Автор: Кюппар Егор Вячеславович (PhD reading)
Аннотация. В статье представлены методические основания интенсивного обучения школьной физике, реализуемого через поэтапное становление предметных умений учащихся. Автор опирается на методику формирования обобщённых учебно-познавательных умений при обучении физике (А. В. Усова), теорию учебной деятельности и развивающего обучения (В. В. Давыдов, Д. Б. Эльконин), дидактику системности знаний (Л. Я. Зорина) и методику ускоренного обучения (Б. Ц. Бадмаев, М. П. Щетинин). Обосновывается методическая последовательность, включающая формирование фундаментальных преобразовательно-вычислительных умений, освоение способов связывания формул, овладение приёмами систематизации предметного содержания и методами его актуализации. Показано, что выстроенная иерархия умений выступает педагогическим механизмом интенсификации, обеспечивающим ускоренное и прочное усвоение школьного курса физики без снижения качества образовательного результата.
Ключевые слова: интенсивное обучение, методика обучения физике, предметные умения, обобщённые способы действия, методическая последовательность, систематизация знаний, актуализация учебного материала, учебная деятельность.
Введение
Физика традиционно воспринимается учащимися общеобразовательных школ как один из наиболее сложных учебных предметов1, спецификой освоения которого является необходимость развития устойчивой системы определённых предметных умений. Однако педагогическая практика показывает, что значительная часть учащихся 7–9 классов не владеет в должной мере даже базовыми преобразовательно-вычислительными операциями, что годами вызывает у них трудности в решении типовых задач7 и порождает ситуации учебного неуспеха даже при общем качественном понимании материала. Причиной этого может быть как разный уровень математической подготовки на начальном этапе освоения физики, так и то, что традиционная линейно-тематическая структура учебников не обеспечивает системного формирования этих способов действия, в результате чего полноценное освоение предмета оказывается затруднено.
Вдобавок к этому приближение к выпускным классам создаёт дефицит учебного времени и познавательных ресурсов учащихся, распределяемых между освоением обязательных предметов и подготовкой к государственным экзаменам по выбранным дисциплинам.
В результате этого возникает объективное противоречие между необходимостью достижения качественных образовательных результатов в сжатые сроки и недостаточной сформированностью базового аппарата предметных умений у школьников. Его преодоление является ключевой практической задачей настоящего исследования.
В этих условиях разработка методики интенсивного обучения физике2, в которой интенсификация достигается не за счёт наращивания темпа изложения материала, а благодаря последовательному формированию фундаментальных предметных умений, способна решить указанные трудности и приобретает особую актуальность.
Целью данной работы является обоснование методической последовательности освоения умений, выступающей основой для ускоренного и устойчивого усвоения физического знания.
Теоретические основания
Методологическую основу предлагаемого подхода составляют четыре взаимодополняющих направления отечественной педагогики и методики обучения физике:
1. Теория формирования обобщённых учебно-познавательных умений при обучении физике А. В. Усовой, согласно которой предметные умения выступают самостоятельным объектом методического проектирования: они могут и должны формироваться целенаправленно, в определённой последовательности и на специально организованном предметном материале3. Отсюда предметные умения в данной работе понимаются как освоенные обобщённые способы учебно-познавательной деятельности, применимые к решению задач курса школьной физики3.
2. Концепция развивающего обучения В. В. Давыдова и Д. Б. Эльконина, обосновывающая приоритет формирования обобщённых способов учебной деятельности над накоплением частных знаний и принцип восхождения от исходного всеобщего отношения предмета к его конкретным проявлениям4.
3. Дидактическая концепция системности знаний Л. Я. Зориной, рассматривающая системность как самостоятельное качество знаний, формируемое специальными методическими средствами при изучении естественнонаучных дисциплин5.
4. Методика ускоренного обучения Б. Ц. Бадмаева и метод «погружения» М. П. Щетинина, доказавшие возможность существенного сжатия сроков освоения учебного материала при условии специальной методической организации учебной деятельности6.
Из этих оснований следуют два ключевых принципа проектируемой методики.
Первый — принцип усвоения содержания через овладение обобщёнными способами действия: интенсивность освоения материала достигается не за счёт наращивания темпа его изложения, а благодаря формированию у школьников обобщённых способов работы с учебным материалом.
Второй — принцип последовательного формирования предметных умений: логика обучения строится как иерархический процесс, в котором каждое последующее умение содержательно развивает предыдущее, обеспечивая последовательное восхождение от базовых расчётных операций к глубокому пониманию физической сущности изучаемых явлений.
Методическая последовательность формирования предметных умений
Предлагаемая методическая последовательность включает четыре взаимосвязанных этапа: (1) формирование фундаментальных преобразовательно-вычислительных умений, (2) освоение способов связывания физических формул, (3) овладение приёмами систематизации предметного содержания, (4) формирование способов актуализации изучаемого материала. Освоение каждого умения происходит параллельно изучению программного материала соответствующего класса: содержание курса выступает при этом одновременно объектом усвоения и инструментом отработки формируемых умений. В классах основной и старшей ступени время, отводимое на первичные этапы, может быть сокращено при подтверждённой диагностически сформированности соответствующих умений.
Этап 1. Формирование фундаментальных преобразовательно-вычислительных умений
Начальный этап проектирования методики направлен на освоение двух инвариантных предметных умений, составляющих основу расчётной деятельности в курсе физики:
1. Аналитическое выражение искомой величины из расчётной формулы.
2. Перевод числовых значений физических величин в единицы Международной системы единиц (СИ).
Опережающее формирование указанных способов действия на начальном этапе обучения решает комплекс взаимосвязанных дидактических задач и обеспечивает следующие методические результаты:
• Выравнивание стартового уровня подготовки: устраняются исходные пробелы в вычислительных навыках школьников, что нивелирует базовый когнитивный барьер при переходе к сложным разделам курса.
• Оптимизация рабочей памяти: автоматизация рутинных математических операций высвобождает познавательные ресурсы учащихся для концентрации на физической сущности явлений, а не на технической стороне расчётов.
• Интенсификация учебного процесса: время на введение каждой новой формулы сокращается до разъяснения её физического смысла и разбора единичных демонстрационных примеров, после чего она сразу переходит в категорию освоенных инструментов и становится пригодна к самостоятельной работе.
• Снижение учебной тревожности и установка на успех: стандартизация универсального алгоритма действий устраняет страх перед незнакомыми буквенными зависимостями и формирует устойчивую уверенность в решении расчётных задач.
• Создание инвариантной базы для старших классов: закладывается сквозной операциональный фундамент, применимый ко всем последующим темам школьного курса физики независимо от их содержательной специфики. В результате учащийся 7-го класса получает возможность успешно решать расчётные задачи из курса 8–9 классов, требующие применения одной формулы, если их математическая структура не превышает освоенного аппарата, что можно также использовать как мощный инструмент формирования ситуации успеха и преодоления психологического барьера перед предметом.
Этап 2. Освоение способов связывания физических формул
Второй этап методической последовательности направлен на формирование умения устанавливать функциональные зависимости между несколькими расчётными формулами при решении составных (многокомпонентных) задач. В структуре этого этапа выделяются два взаимосвязанных умения:
• аналитическая подстановка буквенного выражения промежуточной физической величины в результирующую формулу,
• применение обобщённого приёма связывания формул, включающего единый алгоритмический принцип и типовые шаблоны для наиболее распространённых учебных ситуаций.
Использование фиксированных шаблонов выступает специальным дидактическим средством: с одной стороны, оно обеспечивает практику конкретизации общего алгоритма на типовых примерах, с другой — служит надёжной ориентировочной основой действия для учащихся, испытывающих трудности при переходе от абстрактного алгоритма к конкретным частным случаям (в соответствии с теорией поэтапного формирования умственных действий8 и концепции обобщённых умений решения физических задач3).
Освоение способов связывания формул реализует две ключевые методические функции:
• Закрепление и автоматизация базовых умений первого этапа: решение составных задач требует многократного аналитического выражения промежуточных величин и перевода единиц измерения, что переводит навыки первого этапа на уровень устойчивого автоматизма в усложнённых условиях.
• Расширение диапазона решаемых задач: преодолевается разрыв между простыми и комплексными расчётными заданиями. Опираясь на автоматизированный навык работы с формулами, учащийся получает универсальный операциональный аппарат для решения многошаговых задач школьного курса.
• Формирование системного видения структуры предметного знания: содержание любого раздела физики начинает восприниматься учащимся не как хаотичный набор соотношений, а как обозримая система, состоящая из конечного множества базовых формул и обобщённых способов их комбинирования. Это оптимизирует учебную рефлексию и позволяет школьнику осознанно проводить самооценку уровня освоения материала.
• Формирование универсального алгоритма действий: у учащегося вырабатывается фиксированный и воспроизводимый порядок шагов, инвариантный для любой расчётной задачи в рамках отдельного раздела школьного курса физики (включая задачи с графическим представлением данных после этапа считывания числовых значений): перевод единиц измерения в СИ — связывание формул (при необходимости) одним из двух способов — аналитическое выражение искомой величины в общем виде — подстановка числовых значений и итоговый расчёт.
Этап 3. Формирование приёмов систематизации предметного содержания
Методика интенсивного обучения строится на компактном предъявлении значительных объёмов информации, где главным фактором ускорения выступает системность предметного знания (концепции системности знаний Л. Я. Зориной5 и теории содержательного обобщения В. В. Давыдова4). Однако максимальная эффективность и прочность усвоения достигаются лишь тогда, когда учащиеся переходят из позиции пассивных объектов восприятия в позицию активных субъектов познавательной деятельности. Практическим механизмом становления такой субъектности выступает обучение школьников самостоятельному формулированию вопросов к физическим явлениям, что также позволяет собирать разрозненные факты и формулы в единую понятную систему.
Процесс совместного построения системы предметного содержания реализуется в виде последовательности методических действий:
1. Фиксация системообразующего понятия или явления: задаётся базовая категория, определяющая предметную рамку раздела (например, механическое движение и сила — для механики, количество теплоты — для тепловых явлений, электрический заряд и ток — для электродинамики).
2. Инициирование и первичная группировка учебно-познавательных вопросов: учащиеся самостоятельно формулируют круг вопросов к явлению (исходя из наблюдений и бытового опыта). Учитель осуществляет фасилитацию — уточняет формулировки и помогает объединить разрозненные вопросы в тематические блоки.
3. Выделение инвариантной структурной матрицы: устойчиво воспроизводимые вопросы («что это за явление/величина?», «от чего оно зависит?», «какими формулами описывается?», «как эти формулы связаны между собой?», «где это применяется на практике?») оформляются в виде сквозного алгоритмического каркаса (вопросного списка), единого для изучения любого физического раздела.
4. Нормативная достройка и верификация модели: полученный вопросный список сопоставляется с требованиями образовательного стандарта (ФГОС) и программы. Учитель дополняет структуру недостающими фундаментальными элементами, оставшимися за рамками детских гипотез, превращая её в целостную карту раздела.
5. Тематическое разворачивание содержания и фиксация критерия завершённости: изучение раздела организуется как последовательный поиск ответов на сформированную систему вопросов, а завершение раздела верифицируется способностью учащихся связать формулы внутри раздела (то есть освоить решение самых сложных задач) и полностью исчерпать пункты вопросного списка.
Освоение приёмов систематизации предметного содержания обеспечивает комплекс взаимосвязанных методических преимуществ:
• Ускорение темпа прохождения программы: за счёт блочной подачи материала и интеграции взаимосвязанных понятий (в логике укрупнения дидактических единиц П. М. Эрдниева)9 первичное освоение теории происходит в сжатые сроки без потери глубины понимания.
• Обозримость объёма и прозрачность критериев завершённости: учебный раздел перестаёт восприниматься как бесконечный поток терминов и трансформируется в компактную, замкнутую систему. Учащийся чётко видит границы темы и понимает объективный критерий её завершения — исчерпание вопросного списка и/или способность связать формулы раздела.
• Структурная адаптивность и построение межраздельных связей: каждый новый элемент теории и расчётная зависимость занимают строго отведённое место в понятийной матрице, создавая естественные «мосты» между физическими темами (например, переход от тепловых процессов к электрическим явлениям через закон Джоуля — Ленца).
• Субъектность как фактор внутренней мотивации и психологической безопасности: превращение ученика из пассивного слушателя в соавтора программы раздела (посредством постановки собственных познавательных вопросов) устраняет отчуждение от сложного предмета, развивает познавательную самостоятельность, потенциально формируя уверенность в своих силах и снимая страх открытого высказывания собственных мыслей, предположений и сомнений.
• Активизация проблемного мышления: использование проблемных ситуаций и когнитивных парадоксов (проблемное обучение, А. М. Матюшкин)10 трансформирует изучение физических закономерностей из догматической трансляции в личностно-значимую исследовательскую деятельность по проверке гипотез.
• Формирование универсального метапредметного умения: учащийся овладевает переносимым инвариантным алгоритмом анализа, применимым для самостоятельного структурирования знаний в любых дисциплинах естественно-математического цикла.
Хотя данный этап выделен в методической последовательности третьим, он может реализовываться параллельно со вторым. Главное дидактическое условие — не смещать на него основной учебный акцент до тех пор, пока базовые операциональные навыки первого этапа (выражение величин и перевод единиц) не будут окончательно освоены учащимися. В противном случае перегрузка оперативной памяти ставит под угрозу качество их формирования.
Этап 4. Формирование способов актуализации предметного содержания
При последовательном освоении предыдущих этапов скорость прохождения новых разделов закономерно возрастает: учащийся свободно преобразует и связывает формулы, а также владеет приёмами систематизации теоретического материала. Однако глубокая алгоритмизация процесса несёт в себе дидактический риск формализма: по мере того как разделы приобретают схожую структуру («вопросы — формулы — связывание — расчёт»), физика в восприятии учащегося рискует превратиться в абстрактную математическую схему, утратив связь с реальностью.
Преодоление этого риска достигается формированием способов смысловой и контекстной актуализации предметного содержания. На начальных этапах обучения объём иллюстративного материала дозируется, чтобы не отвлекать внимание от постановки базового расчётного аппарата. На четвёртом же этапе на первый план выходит раскрытие объяснительного и прикладного потенциала физических законов.
Дидактический комплекс средств актуализации включает:
• Практико-ориентированные и оценочные расчёты: решение задач на реальных объектах повседневного окружения (оценка массы воздуха в комнате, расчёт давления лезвия ножа, гидравлика водопровода, анализ теплопотерь при набирании ванны).
• Разбор физических противоречий и парадоксов: анализ ситуаций, где абстрактный расчёт сталкивается с реальностью (например, выявление нежизненности расхода топлива без учёта КПД).
• Демонстрационный эксперимент и видеоанализ явлений: наглядная фиксация качественной картины процессов и принципов действия реальных технических устройств (манометры, сообщающиеся сосуды, подшипники, горение свечи).
• Историко-генетический анализ понятий: раскрытие происхождения внесистемных единиц и приборов через историю преодоления инженерных задач (ртутный барометр Торричелли, опыт Паскаля с бочкой).
Методические результаты этого этапа:
• Формирование критерия физической разумности: учащийся вырабатывает привычку сопоставлять математический результат с порядком реальных величин и физическим смыслом, отсекая абсурдные ответы.
• Осознание мировоззренческой ценности предмета: физическое знание перестаёт быть самоцелью для сдачи экзамена и воспринимается как надёжный инструмент объяснения окружающего мира и техники.
• Устойчивая эмоционально-ценностная мотивация: возможность объяснить и рассчитать окружающие бытовые явления формирует глубокий познавательный интерес и чувство практической компетентности.
• Овладение метапредметным приёмом контекстуализации: учащийся приобретает обобщённую способность самостоятельно находить жизненные аналоги и прикладные проявления для любых абстрактных научных понятий.
Четвёртый этап в определённом смысле выступает главной целью преподавания физики — формирование научного понимания окружающего мира. Однако его полноценная реализация возможна лишь тогда, когда у учащегося сняты операциональные трудности при решении задач и выработан навык структурирования поступающей информации, что и обеспечивается последовательным прохождением предыдущих этапов.
Обсуждение и выводы
Представленная методическая последовательность обладает свойством дидактической инвариантности по отношению к предметным разделам школьного курса физики и ступеням обучения: поэтапное освоение выделенных метанавыков применимо при изучении любых тем в 7–11 классах.
Согласуясь с методикой формирования обобщённых учебно-познавательных умений А. В. Усовой3 и концепцией развивающего обучения В. В. Давыдова4, предложенный подход реализует интенсификацию не за счёт форсирования темпа изложения материала, а через последовательное вооружение учащегося универсальными способами деятельности. Такое понимание интенсификации строго соответствует классическому дидактическому определению Ю. К. Бабанского (повышение производительности учебного труда в единицу времени без снижения качества усвоения)2 и опирается на положения психологии ускоренного обучения Б. Ц. Бадмаева6.
Проведённый теоретико-методический анализ позволяет сформулировать следующие выводы:
1. Деятельностная природа интенсификации: ускоренное обучение физике эффективно проектируется не через компрессию и быстрое чтение лекционного материала, а через иерархически выстроенную систему фундаментальных предметных действий, каждое из которых выступает необходимым условием для следующего шага.
2. Факторы результативности методической цепочки: устойчивое освоение курса в сжатые сроки обеспечивается синергией четырёх этапов:
o автоматизацией базовых алгебраических преобразований и перевода единиц (разгрузка рабочей памяти),
o формированием инвариантных приёмов связывания формул (снятие барьера перед многокомпонентными задачами),
o развитием субъектных навыков систематизации через постановку познавательных вопросов (обозримость и структурированность программы раздела),
o контекстной актуализацией физических знаний (критерий физической разумности и внутренняя мотивация).
3. Преодоление дидактического дуализма: предметное содержание курса физики выступает одновременно результатом усвоения и дидактическим тренажёром для формирования обобщённых умений, что снимает традиционное противоречие между формальным «прохождением часов программы» и качественным овладением способами действия.
Перспективы дальнейших исследований связаны с разработкой валидного диагностического инструментария (включая матрицу поэлементного анализа формирующих домашних работ) и проведением педагогического эксперимента по оценке динамики предметных и метапредметных результатов учащихся в условиях интенсивного обучения.
Примечания и список литературы
1. Angell C., Guttersrud Ø., Henriksen E. K., Isnes A. Physics: Frightful, But Fun. Pupils’ and Teachers’ Views of Physics and Physics Teaching // Science Education. — 2004. — Vol. 88, № 5. — P. 683–706.
2. Под интенсификацией обучения в педагогической традиции понимается «повышение производительности учебного труда учителя и ученика в единицу времени» без снижения качества усвоения: Бабанский Ю. К. Интенсификация процесса обучения. — М.: Знание, 1987. — 80 с.; см. также: Бабанский Ю. К. Оптимизация процесса обучения: общедидактический аспект. — М.: Педагогика, 1977. — 256 с.
3. Усова А. В. Формирование у школьников научных понятий в процессе обучения. — М.: Педагогика, 1986. — 176 с.; Усова А. В., Бобров А. А. Формирование учебных умений и навыков учащихся на уроках физики. — М.: Просвещение, 1988. — 112 с.; Усова А. В., Тулькибаева Н. Н. Практикум по решению физических задач. — М.: Просвещение, 2001. — 206 с.
4. Давыдов В. В. Проблемы развивающего обучения: опыт теоретического и экспериментального психологического исследования. — М.: Педагогика, 1986. — 240 с.; Эльконин Д. Б. Избранные психологические труды. — М.: Педагогика, 1989. — 560 с.
5. Зорина Л. Я. Дидактические основы формирования системности знаний старшеклассников. — М.: Педагогика, 1978. — 128 с.
6. Бадмаев Б. Ц. Психология и методика ускоренного обучения. — М.: ВЛАДОС, 1998. — 272 с.; Щетинин М. П. Объять необъятное: записки педагога. — М.: Педагогика, 1986. — 171 с.
7. Ogunleye A. O. Teachers’ and Students’ Perceptions of Students’ Problem-Solving Difficulties in Physics: Implications for Remediation // Journal of College Teaching & Learning. — 2009. — Vol. 6, № 7. — P. 85–90.
8. Талызина Н. Ф. Управление процессом усвоения знаний. — 2-е изд. — М.: Изд-во МГУ, 1984. — 344 с.
9. Эрдниев П. М., Эрдниев Б. П. Укрупнение дидактических единиц в обучении математике: кн. для учителя. — М.: Просвещение, 1986. — 255 с.
10. Матюшкин А. М. Проблемные ситуации в мышлении и обучении. — М.: Педагогика, 1972. — 168 с.
