Для определения физического инварианта содержания курса ЭФ, учитывая его понятийную взаимосвязь и преемственность в изучении (в течение всех пяти лет обучения в педвузе) с физическими дисциплинами предметного блока, мы будем придерживаться следующих основных положений, предложенных в ряде исследований по проблемам изучения курса физики [3,4,5,6,7,9]:
1. Источником содержания данного физического курса (ЭФ) должно являться содержание физики-науки, и поэтому в курсе "Элементарная физика" должны быть отражены следующие основные физические идеи:
Физическая картина мира (ФКМ) как часть "обобщенной и систематизированной совокупности знаний о природе - естественнонаучной картины мира". Под ФМК понимают систему фундаментальных идей, понятий и законов физики.
Важнейшими компонентами понятийной структуры ФКМ являются:
исходные философские идеи, включающие представление о материи, пространстве и времени, движении и взаимодействии;
физические теории с присущими каждой из них структурными элементами (основанием, ядром, следствиями и интерпретацией);
связи между теориями, выражаемые методологическими принципами соответствия, дополнительности, симметрии, причинности.
В современной квантово-полевой картине мира материя рассматривается как квантово-полевая. Это означает, что:
она существует в двух видах: вещества и поля - и на первый план выступает не различие этих видов материи, а их единство;
движение в этой картине мира подчиняется принципу неопределенностей;
представления о пространстве и времени перешли в квантово-полевую картину мира из электродинамической (где пространственные и временные характеристики движения объектов зависят от скорости их движения, а пространство и время связаны с тяготеющими массами).
В рамках квантово-полевой картины мира выделены четыре типа фундаментальных взаимодействий, которые:
ответственны за изменение состояния всех известных объектов и их строение: сильное, электромагнитное, слабое, гравитационное;
носят обменный характер.
2. Учебный физический курс может иметь различную структуру в зависимости от поставленных учебных целей. При этом необходимо учитывать, что, поскольку существуют различные классификации физических теорий, - последовательность и логика изложения учебного материала могут варьироваться.
Как показал анализ учебных программ, в основу структурирования учебных курсов по общей и теоретической физике в педагогическом вузе легла классификация физических теорий по Гейзенбергу, в которой выделены четыре большие системы понятий и аксиом:
механика Ньютона, включая небесную механику;
электродинамика, включая волновую оптику и специальную теорию относительности;
статистическая механика;
квантовая теория.
Данная классификация "удобна" с дидактической точки зрения, поскольку она проведена в соответствии с формами движения материи и учитывает динамику развития физической науки. Кроме того, классификация Гейзенберга относится к фундаментальным теориям, включающим в себя блоки частных теорий, и позволяет познакомить учащихся с каждой из них на том или ином уровне.
3. Осуществление преемственности со школьной подготовкой в процессе обучения курсу "Элементарная физика" требует учета нормативных документов по физике для средней школы. Так, в соответствии с обязательным минимумом содержания среднего (полного) общего образования, принятым 30.06.99 Министерством образования РФ, - для общеобразовательных учреждений определены 6 основных разделов курса физики (или содержательно-методических линий):
методы научного познания и физическая картина мира;
механика;
молекулярная физика и термодинамика;
электродинамика;
оптика;
квантовая физика.
Раздел "Методы научного познания и физическая картина мира" не выделен в существующих учебных программах и учебниках для отдельного и специального изучения. Предполагается, что он определяет общий концептуальный подход к изучению всего курса физики как основы естествознания, формирующей общие методы научного познания и основу естественнонаучной картины мира - физическую картину мира. Все последующие разделы курса физики (механика, молекулярная физика, термодинамика, электродинамика, оптика и квантовая физика) должны рассматриваться с точки зрения использования методов научного познания и способствовать формированию единой физической картины мира.
В соответствии с названными выше требованиями к физической компоненте курса "Элементарная физика":
в основе ее содержания лежит содержание физики-науки,
ее структура имеет логику физического предмета педвуза,
она осуществляет преемственность со школьной программой по физике.
Предлагаемое нами соотношение названий разделов и тем курсов "Элементарная физика" (ЭФ), "Общая физика" (ОФ) и "Теоретическая физика" (ТФ) приведено в табл. 1, указаны их временные сроки изучения по семестрам и сделаны ссылки на соответствие тем ЭФ содержанию тем школьной программы по физике.
Таблица 1
Взаимосвязь разделов учебных курсов педвуза по дисциплинам (элементарная физика (ЭФ), общая физика (ОФ), теоретическая физика (ТФ)) со школьной программой по физике (ШФ)
| Семестр | Разделы курса ЭФ | Разделы курса ОФ | Разделы курса ТФ | Связь со школьной программой по физике |
| 1 | Механика | Механика | ||
| 2 | Молекулярная физика и ТД | Механика | Молекулярная физика | |
| 3 | Электрическое поле | Молекулярная физика и ТД | Теоретическая механика | Электрический заряд. Электростатика |
| 4 | Электрический ток в различных средах | Электричество и магнетизм | Электрический ток в средах и в вакууме | |
| 5 | Магнитное поле | Оптика | Электродинамика и СТО | Магнитное поле тока. Электромагниты |
| 6 | Колебания и волны | Атомная физика | Физика твердого тела | Колебания и волны. Звук |
| 7 | Оптика. Фотометрия | Физика ядра | Статистическая физика и ТД | Геометрическая и волновая оптика. СТО |
| 8 | Квантовая физика | Квантовая механика | Квантовая физика | |
| 9 | Атомная физика. Атомное ядро | Физика атома. Атомное ядро. Элементарные частицы | ||
| 10 | Обобщающие занятия | Обобщающее повторение |
Из табл.1 видно, что изучение разделов и тем в курсе "Элементарная физика":
может предшествовать (механика, молекулярная физика), изучаться параллельно (электродинамика) и следовать за изучением соответствующих разделов в курсах общей и теоретической физики (квантовая физика);
позволяет осуществлять понятийную связь с соответствующими разделами школьной программы по физике, но при более расширенной и углубленной их проработке, что способствует формированию соответствующих содержательно-методических линий.
При этом содержательно-методическую линию "Освоение методов научного познания и физической картины мира" следует рассматривать как совокупность главных учебно-методических задач курса "Элементарная физика", то есть курс ЭФ как дисциплина предметного блока должен формировать знание и понимание:
функций и взаимосвязи эксперимента и теории в процессе познания природы;
моделирования явлений и объектов природы;
научных гипотез;
роли математики в физике;
сущности физических законов и причин существования границ их применимости;
принципа соответствия;
принципа причинности;
физической картины мира.
С другой стороны, в соответствии с концепцией фундирования базовых учебных элементов школьной физики и ранней профессионализации учителя в педвузе [1], курс "Элементарная физика" должен выполнять профессионально направленную функцию, которая определяет специфику обучения. Его содержание и реализуемая в нём технология обучения студентов-физиков должны быть направлены на формирование профессионально важных качеств будущего учителя физики (см. компоненты структуры культуры специалиста):
предметных физических знаний;
профессиональных умений в их использовании;
профессионального физического мышления;
положительного эмоционального восприятия предмета;
накопления личного педагогического опыта;
учёта традиций отечественной школы и норм, определённых Государственными образовательными стандартами по физике (полной) средней школы и высшего педагогического образования по подготовке учителя физики.
Таким образом, содержание курса "Элементарная физика" должно представлять собой синтез трех составляющих:
физический инвариант содержания, отражающий современный курс физики;
гуманитарный аспект, представляющий реализацию концепции личностно ориентированного образования;
профессионально-ориентированный аспект, отражающий специфику профессионально направленного обучения.
Возможности и полнота реализации дидактических принципов конструирования курса "Элементарная физика" определяются названными выше целями обучения. Содержание того или иного принципа конкретизируется с помощью критериев, которые позволяют соответствующим образом отобрать учебный материал.
Выделенные нами в ходе исследования принципы и соответствующие им критерии отбора содержания курса "Элементарная физика", отражающие физический инвариант и профильные компоненты, позволили в дальнейшем определить структурные элементы модели профилированной программы данного курса [10].
В соответствии с теоретическими положениями и требованиями, предъявляемыми к учебным программам [11], разработанная нами модель отражает основные функции программы - фиксации и нормирования учебного материала. При создании модели программы учитывалось, что инструментами ее конструирования являются факторы, принципы и критерии, которые непосредственно воздействуют на источники формирования содержания курса "Элементарная физика". Описательная модель курса "Элементарная физика" дана в табл.2