца, закон электромагнитной индукции, законы отражения и преломления света, постулаты специальной теории относительности, закон связи массы и энергии, законы фотоэффекта, постулаты Бора, закон радиоактивного распада. На наш взгляд, это может привести не только к снижению физических знаний выпускников школы, но и в целом снизить их интеллектуальный уровень. Конечно, в высшей школе решают обозначенную проблему, но остается открытым вопрос: создает ли программа по физике базового уровня необходимые условия для поступления абитуриентов в технический вуз по результатам единого государственного экзамена (ЕГЭ)? Решение подобных вопросов, очевидно, связано с дальнейшей модернизацией физического школьного образования.

Нарушение преемственности при изучении физики в школе и техническом вузе связано также с формированием у обучающихся навыков по решению физических задач, являющимся важным критерием эффективности применяемых методик. Действительно, материалы ЕГЭ предлагают разного уровня сложности физические задания, решение которых позволит оценить уровень знаний выпускников школы. Однако, согласно нормативным документам базового уровня, времени на отработку данного навыка в Х-Х1 классах явно недостаточно. Это становится еще одной проблемой школьной физики, т.к. умение решать задачи является приоритетным направлением в развитии практической части физического обучения.

На успешное освоение учебной программы по физике оказывает существенное влияние уровень развития математической подготовки обучающихся. Кроме вычислительных умений от школьников и студентов требуется еще понимание физического смысла функциональных зависимостей реальных величин, которому уделяется большое внимание при изложении теоретического материала. Действительно, начиная с VII класса, учащиеся исследуют математические закономерности между физическими величинами (масса и плотность, путь и скорость). На первых порах это линейные функции, графики которых меняют свое положение на координатной плоскости в зависимости от начальных физических условий. Позднее вид зависимостей изменяется

(парабола, гипербола, др.), но даже в вузе методика их исследования сохраняется прежней. Значимую роль в преподавании физики играет физическая интерпретация математического понятия «вектор», которое используется как в курсе школьной физики (путь, скорость, ускорение, сила), так и в вузе при изучении различных физических величин (момент импульса материальная точка, вектор электрического смещения, напряженность магнитного поля, др.). Вузовский курс физики также тесно связан с использованием элементов математического анализа, а именно, свойств операций дифференцирования и интегрирования. В отличие от школьной программы, в техническом вузе методам математического анализа уделяется большое внимание. Несмотря на то, что математика запаздывает по времени изучения, уже на первых занятиях по физике студенты имеют возможность использовать элементы математики на лекционных (при освоении теоретического материала) и практических (при решении задач) занятиях. Понимание математических зависимостей, существующих между физическими величинами, заметно повышает уровень знаний как школьников, так и студентов. Хорошая математическая подготовка выпускников школы обеспечит успешное освоение ими курса физики в техническом вузе.

Использование в обучении экспериментальных методов также объединяет школьную и вузовскую методики преподавания. Лабораторные работы и физический практикум позволяют сформировать у обучающихся исследовательские умения по обработке экспериментальных данных реальных физических объектов и явлений. Отсутствие навыков проведения и анализа эксперимента реального физического процесса или явления отрицательно влияет на общий уровень подготовки выпускников общеобразовательной школы. Однако при выполнении физических измерений обработка полученных результатов, в том числе с использованием вычислительной техники, оценка погрешностей выступают необходимыми элементами инженерной грамотности выпускников технических вузов.

Таким образом, анализ программ по физике основного общего, среднего (полного) и высшего технического образования показал, что обучение носит законченный характер, отвечающий современным требованиям, предъявляемым государственным стандартом. Учебный материал школьного и вузовского курсов группируется вокруг единых физических идей и фундаментальных понятий, обеспечивая преемственность в изучении дисциплины. Однако практика показывает, что знания по физике выпускников базового уровня средней школы не удовлетворяют технический вуз в отношении их подготовленности к дальнейшему обучению, да и математическая подготовка школьников не отвечает требованиям, предъявляемым к абитуриентам техническими вузами. Выявленные нами в результате анализа программ по физике недостатки негативно сказываются на качестве подготовки специалистов высшей школы, поэтому их устранение является первостепенной задачей модернизации физического образования.

Примечания:

1. Государственные образовательные стандарты высшего профессионального образования (ГОС ВПО) // Федеральное агентство по образованию Министерства образования и науки РФ [сайт]. 2009. URL: http://www.ed. gov.ru.

2. Федеральный компонент государственного стандарта общего образования // Министерство образования и науки РФ [сайт]. 2009. URL: http://mon.gov.rn.

3. Обязательный минимум содержания среднего (полного) общего образования // Министерство образования и науки РФ [сайт]. 2009. URL: http://mon.gov.ru.

References:

1. The state educational standards of the higher professional training // Federal agency on education of the Ministry of Education and Science of the Russian Federation. 2009. URL: http: // www.ed.gov.ru.

2. A federal component of state standard of the general education // Ministry of Education and Science of the Russian Federation. 2009. URL: http: // mon.gov.ru.

3. An obligatory minimum of the contents of secondary (full) general education // Ministry of Education and Science of the Russian Federation. 2009. URL: http: // mon.gov.ru.