Каталог статей из сборников научных конференций и научных журналов- Проблемы изучения физики в современной школе

Ю. Л. Бадаев, Кандидат педагогических наук, доцент,

ORCID 0000-0002-0694-0752, e-mail: 9057551299@mail.ru,

Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана, г. Москва. Россия

Физика – наука о природе и законах, которые управляют движением, энергией и взаимодействиями. На законах физики построены законы экономики, социологии, психологии и многих других научных дисциплин. Это делает физику особой, элитной наукой. Для многих студентов она вызывает восхищение и любопытство, но одновременно сопряжена с рядом сложностей. Понимание фундаментальных концепций требует абстрактного мышления, математических навыков и практического применения знаний. Физика должна войти в умы на подсознательном уровне, подобно тому как родной язык входит с самого рождения, и в последствии используется без каких-либо когнитивных усилий, не задумываясь. Он становится частью сознания, в отличии от иностранного языка, если приступить к его изучению не с самого рождения.

Для овладения физикой как наукой, должна сформироваться физическая интуиция и характерный образ мышления. Изучение физики во всех странах начинают еще в средней школе. В России это, как правило, 7 класс. К окончанию школы у ученика все это уже должно сформироваться, чтобы потом быстро и правильно маршрутизировать получаемую информацию в ходе дальнейшего изучения физики в вузе.

В изучении физики ключевую роль играет математический аппарат (интегралы, векторное исчисление, дифференциальные уравнения). Недостаток математики затрудняет понимание. Но даже имея достаточную математическую подготовку, школьник, а в последствии студент, не всегда видит связь между математическими методами и конкретными физическими задачами. Часто можно наблюдать студента, который прекрасно владеет методами высшей математики, прекрасно владеет интегральным и дифференциальным исчислением, решает довольно сложные математические задачи, но при этом совершенно не умеет применять данные навыки к решению задач по физике.

Проблема своими корнями уходит еще в школьное образование, где физика и математика преподносятся как почти не связанные между собой предметы. В ходе освоения курса физики многие учащиеся заучивают решения, не понимаю принципа. Учителя физики всячески избегают применения математических методов решения задач, заменяя их малопонятными суррогатными технологиями. Например, те задачи, которые можно легко решить при помощи интегрирования, предлагается решить путем расчета площади под неким графиком, при этом связь данного метода с поставленной задачей плохо просматривается, хотя по сути площадь под графиком есть геометрическая интерпретация интеграла. Учащемуся предлагается применить интегрирование не понимая его сути. Аналогично при решении оптимизационных задач, где можно путем дифференциального исчисления найти экстремумы функции и быстро решить задачу, предлагается искать решение чуть ли не методом подбора. В беседах со школьными учителями физики, например на курсах повышения квалификации на вопрос о методах решения задач можно зачастую услышать полное неприятие каких-либо математических методов кроме арифметических и самых простых тригонометрических, при том что и дифференциальное исчисление и интегралы формально включены в курс школьной математики.

Также наблюдается и тот факт, что сами учителя физики плохо владеют математическим аппаратом. В результате выпускник школы в большинстве случаев не понимает прикладного смысла математических методов, в то время как физика является отличным визуализатором математики, позволяя осознать ее на интуитивном уровне, подобно тому, как человек применяет языковое общение на родном языке. Язык математики должен стать родным для изучающих физику.

Неумение использовать математические методы в физике приводит еще и к формированию психологического барьера к дальнейшему обучению в высших учебных заведениях, где эти навыки крайне необходимы. Страх неуспеха, тревога перед сложной темой, чувство «непомерности» материала вводит студента в психологический ступор. На преодоление этого барьера уходит много времени. Такие студенты только после двух-трех семестров изучения физики начинают вникать в суть, но к этому моменту основы физики уже должны быть сформированы в умах. Бесценное время обучения безвозвратно потеряно.

Решение проблемы видится в развитии параллельного изучения математики и физики, показывая шаг за шагом физический смысл того или иного математического метода. При решении задач уже в школе, в старших классах применять интегральное исчисление, применять производные, вводя определения таких физических величин, как скорость, ускорение и подобных им исключительно через производные. Применять дифференциальное исчисление для нахождения максимальных и минимальных значений тех или иных величин в задачах. Проходя тот или иной раздел математики тут же незамедлительно демонстрировать его применение в физике, формируя тем самым тесную логическую связь между двумя дисциплинами.

Многие школьные учителя боятся применять методы высшей математике в решении физических задач, опасаясь, что последние станут непомерно сложными. Однако, основная сложность физики в школе заключается именно в том, что ее представление сильно фрагментировано и, как следствие, отсутствует понимание физического смысла того или иного понятия и логические связи между понятиями, которые и формируются математическими методами. Объяснение физики на языке математики не усложняет, а наоборот наводит мосты между фрагментированными физическими законами и понятиями в умах учеников, делая материал более структурированным и логически понятным уже даже ввиду того, что математика и ее методы знакомы школьникам с первого класса в отличии от физики, которая начинает изучаться только с седьмого. Логично предположить, что экстраполяция наработанных математических навыков на освоение физики сделает ее более прозрачной, поскольку обучение будет вестись на уже привычном языке и привычными методами.

Библиографический список

1.    Бадаев Ю. Л. Проблемы изучения физики студентами технических вузов и перспективные пути их решения // Проблемы современного образования. 2020. № 4. С. 103–106.

2.    Бадаев, Ю. Л. Преимущества и недостатки ди станционной формы обучения и ее влияние на качество образования естественнонаучного направления / Ю. Л. Бадаев // Проблемы современного образования. 2021. № 2. С. 187–191.