В решение общих задач образования — вооружения учащихся определенным кругом знаний, коммунистического воспитания, формирования диалектико-материалистического мировоззрения-обучение физике вносит свой вклад. Воспитательное значение этого предмета определяется содержанием физической науки и методами ее преподавания. Естествоиспытатель стоит перед лицом строгого и беспристрастного судьи — природы. В своих экспериментах и измерениях, среди обильного круга явлений, он проходит великую школу правды в суждении и действии, писал русский физик Н. А. Умов. В его словах показано, как велико положительное влияние на юношество одного только содержания естественнонаучных знаний. Кроме того, в содержании школьного курса физики находит отражение связь физики с техникой, с жизнью; освещается роль отечественных ученых в развитии науки и техники и грандиозные планы научного и технического развития нашей страны.

Диалектико-материалистическое мировоззрение учащихся формируется всеми школьными предметами. В формирование основ мировоззрения, единой картины мира наш предмет вносит вклад благодаря раскрытию диалектики физической науки— установления единства в многообразии взаимосвязи и обусловленности явлений, показа на конкретных примерах сущности философских категорий и терминов.

Велико общеобразовательное значение предмета физики. Окончивший среднюю школу должен получить такой объем знаний, который позволит ему понимать различные физические явления и законы, их проявления в природе, основные идеи технического использования физики и преобразования природы, ее новейшие достижения и перспективы развития.

На уроках физики учащиеся овладевают некоторыми экспериментальными умениями — проводить простейшие измерения, проверять физические закономерности, определять физические величины. К интеллектуальным умениям относят умения решать задачи, выводить формулы, давать объяснения явлений.

В зависимости от особенностей каждого этапа развития экономики нашей страны, науки и техники менялась степень актуальности задач среднего общего образования по физике, та или другая задача выдвигалась на передний край.

По мере ускорения научно-технической революции перед народным образованием выдвигались задачи, сформулированные в документах КПСС, — учесть достигнутый уровень науки и техники, перспективы их развития и привить учащимся умения самостоятельно пополнять знания, ориентироваться в потоке новой информации. В последние годы в исследованиях по дидактике, психологии обучения, методике физики эта задача совершенствования образования конкретизирована для общего среднего образования, и в частности для обучения физике. Показано, что для развития у учащихся умений самостоятельно пополнять знания необходимо вооружить их глубокими и прочными знаниями основных положений науки —ее принципов, теорий, фундаментальных законов, так как, используя эти знания, учащиеся смогут самостоятельно объяснить частные научные факты, применения науки в технике, ориентироваться в новой творческой учебной или трудовой ситуации. Этот основной путь решения актуальных задач образования известен сейчас под названием генерализации знаний. Генерализация учебного материала, а следовательно, и генерализация знаний учащихся состоит в том, что при отборе материала для программы и учебника, а также в методах преподавания больше внимания уделяется изучению основных положений науки за счет уменьшения материала, относящегося к частным фактам, конкретным приложениям основных законов и принципов.

Учитывается и тот факт, что основные принципы науки остаются неизменными, а материал, относящийся к применениям науки, изменяется. Для естественнонаучных предметов профессором А. И. Маркушевичем предложена «модель информации», согласно которой следует выделить «ядро» учебного материала, включающее основной, почти не меняющийся со временем материал, и «оболочку», меняющуюся сравнительно быстро. В отношении физики, как учебного предмета, понятие «ядра» и «оболочки» раскрыто профессором В. А. Фабрикантом — предложено отнести к ядру информации физические законы сохранения и некоторые открытия, в том числе и современные, играющие значительную роль в развитии физики и в ее технических применениях.

Идея генерализации знаний была учтена в последней реформе образования по физике, проведенной в 1968—1973 гг. При отборе материала для программы определен круг физических идей, принципов и теорий, изучению которых должно быть уделено основное внимание, а из частных научных фактов, конкретных приложений основных принципов предпочтение было отдано тем, содержание которых способствует усвоению основного материала.

При таком подходе в курсе физики были отражены следующие научные положения: заколы сохранения (массы, энергии, импульса), законы динамики Ньютона, атомно-молекулярное строение вещества, молекулярно-кинетическая и электронная теории, учение об электромагнитном поле, электромагнитная природа света, волновая и квантовая оптика, теория относительности, физика атомного ядра.

Современный курс физики построен по определенной логической схеме: механика, вещество и его структура, физические поля и излучение, взаимодействие вещества и поля. Таким образом, материал расположен в основном в соответствии с усложнением форм движения материи.

Материал курса распределен на две ступени. Введенное в нашей стране всеобщее обязательное среднее образование позволяет распределить учебный материал так, что некоторые разделы изучаются только на второй ступени обучения («Акустика», «Оптика»). По учебному плану школы на изучение физики на первой ступени отведено 166 учебных часов, на второй ступени 392. На первой ступени проводится подготовка учащихся к обучению физике, как и другим предметам на второй ступени, в связи с этим усилено внимание развитию мышления учащихся. В современной программе эта задача решается благодаря изучению вопросов строения вещества. Основные положения молекулярно-кинетической теории рассматриваются в самом начале VI класса, то есть в начале систематического курса физики, и затем используются для иллюстрации и объяснения явлений, изучаемых в разделах механики и теплоты; точно так же понятия об электроне и строении атома введены в первой теме раздела электричества и используются для объяснения электрических явлений. Такое построение курса физики первой ступени, отвечая идее генерализации учебного материала, позволяет привести содержание его в соответствие с современными научными воззрениями (так как изучаемые явления получают современное объяснение на основе знаний о строении вещества), создает дополнительные возможности формирования у учащихся уже на этой ступени обучения диалектико-материалистического мировоззрения. Знания о строении вещества, могут служить основой для рассмотрения в дальнейшем таких категорий и понятий, как относительная и абсолютная истина, познаваемость явлений природы, причинность явлений, соотношение теории и эксперимента. Кроме того, эти знания служат важным в методологическом отношении примером развития физики, борьбы идей. Предложенная программой и учебником система формирования знаний о строении вещества направлена на развитие мышления учащихся, а именно — умений самостоятельно объяснить явления на основе теоретических знаний.

Стержневые линии развития учебного материала определены и для курса физики второй ступени. В VIII классе это законы Динамики (законы Ньютона) и решение .основной задачи механики: нахождение по начальным условиям, в которых находится материальная точка, и силам, действующим на нее, ее координаты и скорости в любой момент времени.

В разделе молекулярной физики курса IX класса на основе молекулярно-кинетической теории делается вывод основного уравнения кинетической теории газов, из него выводится уравнение состояния идеального газа (уравнение Менделеева—Клайперона), а газовые законы рассматриваются как частные случаи последнего уравнения.

В X классе в одном разделе изучают колебания и волны разной физической природы, исходя из того, что эти процессы описываются одинаковыми уравнениями.

На второй ступени обучения полнее раскрывается роль физических теорий, усиливается метод дедукции в изложении учебного материала. Методика преподавания физики рекомендует строить изучение основных физических теорий по схеме, предложенной профессором В. Г. Разумовским: исходные экспериментальные факты — абстрактная модель (гипотеза) — следствия из гипотезы — их экспериментальные, практические подтверждения — теория. Эта схема позволяет показать учащимся эвристическую роль теории, значение обобщенных знаний, возможность предвидеть следствия, получать новые знания, объяснять явления, предвидеть их ход, управлять ими в соответствии с потребностями общества.

Например, при изучении электронной теории проводимости металлов в основу изучения кладется опытный факт — хорошая электропроводность металлов; исходя из него строится абстрактная физическая модель металла — ионная решетка, заполненная электронным газом; это представление позволяет предположить, что в движущемся проводнике после его резкой остановки электроны будут продолжать двигаться по инерции; специальный эксперимент подтвердил это предположение и позволил получить данные для подтверждения гипотезы (а именно было показано, что носителем тока в металле является электрон) и превращения ее в теорию.

Для современного курса физики характерен также высокий научный уровень изложения материала, соответствие трактовки и методики введения понятий, явлений, законов современным научным воззрениям. Так, понятие массы вводится теперь до понятия силы, на основании опытов по взаимодействию тел. В этом случае масса определяется путем сравнения скоростей, полученных покоящимися телами при их взаимодействии (VI класс), или сравнения ускорений этих тел (VIII класс). Сила трактуется как причина изменения скорости тела (VI класс) или причина ускорения (VIII класс). Разграничены понятия силы тяжести и веса тела, показано, что они имеют разную природу — первая есть сила тяготения, вторая — сила упругости — и приложены к разным телам.

Уточнены определения целого ряда других понятий; в соответствии с принятым ГОСТом осуществлен переход на использование Международной системы единиц физических величин («Си»), приняты соответствующие ГОСТу обозначения величин, обновлены числовые данные и т. д.

В реализации принципа политехнизма в обучении физике характерно усиление внимания к освещению основных направлений развития народного хозяйства и основных технических применений науки, а также к профориентации учащихся.

Отрицается изложение физики в соответствии с хронологией ее развития. Принцип историзма сохраняет свое значение в формировании мировоззрения и коммунистическом воспитании школьников — при освещении истории физики предпочтение отдается материалу, раскрывающему борьбу идей, способствующую патриотическому и интернациональному воспитанию учащихся.

Научно-методические идеи современного курса физики средней школы отражены в программах и учебниках. Характеризуя материал курса и методику его преподавания, качество отдельных уроков и знаний учащихся, нужно исходить из следующих основных положений:

• наибольшее внимание в учебном процессе уделяется основному материалу, задача состоит в том, чтобы основные знания, определенные в качестве генеральных, были усвоены учащимися наиболее глубоко и прочно. Их более тщательно объясняют и закрепляют; рекомендуется повторять их и в процессе объяснения и в процессе опроса до конца изучения темы и до конца года, в отличие от вспомогательного материала, знания которого можно контролировать менее длительно;
• одной из целей генерализации знаний является развитие мышления учащихся и развитие умений самостоятельно пополнять знания, поэтому следует использовать все возможности, представленные программой и учебником, для объяснения изучаемых явлений с применением основных знаний, например: уделить достаточное внимание объяснению свойств тел, давления газа, закона Паскаля и т. д. с точки зрения знаний о строении вещества в VI классе, общему методу применения законов механики к решению частных задач в VIII классе, общему описанию колебаний и волн различной физической природы в X классе и т. п.;
• усиление внимания к развитию мышления учащихся отразилось не только на отборе содержания материала и методике его преподавания, но и на методике контроля знаний. При оценке знаний учитывается не только полнота ответа, но и уровень знаний. По принятой в лаборатории обучения физике НИИ СиМО АПН СССР классификации знания оцениваются по трем уровням. За 1-й принимаются репродуктивные знания, то есть такие, при которых учащийся может повторить основные положения, рассмотренные на уроке, — содержание опыта, формулу, единицы измерения, определение понятия и т. п. На 2-м уровне учащийся должен уметь применить знания основных положений для объяснения явления, данного в знакомой или относительно несложной ситуации, и на 3-м уровне должен объяснить явления в незнакомой или относительно сложной ситуации. Приведем примеры задач, предлагаемых учащимся для выявления уровней и>х знаний (VIII класс):

«В чем состоит 2-й закон Ньютона? Дайте словесную формулировку и запишите формулу» (1-й уровень). «Что нужно знать, чтобы определить положение тела в любой момент времени: а) в равномерном движении, б) в неравномерном движении?» (2-й уровень). «В шахту равноускоренно опускается бадья, масса которой 280 кг, В первые 10с она проходит 35 м. Чему равен вес бадьи при ее равноускоренном спуске? (3-й уровень).

При устном опросе также желательно подобрать вопросы, выявляющие все уровни знаний. Например, если ученик, отвечая по теме «Диффузия» (VI класс) показал знание опыта по наблюдению диффузии (1-й уровень), то следует выяснить, знает ли он этот материал более глубоко, можно ли поставить ему более высокую оценку, а для этого можно задать ему такие, например, вопросы: «Как объяснить диффузию в жидкости с точки зрения движения молекул?» (2-й уровень) и «В каком помещении — теплом или холодном — быстрее отстоятся сливки из молока?» (3-й уровень);

• в связи с требованием осуществлять обучение физике на достаточно высоком научном уровне следует обращать внимание на точность формулировок, соблюдение принятой в программе и учебниках и разъясненной в методических пособиях трактовки каждого понятия и явления. Это относится как к проведению урока, объяснению материала учителем, так и к ответам учащихся. К нарушению принятой логической структуры курса, трактовки понятий может привести превышение программы, его нельзя допускать также и потому, что современный курс физики достаточно насыщен материалом.

Особенности современного курса физики, актуализация задач развития мышления учащихся способствуют совершенствованию формирования диалектико-материалистического мировоззрения, связи с жизнью, техникой, практикой коммунистического строительства, подготовке к труду и дальнейшему обучению. Новые идеи способствуют решению этих задач.

Основные методы и приемы преподавания физики. Методы и приемы преподавания физики в школе обусловлены как дидактическими задачами, так и особенностями физической науки. Физика — наука экспериментальная, большая часть открытий в ней, установление законов, изучение явлений сделано экспериментальным путем.

Школьный физический эксперимент, в который входят демонстрационный эксперимент и самостоятельные лабораторные работы учащихся, имеет поэтому особенно важное значение в преподавании физики. Эти методы соответствуют особенностям физической науки, они расширяют и углубляют объем живого созерцания. Кроме своего основного значения, они незаменимы для решения задач активизации мышления учащихся, формирования интереса к предмету, самостоятельности; способствуют также воспитанию ряда положительных человеческих качеств.

Демонстрационные опыты и лабораторные работы ставятся как с целью ввести новое понятие, явление, установить закон, так и для иллюстрации, проверки, уточнения закона или явления. На второй ступени обучения физике, кроме фронтальных лабораторных работ, проводится также физический практикум — более сложная и индивидуализированная форма самостоятельного эксперимента учащихся.

Хорошее преподавание физики немыслимо без применения демонстрационного и лабораторного эксперимента. Учителю, безусловно, следует выполнять предусмотренные программой демонстрации и лабораторные работы, для лучшего осуществления этой задачи допускается вариативность работ в пределах программы. Демонстрационные опыты можно разнообразить, ставить их в процессе опроса, повторять отдельные детали и т. п.

Опыты и лабораторные работы должны быть хорошо подготовлены. Этому способствует наличие обширной литературы по методике и технике школьного эксперимента, известные достижения в этой области методики преподавания физики в советской средней школе,

В реализации принципа политехнизма, усилении связи обучения с производством большую роль играют экскурсии,. Объекты экскурсий тщательно подбираются, так как наблюдаемые в процессе экскурсии явления, установки, механизмы, технологические процессы должны быть связаны с изучаемым материалом. Так, при изучении механики рекомендуется экскурсия на строительную площадку, машинно-тракторную станцию; при изучении тепловых явлений — в бойлерную, прокатный цех; при изучении электричества—на электростанцию, в цех электролитического покрытия и т. д.

Широко практикуется в преподавании физики применение наглядных пособий — чертежей, рисунков, проекций на экран, пространственных или плоских моделей, таблиц. При их помощи можно объяснить устройство и действие прибора, технического объекта (например, двигателя внутреннего сгорания, генератора тока, спектроскопа), механизм явления, схему опыта.

Формирование умений учащихся работать с книгой, особенно с учебником, приобретает большое значение в настоящее время, в связи с необходимостью развивать умения самостоятельно пополнять знания. Развитию методики работы учащихся с учебником посвящен ряд работ.

В некоторых случаях целесообразно провести урок, применяя один какой-нибудь метод (например, посвятить весь урок проведению лабораторной работы), но, как правило, используется сочетание различных методов — демонстрационного или лабораторного с иллюстративным и словесным.

В задачи урока входит также закрепление знаний, развитие умений пользоваться знаниями: это осуществляется в процессе решения задач, выполнения упражнений, в том числе и экспериментальных. Этот вид работы соответствует переходу от абстрактного мышления к практике,

Для современного учебного процесса по физике характерно также применение некоторых новых приемов обучения, таких, как создание проблемных ситуаций, организация самостоятельных- исследований учащихся, программированное обучение.

Эти приемы следует правильно понимать и разумно сочетать с другими методами преподавания. Исследовательский метод может быть использован при соответствующем уровне знаний и развития учащихся. В VII классе, например, после изучения понятий сила тока, электрическое напряжение и электрическое сопротивление учащимся можно предложить провести исследование зависимости силы тока от напряжения и сопротивления. Зная сущность этих понятий, ученик может выдвинуть, гипотезу о характере зависимости, обосновать ее с точки зрения электронной теории и проверить экспериментально, то есть провести именно исследование, подобное научному. При неверном понимании исследовательского метода бывают случаи, что учащимся предлагают заинтересовывающую их, но невыполнимую задачу, к которой они еще не подготовлены.

Особенности методики преподавания физики на первой и второй ступенях ее изучения в средней школе. Возрастной психологией, психологией обучения и дидактикой разработаны и определены общие подходы к отбору содержания и методов обучения для учащихся разного возраста. Установлено, что для детей 11—12-летнего возраста характерны такие признаки мышления, как все более нарастающая тенденция к причинному объяснению явлений, умение обосновывать свои суждения, делать более широкие обобщения. Психологи считают целесообразным начинать обучение естественнонаучным предметам, в том числе физике, с, этого возраста и излагать ее с определенной глубиной — объяснять причины явлений, анализировать их, делать посильные теоретические обобщения. На второй ступени обучения физике увеличивается глубина изложения материала, сложность изучаемых вопросов.

Особенности методики преподавания физики на разных ступенях определяются также задачами обучения, распределением материала между ними, общеобразовательной подготовкой учащихся.

Рассмотрим задачи, характерные для каждой ступени обучения, и связанные с ними приемы и методы преподавания.

Первая ступень. Одна из основных задач — подготовка учащихся к дальнейшему обучению физике. Внимание уделяется формированию основополагающих понятий, которые должны быть введены в самом начале курса физики и сформированы ко второй ступени. К ним относятся: вопросы строения вещества, скорость, масса, плотность, сила, сила тяжести и вес, энергия, количество теплоты, электрические величины (сила тока, напряжение, сопротивление). Закрепление и формирование этих понятий проводится особенно тщательно «длительное время. Так, например, в третьей и четвертой четвертях учебного года в VI классе следует повторять и контролировать знания понятий массы, плотности, силы; в VII классе -понятия количества теплоты, энергии, а также основные понятия, изученные в VI классе.

Ввиду того что учащиеся только приступают к систематическому изучению физики, очень важна задача создания и формирования познавательного интереса к предмету. Она определяет необходимость оптимального использования исторического и технического материала, примеров из жизненного опыта учащихся, из природы, мира животных и растений, который нужно включать в уроки, в содержание задач.

Относительно исторических сведений заметим, что в современном курсе физики (и во всей учебной литературе по физике) объем их ограничен, принято излагать физику не в хронологической последовательности ее развития, а в соответствии с современными воззрениями, ограничивая исторические сведения наиболее важными для становления науки и имеющими воспитательное значение. Однако в VI и. VII классах, исходя из задачи привития интереса к предмету, эти сведения должны применяться шире, чем на первой ступени. Например, можно рекомендовать излагать основные опыты в историческом описании, если суть их не изменилась (опыт Торричелли, опыт Эрстеда), знакомить учащихся с интересными историческими опытами (опыты Паскаля, Герике); включать сведения из истории физики в содержание задач, рефератов учащихся, использовать их как иллюстрирующие основной материал примеры.

В методике обучения могущественным средством создания интереса к предмету является демонстрационный лабораторный эксперимент. Поэтому на первой ступени особенно недопустима так называемая «меловая физика», необходимо полностью выполнять экспериментальную часть программы и разнообразить эксперимент. Можно рекомендовать разработанные в специальных исследованиях кратковременные самостоятельные экспериментальные работы учащихся, дополняющие список фронтальных работ, экспериментальные задачи. Усиление лабораторного эксперимента необходимо также для выработки у учащихся простейших экспериментальных умений, как одного из элементов подготовки к дальнейшему обучению.

Для повышения интереса к уроку, а также в связи с особенностями внимания детей данного возраста, рекомендуется разнообразить приемы и методы проведения урока, менять их в течение урока 2—3 раза. Опыт преподавания показывает, что даже при демонстрации кинофильма внимание учащихся рассеивается через 15—20 минут, поэтому целесообразна смена приема проведения урока. Методика преподавания физики создает для этого большие возможности — можно чередовать опрос, объяснение, демонстрационный эксперимент, решение задач, работу с дидактическими материалами и т. д.

Важно разнообразить и отдельные приемы обучения; так, при решении задач по физике следует подбирать не только обычные расчетные задачи, но и качественные задачи; особый интерес у учащихся этого возраста вызывают экспериментальные задачи, задачи по рисункам (имеются в виду задачи, в которых данные извлекаются из рисунка или фотографии).

Учитывая возраст учащихся и степень их общеобразовательной подготовки, следует, конечно, обеспечивать доступность изложения материала. Это достигается высоким качеством объяснения явлений, усилением приемов активизации. Преимущественная форма преподавания урок-беседа. На этой ступени не следует увлекаться решением большого числа задач, особенно расчетных, рекомендуется ограничиться задачами, данными в стабильном учебнике, их достаточно для тренировки, закрепления и контроля знаний учащихся. В основном следует решать с учащимися задачи в одно-дна действия и преимущественно прямые, то есть такие, в которых требуется определить величину по прямой формуле, не производя ее сложных преобразований.

Вторая ступень. В VIII—X классах преимущественная форма ведения занятия урок-лекция. Внимание учащихся в этом возрасте более сосредоточенно, что позволяет осуществить такой переход, усилить элементы абстрактного объяснения. В отношении экспериментального метода характерно усиление сложности и степени самостоятельности лабораторных работ: высшей ступенью являются работы физического практикума. Эти работы представляют собой небольшие исследования, проведение которых требует знания целого раздела или темы учебного предмета, комбинированных вычислений (например, работы по проверке закона сохранения импульса или механической энергии в VIII классе, определения электроемкости конденсатора в IX классе, длины световой волны в X классе).

Самостоятельная работа учащихся обогащается такими формами, как семинарские занятия, подготовка докладов по сравнительно крупным вопросам программы, сопровождаемых подготовленным также самостоятельно экспериментом (демонстрациями, значениями экспериментально определенных величин), самостоятельное изучение некоторых вопросов программы по учебной и научной литературе.

Остановимся несколько подробнее на методике проведения уроков, контроле знаний учащихся, внеклассной работе на первой и второй ступенях обучения физике.