К.В. Щербакова
Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова, Архангельск, Россия, pakhomova.xeniya@yandex.ru

Аннотация

В представленной статье рассмотрены факторы, которые оказывают влияние на эволюцию школьных учебных задач по физике и развитие их дидактических функций. Для написания данной работы была изучена и проанализирована литература по теме исследования, а также некоторые учебники физики 19, 20 и 21 веков (Э.Х. Ленц, А.В. Пёрышкин), выполнен сравнительный анализ существующих учебных задач. Теоретическая значимость исследования заключается в том, что результаты, полученные в ходе написания данной работы, могут внести вклад в поиск ответа на один из ключевых вопросов современной дидактики — определение возможных границ расширения дидактических функций, которые выполняют учебные задачи (на примере изучения обучающимися школьного курса физики). Практическая значимость работы заключается в том, информация данного исследования может быть использована при разработке учебно-методических материалов для учителей физики и учебных задач новых типов. Настоящее исследование также подчеркивает важность интеграции современных технологий и междисциплинарного подхода в процесс решения учебных задач.

Ключевые слова

факторы развития школьных учебных задач, дидактические функции учебных задач, физика, обучающиеся

Для цитирования

Щербакова К.В. Факторы, влияющие на эволюцию учебных задач и их дидактические функции (на примере школьного курса физики) // Педагогическая перспектива. 2024. № 4(16). С. 21–29.
https://doi.org/10.55523/27822559_2024_4(16)_21

Информация об авторах

Ксения Викторовна Щербакова – аспирант Высшей школы педагогики, психологии и физической культуры, Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова

Текст статьи

Решающую роль в формировании научного мировоззрения школьников играет естественно-научное образование. Объединяющим звеном предметов данного блока является объект изучения – природа, а также естественно-научный метод её познания. Системообразующей учебной дисциплиной для предметной области «Естественно-научные предметы» является физика, так как физические законы лежат в основе процессов и явлений, изучаемых биологией и химией. В качестве школьного предмета физика формирует естественно-научную картину мира обучающихся, способствует получению достоверных знаний об окружающих явлениях, развивает логическое, аналитическое и критическое мышление школьников, а также их умение использовать математические модели для качественного и количественного описания физических явлений. Отметим, что одним из важнейших инструментов для изучения физики являются учебные задачи, так как данная наука предполагает не только теоретическое изучение, но и практическое применение полученных знаний. Процесс решения учебных задач позволяет ученикам повторить, закрепить и успешно освоить изученный ранее материал.

С педагогических позиций термин «учебная задача» исследовали Ю.К. Бабанский, И.Я. Лернер, М.Н. Скаткин, Е.В. Бухтеева, Г.Д. Бухарова, Е.И. Зарипова и др. В области психологии – Г.А. Балл, М.Я. Басов, В.В. Давыдов, А.Н. Леонтьев, Я.А. Пономарёв, С.Л. Рубинштейн, Д.Б. Эльконин и др. Представленные авторы изучали учебные задачи, определяли их типы и основные компоненты, а также подчёркивали, что учебные задачи обладают рядом функций, в частности, развивающей, обучающей, воспитательной, контрольно-оценочной, познавательной и др.

В настоящее время определение возможных границ расширения дидактических функций учебных задач является одним из ключевых вопросов дидактики. Одним из важных аспектов её решения является определение и оценка факторов, влияющих на эволюцию учебных задач, корректировку их содержания и структуры задач, а также на их адаптацию к современным образовательным стандартам и потребностям обучающихся.

Сегодня существует достаточно много исследований, посвящённых изучению факторов, оказывающих воздействие на систему образования в целом (Д.М. Воронин, Е.Г. Воронина, В.А. Полупанова, И.М. Романова, О.М. Шевченко и др), однако факторы, влияющие на эволюцию учебных задач и их дидактических функций, недостаточно изучены и систематизированы.

На основе анализа современных научных исследований, а также учебников физики прошлых лет, мы выделили внешние и внутренние факторы, влияющие на эволюцию учебных задач.

Внешние факторы, влияющие на эволюцию учебных задач и их дидактические функции

К внешним факторам мы относим государственную образовательную политику, цифровую трансформацию образования, интенсивное развитие образовательной практики, а также современные достижения науки и техники. Рассмотрим их более подробно.

1. Государственная образовательная политика

В исследовании М.А. Брижан отмечается, что развитие государства и общества придаёт особую значимость образованию, государственная образовательная политика стремится улучшить качество и эффективность обучения подрастающего поколения [1, с. 1]. Согласно статье 12 Федерального закона «Об образовании в Российской Федерации» [2] в систему образования наряду с учреждениями включены реализуемые ими образовательные программы и стандарты, которые определяют для них требования к содержанию и результатам обучения.

В контексте нашего исследования, изменения в содержании образования влечёт за собой трансформацию учебных задач и функций, которые они выполняют, так как меняется и учебник, и тематическое планирование преподаваемой дисциплины: добавляются новые темы и исключаются устаревшие и утратившие свою актуальность. В этом легко убедиться, если обратиться к учебникам физики прошлых лет и исследованиям таких авторов, как М.А. Бражников, И.В. Галузо, С.А. Крестников, Н.С. Пурышева и др. Например, в исследовании М.А. Бражникова и Н.С. Пурышевой [3] отмечается, что учебник – это отражение состояния науки и социального заказа общества. С изменением учебников и тематического планирования, происходит пересмотр и обновление учебных задач, расширение их дидактических функций.

Для примера рассмотрим учебник физики А.В. Пёрышкина и Н.А. Родиной (1969 год). Он предназначался для обучающихся 7 класса (в настоящее время – для обучающихся 8 класса), был выпущен издательством Комитета по печати при совете Министров РСФРС. Учебник состоит из семи глав: тепловые явления, теплопередача и работа; изменение агрегатных состояний вещества; тепловые двигатели; строение атома; сила тока, напряжение, сопротивление; работа и мощность электрического тока; электромагнитные явления. Общее количество параграфов, представленных в учебнике – 108, а учебных задач различных типов – 116.

Современный учебник физики А.В. Пёрышкина за 8 класс (2021 год) состоит из 4 глав: тепловые явления; электрические явления; электромагнитные явления; световые явления. В нём содержится 70 параграфов и 225 учебных задач различных типов.

Сравнение показывает, что количество учебных задач в учебнике 2021 года значительно увеличилось, а количество глав и параграфов – уменьшилось. Учебник стал компактнее, из его оглавления были убраны такие темы, как: кристаллические и аморфные тела (некоторая информация входит в параграфы «Плавление и отвердевание кристаллических и аморфных тел»), литьё металлов, сплавы, электрический ток в электролитах, электрический телеграф, электромагнитное реле, электрификация СССР и т.д. Вместе с тем, добавилось большое количество учебных задач творческого и экспериментального типов, а также проектных задач, которые в учебнике 1969 года отсутствовали; расширились дидактические функции таких задач (учебные задачи стали выполнять коммуникативную, познавательную функции, функцию моделирования, развития экспериментальных навыков обучающихся, а также функцию понимания междисциплинарных научных связей). Увеличение количества учебных задач и сокращение некоторых теоретических материалов свидетельствует о стремлении к практическому применению знаний обучающихся, а также к реализации планируемых результатов освоения школьного курса физики.

2. Цифровая трансформация образования

В ходе цифровизации система образования, а также её содержание, меняется и развивается: расширяются функции учебных задач, появляются инновационные педагогические методы и технологии обучения, формируются новые инструменты для организации учебной работы. Использование цифровых технологий позволяет сделать процесс решения учебных задач более увлекательным и доступным для понимания. В исследовании Н.А. Московцевой отмечается, что на уроках физики наиболее часто используются цифровые лаборатории. Под цифровой лабораторией автор понимает конкретное учебное оборудование с цифровыми датчиками, сигнал с которых поступает на компьютер, и обрабатывается им через соответствующую программу [4, c. 301]. При помощи цифровых (виртуальных) лабораторий, обучающиеся могут моделировать те или иные физические процессы, что помогает им подойти к пониманию условия задачи более осознанно. Особую актуальность использование цифровых технологий приобретает в процессе решения учебных задач экспериментального типа, так как с их помощью возможно уменьшить временные затраты (как со стороны учителя, так и со стороны учеников) и снизить уровень возможной опасности при работе с оборудованием. Кроме того, теоретический материал, изложенный в учебниках, часто кажется ученикам абстрактным и не имеющим прямого отношения к реальной жизни. Экспериментальные задачи позволяют школьникам наблюдать физические явления и находиться в условиях взаимодействия с ними. Н.А. Московцова обращает особое внимание на то, что использование цифровых технологий полезно не только для работы в классе, но и для самостоятельной деятельности обучающихся. В частности, учебные задачи экспериментального типа можно предложить и в качестве домашнего задания. Школьники ставят гипотезы, проводят эксперименты (даже вне школы) с физическими явлениями, решают проблему и углубляют мотивацию к изучению физики. В таком случае мы можем говорить о развитии специальной дидактической функции учебных задач – развитие экспериментальных навыков обучающихся.

Отметим, что цифровые лаборатории используются и при решении учебных задач других типов. Например, в курсе физики 9 класса при рассмотрении темы «Законы сохранения в механике» предлагается следующая задача: «Тело съезжает с наклонной плоскости, высота которой H. Найдите скорость тела у основания горки. Трением пренебречь». Данную задачу можно решить при помощи реального эксперимента или при помощи эксперимента с использованием цифровой лаборатории, что сэкономит время подготовки учителя к уроку и сократит время его проведения. Стоит сказать о том, что практика частого использования информационно-коммуникационных технологий в процесс обучения требует разработки новых типов учебных задач, а значит и расширения их дидактических функций. Такое развитие дидактических функций школьных учебных задач делает процесс их решения более интерактивным, интересным и доступным для современного подрастающего поколения. Отметим, что вопрос проектирования учебных задач различных типов остаётся актуальным и востребованным. Ему посвящают свои труды О.В. Акулова, А.А. Вербицкий, И.А. Зимняя, В.М. Заславский, С.А. Писарев, В.В. Сериков, Е.А. Тебенькова и др. Используя современные учебные задачи различных типов, педагог может подобрать задания, направленные на развитие необходимых компетенций обучающихся и их навыков решения проблем, происходящих в реальной жизни. Применение задач, отражающих жизненные ситуации и современные научные достижения, помогает школьникам увидеть практическую ценность рассмотренного материала, что оказывает положительное влияние на мотивацию к изучению физики. Таким образом, современные технологии предоставляют новые возможности для проведения экспериментов (в классе с учителем и дома без него) и решения учебных задач. Виртуальные лаборатории и различные интерактивные инструменты позволяют создавать сложные и интересные задачи, даже при ограниченных ресурсах. Эти технологии делают процесс обучения более динамичным и захватывающим, привлекая внимание обучающихся и поддерживая их интерес к предмету.

3. Интенсивное развитие образовательной практики

В исследовании М.А. Брижан [1] отмечается, что в настоящее время система образования развивается в рамках расширения педагогического творчества. Этому предшествовало принятие ФГОС, в котором определены требования к структуре образовательной программы, условиям её реализации и освоения. Современные педагогические инновации включают использование таких методов обучения, как групповые проекты, деловые игры и мозговой штурм [5]. Учебные задачи в этом контексте становятся более интерактивными и направленными на работу в группах, развитие коммуникативных навыков и совместного решения проблем. Всё это находит отражение в структуре, содержании и функциях учебных задач. В этом контексте можно говорить о развитии коммуникативной дидактической функции. В качестве примера рассмотрим следующую учебную задачу: «Рассчитайте стоимость поездки на автомобиле от города Архангельск до Москвы». Обучающимся необходимо выяснить расход топлива автомобиля на 1 км, узнать стоимость бензина, уточнить расстояние между заявленными городами. Далее группе школьников предлагается ряд заданий: сформулировать условие задачи исходя из полученных данных, сделать краткую запись условия, представить необходимые формулы для расчётов, выполнить вычисления, проанализировать полученные данные и сделать выводы. Представленное выше задание является достаточно трудоёмким для одного человека, поэтому предлагается группе школьников. Работая над этой задачей, ученики учатся творчески и критически мыслить, развивать коммуникацию, взаимодействие и сотрудничество.

Кроме того, в настоящее время происходит увеличение проектов, направленных на исследование той или иной физической ситуации, а также кейсов, в состав которых входят физические задачи различного уровня сложности, объединённых одной темой. Например, кейс по решению задач на тему «Прямолинейное равноускоренное движение» в школьном курсе физики 9 класса. В нём учебные задачи идут последовательно от простых (где необходимо применить только что рассмотренную формулу ускорения) к сложным (где необходимо решить комбинированную задачу на два вида движений с применением нескольких действий и формул). Кейсы, состоящие из физических задач, можно дать как группе школьников, так и индивидуально каждому ученику. В таком случае, происходит реализация не только контрольно-оценочной и развивающей функции учебных задач, но и познавательной, коммуникативной функции.

Немаловажную роль в изменении учебных задач и их дидактических функций играет педагогическая поддержка интеграции знаний из различных учебных дисциплин. Таким образом, учебные задачи становятся междисциплинарными, что способствует формированию целостного научного мировоззрения и развитию способности применять знания не только по одному предмету. Широкое внедрение междисциплинарных исследований в школьное образование требует обновления содержания учебных задач, в том числе, в курсе физики и расширения дидактических функций, которые данные учебные задачи реализуют. Так, в настоящее время можно отметить возникновение специальной дидактической функции учебных задач естественно-научного блока – понимание междисциплинарных научных связей. В качестве примера можно привести задачу по ядерной физике в курсе физики 9 класса, условие которой выглядит следующим образом: «Радиоактивный изотоп нептуния  испытал один а-распад. Определите массовое число нового изотопа». В процессе решения такой задачи, ученики могут проследить взаимосвязь между физикой, химией и биологией (вспомнят основы химии, ядерной физики, обсудят биологическое действие радиации на живой организм).

4. Современные достижения науки и техники

Эволюция учебных задач по физике и их дидактических функций непосредственно связана с современными достижениями науки и техники. Данный факт имеет историческую окраску и его можно проследить, обращаясь к учебникам физики прошлых лет. В исследовании М.А. Бражникова [6] отмечается, что учебник представляет собой модель обучения на практике и модель (идеализированный объект) при реконструкции практики обучения в данное историческое время. В рамках нашего исследования проанализируем учебники физики двух авторов – Э.Х. Ленца и А.В. Пёрышкина.

Учебник Э.Х. Ленца «Руководство физики», выпущенный в 1856 году для военных академий, охватывает все существующие разделы физики того времени. Он написано полно и максимально подробно, содержит в себе 11 глав и 282 параграфа, но не подразумевает учебных задач для самостоятельного решения обучающимися (в учебнике всего 3 задачи количественного типа для самостоятельного решения). Данный учебник имеет теоретическую направленность, но, в то же время, содержит большое количество примеров, показывающих важность применения физики на практике. Это свидетельствует о том, что уже в 19 веке авторы обращались в учебном процессе к реальному миру обучающихся. М.А. Бражников и Н.С. Пурушева отмечаются, что «Руководство физики» Э.Х. Ленца сочетает в себе изящный литературный язык и строгость научной мысли [7, c. 174].

В более поздних учебниках физики (рассмотрим для примера учебник А.В. Пёрышкина послевоенного периода) наблюдается сокращение тем, их обновление, увеличение количества учебных задач, изменение их содержания с акцентом на достижения науки и техники, а также на труды отечественных учёных, повлиявших на мировую науку. Например, учебник физики за 6 класс (ныне – 7 класс), изданный в 1960 году, содержит 6 глав и 133 учебные задачи различных типов. В рамках нашего исследования данный учебник представляет особый интерес, так как во время его издания (1960-е годы) в школьные программы активно включались темы, связанные не только с законами классической физики, но и с элементами специальной теории относительности. Несомненно, введение в школьные учебники физики данной темы способствовало развитию школьных учебных задач: изменились тематика, подход к представлению информации и т.д. Отметим, что авторы школьных учебников обращают внимание на современные достижения физики, что накладывает отпечаток и на учебные задачи, которые они содержат.

Внутренние факторы, влияющие на эволюцию учебных задач и их дидактических функций

К внутренним факторам нами были отнесены познавательные и образовательные потребности обучающихся.

1. Познавательные потребности обучающихся

При обучении физике в школе важнейшей задачей учителя является мотивация к учению, особенно в среднем звене, когда наступает один из кризисов у обучающихся, обусловленный как физиологическим и психологическим взрослением, так и расширением круга изучаемых учебных предметов, что даёт серьёзную нагрузку на психику. Учитель физики на уроках в идеале должен дать модель поведения при решении возникающих перед учеником проблем. Отличной областью моделирования такого поведения является процесс решения физических задач, где на достаточно простом логическом уровне закладываются основы такого поведения применительно к широкому кругу явлений не только материального мира. В связи с этим развитие познавательного интереса обучающихся на этапе решения физических задач является интересной научно-методической проблемой, занимающей важное место в практике учителей-предметников, и является предметом современных исследований.

Так Т.Н. Гнитецкая и И.И. Анкудинов [8] отмечают, что одной из важнейших предпосылок эффективного обучения физики является мотивированность обучающихся к её изучению. Кроме того, они акцентируют внимание на то, что в настоящее время необходимо искать новые методы обучения, которые бы обращались к неисчерпаемым мыслительным возможностям и памяти обучающихся. В исследовании А.В. Коцкович, А.А. Макеева, О.В. Рымкевича [9] рассматривается проблема развития познавательного интереса у обучающихся при изучении физики. Авторы обращают внимание на то, что отсутствие какой-либо заинтересованности у учеников свидетельствует о недостатках в организации обучения данному предмету. Многие современные исследователи в области психологии посвящают свои труды развитию познавательного интереса и вовлечённости обучающихся к изучению физики через решение учебных задач, что особенно актуально в рамках нашей работы. По мнению И.Н. Павлишиной [10], одним из эффективных средств и методов повышения интереса к физике является процесс решения учебных задач.

Таким образом, учебные задачи могут быть средством для развития познавательного интереса обучающихся к изучению физики. Следовательно, мы вновь можем говорить о познавательной дидактической функции учебных задач. Отметим, что рост познавательного интереса к физике через решение учебных задач возможен только в том случае, если школьники не будут бояться выходить к доске. Подчеркнём, что для многих учеников процесс решения учебных задач по физике является достаточно трудоёмким. Обучающиеся боятся выходить к доске, делать ошибки и получать негативную оценку со стороны педагога. Поэтому учителям важно учитывать негативные эмоции школьников, которые могут возникнуть в процессе решения задачи и минимизировать их для создания благоприятной учебной среды и развития познавательного интереса к изучению данного предмета. Подтверждение нашего мнения находим в работе И.В Ковязина и Л.В. Пилипец [11], которые подчёркивают, что эмоции являются регулятором мыслительной деятельности и определяют её результат, поэтому современному педагогу необходимо опираться на эмоционально-смысловой компонент учебной деятельности. Обратим внимание на тот факт, что данный компонент нужно учитывать и составителям учебных задач: условие задачи нужно сформулировать таким образом, чтобы ученики испытывали положительные эмоции, интерес и желание данную задачу решить.

2. Образовательные потребности обучающихся

Процесс цифровизации, о котором говорилось ранее, накладывает свой отпечаток и на направления подготовки, которые выбирают школьники для своего дальнейшего обучения в вузах страны. Как отмечают представители Минобрнауки и Минпросвещения в 2024 году самыми популярными у абитуриентов направлениями подготовки по-прежнему остаются медицина, педагогика, инженерно-технические и IT специальности, а также направления подготовки, связанные с сельским хозяйством. Для поступления на большинство из этих направлений необходимы знания в области физики, что привело к росту числа желающих сдавать ЕГЭ по физике. Отметим, что данный экзамен состоит исключительного из задач различных типов, поэтому, работая со школьниками, учителя физики делают упор на учебные задачи, которые могут войти в экзамен. Таким образом, запросы общества на определенные знания и навыки формируют направления развития учебных задач. Сами они могут меняться, а их дидактические функции расширяться за счёт современных тенденций выбора выпускниками направлений подготовки и их представлений о реальных условиях труда.

Подводя итог, отметим, что на развитие учебных задач в школьном курсе физики оказывает влияние множество факторов. В рамках настоящей статьи мы выделили внешние и внутренние факторы, совокупность которых, на наш взгляд, обеспечивает динамическое развитие учебных задач и расширение их дидактических функций, что приводит к всестороннему развитию обучающихся, их познавательному интересу к изучению физики. Кроме того, важно подчеркнуть, что в условиях быстро меняющегося мира, учебные задачи становятся инструментом для подготовки обучающихся к решению проблем в их реальной жизни. Получая ту или иную задачу, школьники учатся рассматривать её условие с различных сторон, предлагают возможные (порой нестандартные) варианты её решения, экспериментируют и пробуют, не сдаются. Данные навыки способствуют адаптации учеников к новым условиям жизни, ведь столкнувшись с какой-либо проблемой, они смогут подойти к её решению многогранно и осознано.

Список литературы

1. Брижан М.А. Государственная политика в сфере общего образования // Научно-методический электронный журнал «Концепт». 2018. № V.1. C. 1–6.
2. Об образовании в Российской Федерации: федеральный закон от 29.12.2012 № 273–ФЗ // Информационно-правовое обеспечение «Гарант». URL: http://base.garant.ru/70291362/ (дата обращения 15.08.2024).
3. Бражников М.А., Пурышева Н.С. История учебника физики как модель развития методики обучения физики в России // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: образование, педагогические науки. 2019. № 3. С. 33–41.
4. Московцева Н.А. Использование цифровых технологий на уроках физики: проблемы и перспективы: сборник трудов конференции // Цифровая трансформация современного образования: материалы Всерос. науч. конф. с междунар. участием (Чебоксары, 2 ноября 2020 г.). Чебоксары: ИД «Среда», 2020. С. 300–303.
5. Яковлев Е.В., Яковлева Н.О. Интерактивные методы обучения в современном вузе // Современная высшая школа: инновационный аспект. 2011. № 3. С. 56–62.
6. Бражников М.А. Становление и развитие методики обучения физике в России в XVIII – начале ХХ веков // Педагогическое образование в России. 2023. № 3. С. 8–20.
7. Бражников М.А., Пурышева Н.С. Современный учебник физики. По страницам зарубежных учебников // Педагогическое образование в России. 2023. № 2. С. 165–181.
8. Гнитецкая Т.Н., Анкудинов И.И. Влияние предметных связей на когнитивную эффективность изучения физики // Вестник Томского государственного университета. 2022. № 477. С. 178–190.
9. Коцкович А.В., Макеев А.А., Рымкевич О.В. Развитие познавательного интереса у обучающихся в ходе изучения курса физики // Мир науки, культуры, образования. 2021. № 1. С. 114–117.
10. Павлишина И.Н. Качественные задачи по физике как активный метод обучения // Вестник науки и образования. 2019. № 17. С. 64–67.
11. Ковязин И.В, Пилипец Л.В. Эмоциональная активация решения учебных задач при обучении физике // Современные наукоемкие технологии. 2016. № 6(1). С. 145–149.