3.1 Предметная деятельность как источник формирования

содержания физического образования

Наряду с установлением научных фактов в своей области научная дисциплина разрабатывает приёмы и способы деятельности с объектами, относящимися к ней. Предметная деятельность научной дисциплины является формой выражения целенаправленной активности субъекта, соединяющего в себе в органическое целое психическое отражение мира и его преобразование. В предметной деятельности человек удовлетворяет свои потребности, источником которых являются запросы материальной и духовной сфер жизни человека, разрешимые в деятельности с тем или иным объектом. Между потребностями и предметной деятельностью существует двухсторонняя связь. Благодаря предметной отнесённости деятельности потребности в ней приобретают своё предметное содержание. Вместе с тем потребности выступают как внутреннее условие, мотивация, предметной деятельности субъекта, что регулирует конкретную деятельность субъекта в предметной среде. Предметное содержание деятельности не выводится из потребности, оно открывается совершаемой индивидом деятельностью, направленной на удовлетворение этой потребности.

Обучение предметным деятельностям в физике, как цель, за исключением специальных случаев (Н.Ф. Талызина) на рассматривалось. Предметная деятельность по физике использовалась в качестве эффективного инструмента формирования прочных знаний (Теоретич. основы, 99). Современное высшее техническое образование диктует задачу овладения студентами технических университетов научно-техническими видами деятельностей. Предметная деятельность по физике становится объектом обучения входит в содержание физического образования наряду с другими задачами обучения.

Важнейшей единицей физического знания является теория, которая сводит к единому объединяющему началу все обнаруженные в данной области закономерные связи. Без теории невозможны ни теоретические исследования, ни практическая деятельность человека. И всё же объективно-истинное отражение действительности представлено в теории лишь одной стороной, которую можно назвать "созерцательной" в отличии от другой стороны знания - действенно-практической, непосредственно связанной с преобразованием действительности в соответствии с поставленной целью. Элементом логической структуры науки, в которой слиты воедино эти две стороны познания, является идея. Так называется форма, в которой человек осуществляет свои практические цели (П.В. Копнин). Вытекая из теории, идея намечает переход в практическую сферу, реализуясь теоретически и практически в научном методе. В частных методах науки, как совокупности приёмов действий над изучаемым объектом (В.В. Быков), зафиксировано объективное действенно-практическое содержание предметных знаний. Функционируя не иначе, как через посредство приводящих их в движение субъектов деятельности, научные методы отображают конкретные действия в структурах познавательной и преобразующей деятельностях человека, подчиненные конкретной цели, адекватной используемому научному методу. Последовательное применение частного метода научной дисциплины приводит к получению предусмотренного в нем конкретного результата. Научный метод реализуется в конкретных предметных деятельностях.

Частные методы физики представляют собой способ решения так называемых о с н о в н ы х з а д а ч физики. Например, основная задача динамики, статистической физики, задачи квантовой механики, расчета электрической цепи, метод зон Френеля и т.д. Этим задачам соответствуют конкретные, основанные на соответствующих частных методах физики, предметные деятельности по достижению определенного результата. Предметная деятельность по физике – это отвечающий определенной цели способ достижения предопределенного физической задачей конкретного результата на основе выдвинутой теоретической идеи и результирующих ее действий и операций. В структуре нормативной предметной деятельности будем выделять следующие составляющие:

• объект деятельности,

• предметная ситуация и нормативные условия,

• теоретическая система как основа деятельности

• правила и операции выполнения действий

• нормативный результат деятельности.

Эта структура согласуется со структурами исследовательской деятельности научных работников, профессиональной деятельности инженеров (Н.Ф. Талызина, Т.Г. Михалева и др.).

В образовательной системе, непосредственно сориентированной на реализацию социального заказа, какой является общенаучное и профессиональное образование в техническом университете, обучение различным способам деятельности в физике приобретает самостоятельное значение в качестве физического образования в техническом университете.

Предметные деятельности должны занимать особое место в теоретической концепции содержания образования, ибо в конечном счете образование заключается в овладении общественными способами деятельностей. Обычно курс физики строится на основе физических теорий. Его основу составляют 4 теоретических системы: механика, электромагнетизм, статистическая физика и термодинамика, квантовая физика. В центре внимания учебного курса физики - их структуры, аппарат, следствия, области применимости. Предметные деятельности, как составляющие содержания научной дисциплины физики, оказались отсутствующими в теоретической концепции содержания физического образования. Необходимо отобрать виды деятельностей и способы их выполнения для включения в содержание физического образования. Это осуществляется в соответствии с профилем вуза и целями обучения физике. Для учебной дисциплины разрабатывается свод способов предметных деятельностей, включаемый в обучение предмету. В нижеприведенной таблице представлены основные задачи физики, частные методы их решения и реализующие их виды (способы) предметной деятельности в различных разделах курса физики.

СВОД ПРЕДМЕТНЫХ ДЕЯТЕЛЬНОСТЕЙ

В ОБЩЕМ КУРСЕ ФИЗИКИ

Задачи физики	Методы физики	Виды деятельностей
Основная задача динамики	Динамический метод	-динамика материальной точки -динамика системы тел -динамика вращательного движения твердого тела
Основная задача статики	Условия равновесия	-равновесие системы сходящихся сил -равновесие тела с осью вращен. -общий случай равновесия твердого тела -условие плавания тел -равновесие жидкой пленки
Законы сохранения	Закон сохранения импульса	-сохранение импульса механической системы -движение центра масс -импульс электр.-магн. волны
	Закон сохранения момента импульса	-сохранение момента импульса механической системы -момент импульса электро-магнитной волны -момент имп. атомных систем
	Энергетический метод	-приращение и сохранение механической энергии -энергия колебания -уравнение Бернулли -свободная энергия поверхностной пленки жидкости -закон сохранения энергии в релятивистской механике
	Закон сохранения электрич. заряда	закон для изолированной системы электрических зарядов -уравнение непрерывности
	Совместное ис-пользование зако-нов сохранения	-явление удара -эффект Комптона -процессы с элем. частицами
	Законы сохранения в мире элементар-ных частиц	-законы сохранения лептонного, барионного зарядов, четности и др. квантовых физических величин
Задачи молекулярной физики	Метод МКТ	-модель идеального газа -модель реального газа
		-модели агрегатных состояний вещества -модель потока в явлениях переноса
Основная задача статистической физики	Вероятностно-статистический метод	-функции распределения по скоростям и энергиям -функция распределения Мак- свелла-Больцмана -тепловое излучение, формула Планка -спонтанное и индуцированное излучение атома -функция распределения Ферми-Дирака -закон радиоактивного распада
Задачи термодина-мики	Термодинамичес-кий метод	-уравнение состояния термодинамической системы -классич. теория теплоемкостей -первый закон термодинамики -уравнение теплового баланса -переход тепла в работу -КПД циклических процессов -энтропия термодинамич. сист.
Основная задача электростатики	Расчет электростатического поля	-принцип суперпозиции -применение теоремы Гаусса -решение уравнения Пуассона -мультиплетное представление поля -методы отражения, инверсии
Задачи электрического поля проводника с током	Расчет электрического поля проводника с током	-решение системы уравнений стационарного электрического поля
	Расчет электрической цепи	-закон Ома -правила Кирхгофа
Основная задача магни-тостатики	Расчет стационар-ного магнит. поля	-принцип суперпозиции и закон Био-Савара-Лапласа -применение теоремы о цирк. -вычисление вектор. потенц.
Задачи квази-стационар.эл.-магн. поля	Расчет квазистационар. эл.-м.поля	-интегрирование системы урав-нений квазистацион. эл.-м.поля
	Явление электромагнитной индукции	-расчет скорости изменения магнитного потока -частные случаи явл. эл.-м. инд.
	Расчет линейной цепи переем. тока	-обобщенный закон Ома цепи переменного тока
Задачи теории электромагнитного поля	Система уравнений эл.-магн.поля	-решение системы уравнений Максвелла
	Эл.-магн. потенц.	-интегрир. уранений Даламбера
Электромаг-нитная волна	Реш.волнового уравн. эл.-м. поля	-уранение бегущей электромаг-нитной волны
	Метод запаздывающих потенц.	-излучение вибратора Герца -излучение движущегося заряда
Энергия электромагнитного поля	Энергия электро-статического поля	-энергия заряженных тел -энергия системы зарядов -плотность энергии электр. поля
	Энергия магнитного поля	-энергия магн. поля проводни-ков с током -работа магн. поля по переме-щению проводника с током -плотность энергии магн. поля
	Закон сохранения энергии эл.-м. поля	-плотность энергии электромагнитного поля -плотность потока энергии электромагнитногл поля -диссипация энергии эл.-м. поля
	Энергия электрического тока	-закон Джоуля-Ленца -энерг. превращения в электрической цепи
Задачи колеба-тельных движений	Решение диффер. уравн. колебания	-свободные колебания -колебания маятников
	Векторная диа-грамма колебания	-гармоническое колебание -вынужденные колебания -векторная модель атома
	фазовая плоскость колебания	-фазовые кривые колебательных движений
	Принцип суперпозиции колебаний	-сложен. колеб.одного направ. -сложен. перпендик. колебаний
Основная за-дача волнового движения	Решение волново-го уравнения	-волны в упругих средах -звуковые волны -энергия упругой волны -фазов. и груп. скорости волн
	Принцип суперпозиции волн	-схема двухлучевой интерфер. -стоячая волна
	Колебательно-волновой формализм	-комплексная форма ур.волны -многолучевая интерференция -голография
		-классич. теория дисперсии
Задачи оптики	Геометрич.оптика	-законы геометрической оптики -оптические приборы
	Волновая оптика	-поведение волн на границе сред -интенсивность поляризов. света -двойное лучепреломление
	Принцип Гюйгенса – Френеля	-метод зон Френеля -дифракция на щели -дифракционная решетка
Задачи квантовой физики	Корпускулярно-волновой дуализм	-квантовые свойства излучения -фотон как частица света -ур. Эйнштейна для фотоэффек. -волновые свойства частиц -соотношение неопределенностей
	Решение уравне-ния Шредингера	-решение задач кв. механики -квантовомехан. модель атома
	Операторный метод	-операторы квант. механики -задачи на собствен. Значения -вычисление среднего значения физической величины

При отборе способов предметных деятельностей учебного предмета рекомендуется опираться на дидактический подход (Теоретич. содержание, 240), наиболее полно и гибко учитывающий различные аспекты этого проектирования. Свод деятельностей должен быть не только адекватным целя обучения, но и быть инструментальным, т.е. готовым к применению, удовлетворять требованиям полноты охвата их конкретного представления. Свод предметных деятельностей охватывает спектр деятельностей, отражающих деятельностное содержание физики, а также включает деятельности, типичные для данной отрасли производства. К примеру, расчет электрической цепи в курсе физики, учебное конструирование установки в соответствии с физическими принципами ее работы, умение ориентироваться в системах производства и т.п. Поскольку социальный заказ включает не только управление и развитие общественного производства, но и воспитание его главного участника – специалиста, обладающего необходимыми задатками и личностными качествами, то в содержание физического образования включают предметные деятельности, которые формировали бы целостные ориентиры, осознанное и бережливое отношение к природе, производству, человеку, побуждали и развивали творчество, профессиональную инициативу, готовность и возможность восприятия современных научных технических идей, логико-понятийную сферу личности и т.п.

Принято структуру запаса усваиваемой новыми поколениями информации, в частности, по физике, представлять в виде модели, состоящей из медленно меняющегося со временем ядра фундаментальных знаний, и подверженной быстрым изменениям в связи с прогрессом техники и новыми технологиями оболочки прикладных вопросов (В.А. Фабрикант). Считалось, что «некоторое представление об оболочке главным образом нужно для того, чтобы у студентов не возникло представления о науке как о чем-то совершенно застывшем» (там же). Поэтому в оболочку, включались, в основном, сведения иллюстративного характера, демонстрирующие возможности «полезного» использования изучаемой физической информации.

Иного понимания требует образовательная система по физике в исследовательском техническом университете 21 века, для которого характерен высокой уровень фундаментальных знаний, присущий ранее классическим университетам, с сохранением прикладного характера научно-технических исследований в избранной отрасли производства (И.Б. Федоров, 192). Оболочка информационной модели запаса знаний, отвечающая требованию деятельного овладения научной информацией в соответствии с социальным заказом, представляет собой свод важнейших способов деятельностей научной дисциплины в избранной области инженерной практики. Иной должно быть ядро рассматриваемой модели запаса знаний. Просто отождествлять его с научной картиной мира было бы недостаточным, ибо в сознании человека знания об окружающем мире должны быть представлены не только своим информационным содержанием, но и быть организованными в такой форме, которая открывает возможности их синтетического использования в производстве, бизнесе, управлении и самоуправлении поведением индивидов. (См. параграф 3.5).

Включение предметных деятельностей в обучение в качестве единиц содержания требует их адаптации к задачам и условиям обучения, учета принципов и современного толкования характера учебного процесса, его средств и методов, динамики, а также психологии потребностей и возможностей контингента обучаемых. Предлагаем нормативную предметную деятельность при включении в учебный курс структурировать на уровни и подуровни.

Поясним на примере динамического метода в физике, который в зависимости от образовательной задачи может быть реализован в форме основной задачи кинематики, динамики материальной точки, вращательного движения абсолютно твердого тела и т.д. Уровень рассмотрения основной задачи кинематики может быть ограничен, к примеру, кинематикой материальной точки, реализуемой как кинематика равномерного или равноускоренного движений, которые обозначают соответствующие подуровни осваиваемой предметной деятельности. При необходимости углубления структурирования вводят подуровни второго, третьего и т.д. порядков. Так, в кинематике равноускоренного движения можно выделить подуровни движения по горизонтали, вертикали, параболе. В движении тела по параболе выделяют движение тела, брошенного горизонтально, под углом к горизонту с поверхности земли или с некоторой высоты и другие подуровни формируемой предметной деятельности.

Предметная деятельность совершается в конкретных предметных условиях. Отбираются предметные ситуации, имеющие познавательное или практическое значения. Например, наклонная плоскость, идеальный газ, невесомость и перегрузка в лифте, падение тел в вязкой среде и т.п. Знание структуры типов предметной деятельности необходимо для отбора и включения в обучение учебного материала в соответствии с принципами проектирования (В.М. Монахов) и планирования (Л.С. Хижнякова) учебного процесса.