3. Фундаментальные физические теории как основа содержания и структуры школьного курса физики. Отражение теоретического уровня познания (на примере темы)

Отобранные для изучения в школе основы физики (факты, по­нятия, законы, теории) должны быть преподнесены учащимся в систематизированном виде в соответствии с дидактическим прин­ципом систематичности и последовательности изложения знаний. В настоящее время имеет место тенден­ция объединения, или группировки, учебного материала в курсе физики вокруг ведущих физических идей или принципов, т. е. его генерализации. В качестве основных ведущих идей, вокруг кото­рых осуществлена группировка (генерализация) учебного мате­риала в средней школе, выделены физические теории.

Значение физической теории в науке заключается в том, что, включая в себя ряд положений, понятий, законов, теория исчерпы­вающе описывает определенный круг явлений и в этом смысле яв­ляется основной и ведущей формой знания. При этом важно, что теория позволяет не только объяснять явления и про­цессы, но и предсказывать ход явлений, устанавливать новые зако­номерности. Таким образом, группировка учебного материала вокруг физических теорий позволяет передать учащимся в обобщен­ном виде определенную сумму знаний и использовать ее для объяс­нения и предсказания явлений природы. Поэтому объединение учебного материала вокруг физических теорий позволяет передать учащимся определенный способ мышления, так называемое теоре­тическое мышление, соответствующее современному уровню обще­ственного познания. Формирование этого способа мышления явля­ется задачей обучения. Молекулярно-кинетическая теория изучается почти в самом начале курса физики, а затем используется для объяснения свойств жидкостей и газов, тепловых явлений, агрегатных превращений вещества. Элементы электронной теории (строение атома), изу­ченные в базовой школе, используются при объяснении явлений электризации и проводимости.

Учебный материал в старшей профессиональной школе сгруппи­рован вокруг классической механики, молекулярно-кинетической теории, электродинамики и квантовой теории. При этом материал расположен в порядке усложнения форм движения материи. В соот­ветствии с этой группировкой курс физики старших классов состоит из четырех разделов: «Механика», «Молекулярная физика», «Элект­родинамика», «Квантовая физика». Раздел «Механика» включает все явления и процессы, связанные с механической формой движе­ния материи (кинематику и динамику движения материальной точ­ки), законы сохранения, механические колебания и волны.

В разделе «Молекулярная физика» изучаются явления и про­цессы, связанные с тепловой формой движения материи на микро-и макроуровнях, т. е. основы молекулярно-кинетической теории и основы термодинамики.

«Электродинамика» включает все явления и процессы, связан­ные с электромагнитной формой движения материи: статическое, стационарное и вихревые поля, вопросы проводимости, электро­магнитные колебания, электромагнитные волны радио- и оптиче­ского диапазонов, элементы специальной теории относительности.

В разделе «Квантовая физика» объединены явления, связанные с поглощением и излучением энергии. Здесь рассматриваются фо­тоэффект, строение атома, атомного ядра, физика элементарных частиц.

В любой физической теории выделяют основание, ядро, выво­ды.

Основание, или эмпирический базис, теории составляют экспе­риментальные факты, идеализированный объект, физические понятия и величины, описывающие этот объект, и правила действия с ними.

В ядро теории входят законы, постулаты, принципы, фунда­ментальные постоянные.

К выводам теории относятся применения теории к решению конкретных задач.

Например, эмпирический базис молекулярно-кинетической теории идеального газа составляет ряд экспериментальных фак­тов: диффузия, легкая сжимаемость газа, способность занимать весь предоставленный ему объем. В основании теории лежит мо­дель - «идеальный газ» и величины, описывающие поведение этой идеализированной макросистемы: давление, концентрация, сред­ний квадрат скорости молекул и др.

Ядро теории составляет основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеального газа. К выводам теории отно­сятся уравнение состояния, частные газовые законы, применение теории к объяснению свойств газов.

Можно выделить несколько стержневых идей, которые прони­зывают курс физики в целом. Это прежде всего идея строения ма­терии. Формирование у учащихся представлений о строении материи начинается с самого начала изучения курса физики, а далее учащиеся знакомятся с полевым видом материи. В старшей про­фильной школе эти представления углубляются и расширяются:вводится понятие о едином электромагнитном поле, о взаимосвя­зи поля и вещества.

Весь курс физики пронизан идеей сохранения энергии: пред­ставления о законе сохранения энергии учащиеся получают уже в курсе физики базовой школы и закон сохранения используется при объяснении явлений различной физической природы - меха­нических, тепловых, электромагнитных, квантовых.

Еще одной сквозной идеей является идея относительности: она впервые вводится в механике, далее развивается в электродина­мике при изучении относительности электромагнитного поля и основ специальной теории относительности.

Объединение учебного материала вокруг ведущих физических идей позволяет укрупнить разделы и темы курса, представить в единстве классическую и современную физику, отобрать основной материал, освободить курс от второстепенных вопросов, а учащихся от необходимости запоминать слишком большое количество фактов.

Как известно, этапам научного познания соответствуют этапы цикла познания в обучении: факты - модель - следствия - экспе­римент. Эксперимент понимается не только как экспе­риментальная проверка следствий, но и как применение теоре­тических знаний в практике (объяснение явлений и процессов, решение задач, объяснение конструкции и принципов работы тех­нических устройств и т. п.).

Формирование теоретического способа мышления предъявляет новые требования к эксперименту. В выделенном цикле познания эксперимент играет важную роль на этапе накопления знаний и на этапе применения и проверки полученных знаний. Поэтому про­граммы средней школы уделяют большое внимание эксперименту.

Систематизация содержания курса физики вокруг физических теорий позволяет успешнее решать задачу формирования научного мировоззрения учащихся. Это связано с тем, что в итоге изучения курса физики у учащихся должны формироваться пред­ставления о физической картине мира, в которую входят изучае­мые в школьном курсе физические теории.

Организация материала в соответствии с этапами формирова­ния теоретического обобщения дает возможность успешно решать и задачу политехнического обучения. Рассмотрение применений физических законов в практике завершает цикл познания.

Таким образом, весь физический материал как базовой школы, так и старших классов профильной школы может быть в про­граммах расположен в порядке раскрытия основных положений фундаментальных физических теорий (механики, молекулярной физики, электродинамики и квантовой физики).