5. Проблемные ситуации при довузовской подготовке

К оглавлению
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 

         Все виды занятий, включая лекционные, на подготовительном отделении и факультете довузовской подготовки проводятся в группах слушателей. Это облегчает диалог преподавателя и студента, позволяет внедрить в его содержание проблемы и противоречия, которые возникают при изучении курса, и рассматривать их в едином учебном процессе, вынося постановку и разрешение проблем на разные виды занятий в группе.

        Предварительный анализ содержания курса и знакомство с контингентом обучаемых позволяет выявить и систематизировать проблемы, оценить готовность слушателей к их восприятию. Обнаруженная общая нехватка тех или иных знаний дает возможность создания проблемных ситуаций. Формулировки некоторых из них, а также способы их разрешения рассмотрены ниже ([31], С. 93-94).

 

        В кинематике поступательного движения неожиданным для слушателей оказывается вопрос о знаке ускорения тела, брошенного вертикально вверх, на разных участках траектории, соответствующих замедленному или ускоренному движению. Кажется проблематичной также и возможность движения двух материальных точек с разными по величине и одинаково направленными скоростями, при условии, что точки остаются, тем не менее, на постоянном расстоянии друг от друга; эта проблема легко разрешается при рассмотрении концентрического вращательного движения точек.

 

        Применение третьего закона динамики Ньютона к двум контактирующим абсолютно твердым телам приводит к противоречию в предположении, что сила, действующая на одно из тел, полностью передается другому, соответственно вызывая равную по величине и противоположную по направлению силу противодействия. Таким образом, силы, действующие на первое тело, окажутся уравновешенными и его ускорение должно быть равно нулю, что противоречит наблюдаемому движению.

        Противоречивой оказывается попытка определения движения тела по наклонной плоскости из законов динамики, конкретный пример рассмотрения которого предполагает задание параметров (угла наклона, коэффициента трения, приложенной силы), которые реализуют только статический случай.

 

        На лекциях по электростатике может быть сформулирован вопрос, почему наэлектризованные эбонитовая или стеклянная палочки притягивают кусочки бумаги, а клеммы заряженного аккумулятора или гальванического элемента такого действия не оказывают. Проблема разрешается на практических занятиях при расчете величин напряженности и потенциала электростатического поля, необходимого для преодоления силы тяжести даже столь малых предметов. Проблемными окажутся для слушателей предположения о возможном притяжении одноименно заряженных тел и действии наэлектризованной палочки на магнитную стрелку, которые разрешаются при рассмотрении явлений, объясняемых электростатической индукцией.

 

        Можно продемонстрировать несложную экспериментальную ситуацию: лампочка от карманного фонарика, соединенная последовательно с обычной лампочкой накаливания, перегорает при включении этой цепи в сеть, но может светить не перегорая, если ее подключить последовательно к уже горящей лампе накаливания. Возникающая при этом проблема становится отправной точкой для обсуждения вопроса о зависимости сопротивления проводников от температуры.

        В соответствии с законом Фарадея, масса выделившегося на электродах вещества пропорциональна силе тока и времени электролиза. Затраченная же на это энергия пропорциональна еще и приложенному напряжению, поэтому представляется возможным, что она может оказаться небольшой при достаточно малом напряжении между электродами. Это кажется вступающим в противоречие с законом сохранения энергии, например, при электролизе воды, когда образовавшаяся смесь позволит выделить значительную энергию при ее взрыве.

 

        Утверждение, что сила Лоренца не совершает работы, приводящее к противоречию и разрешаемое в вузовских учебниках при определении работы силы Ампера (суммы сил Лоренца), позволяет создать проблемную ситуацию и для слушателей подготовительного отделения. Она возникает, например, при рассмотрении движения в магнитном поле двух разноименных зарядов, связанных между собой легкой пружиной. Под действием силы Лоренца пружина будет растянута, что сообщит ей дополнительную потенциальную энергию, источник которой покажется неопределенным.

 

         Разрушает обыденные представления утверждение о неизменности внутренней энергии помещения при повышении температуры в нем, хотя это и подтверждается уравнением состояния газа, Столь же непривычен оказывается вывод о расходовании всей энергии, потребляемой холодильником, на нагревание помещения, в котором он находится.

Подобные проблемные ситуации активизируют учебный процесс в целом, позволяют устанавливать связи между лекционным курсом, практическими и лабораторными занятиями, пробуждают познавательную активность слушателей, направляют ее на приобретение глубоких и прочных знаний.

 

        Проблемные ситуации всегда дополняют информационное изложение. Их постановка строится на уже усвоенном учебном материале, применить который к предложенной ситуации не удается лишь потому, что это требует некоторого отказа от сложившихся представлений или от их догматического использования. Педагогика сотрудничества, побуждение к поиску, развитие самостоятельного мышления - все это приносит больше плодов, чем полное управление учебным процессом. Довузовское проблемное обучение позволяет устранять и многие недостатки школьной подготовки [47], связанные со способами усвоения учебного материала. В Славянском педагогическом институте была сделана попытка оценить его эффективность ([32], с. 95-96). Почти на 40% при этом повышались уровень и владение знаниями, на 50% самостоятельность, интерес к предмету к предмету и физическое мышление, более чем на 60% творческая активность.

 

        Проектированию проблемных ситуаций при довузовской подготовке во многом способствует анализ затруднений и ошибок на вступительных экзаменах в вузы. Они вызываются не только слабым усвоением школьного курса и привитым эмпирическим мышлением, но и не всегда физически грамотным рассмотрением некоторых вопросов в школьных учебниках и учебных пособиях. В отличие от учащихся школ контингент слушателей гораздо более однороден как по способностям, так и по мотивации к сознательному изучению дисциплины, что позволяет с большим успехом усложнять методику учебной работы. Как известно, именно неоднородность обучаемых стала препятствием к внедрению проблемного обучения в общеобразовательных школах [35].

        В преподавательской деятельности получили широкое применение разные способы создания и разрешения проблемных ситуаций ([30], С. 82-84). Здесь и сообщение отдельных ранее неизвестных слушателям фактов, использование противоречия между ними и имеющимися знаниями, ошибочные оценки и суждения обучаемых, попытка объяснения фактов на основе известных уже теорий, выдвижение и проверка гипотез, предоставление слушателям возможности самостоятельно найти решение проблемы, использовать дополнительную литературу. Успешно применяются физические парадоксы, софизмы, экспериментальные задания, занимательные задачи (там же, С. 143-144). В диалогической форме обучения используются сократовские беседы, включающие постановку вопроса, способствующего возникновению проблемной ситуации, наводящий вопрос и подсказку. Наводящий вопрос предназначен для актуализации памяти обучаемого на решение проблемы, понижение меры ее сложности до уровня, допускающего ее разрешение обучаемыми; дальнейшее снижение этой меры дает неполная подсказка, не содержащая окончательного решения ([30], с. 215). Источником проблемной ситуации иногда оказывается столкновение житейского опыта или так называемого здравого смысла с научными данными.

 

        Так, очень трудно воспринимается утверждение, что для перевода искусственного спутника Земли на более низкую орбиту необходимо увеличивать его скорость, а не уменьшать, как это кажется само собой разумеющимся. Еще более парадоксальным покажется утверждение, что при вхождении спутника в атмосферу благодаря сопротивлению воздуха его скорость также увеличится. С трудом удается признать, что в заполненном жидкостью закрытом сосуде давление жидкости на дно возрастает вдвое после того, как маленький пузырек воздуха поднимется со дна на поверхность. Сильные сомнения в правильности результата возникают и в самых простых ситуациях.

 

        Так, увеличение на один метр длины провода, опоясывающего земной шар и футбольный мяч, приводит к одинаковому радиальному зазору между новым и старым положениями. Если вначале влажность огурцов составляла 99 процентов, то усушка всего на один процент приводит к уменьшению их массы наполовину. Противоречит здоровой интуиции и простой расчет разницы в доходе двух систем оплаты: при одинаковой начальной плате 18000 долларов в год одна из них гарантирует ежегодную прибавку в 2000 долларов, а вторая - по 500 долларов каждые полгода и, оказывается, как ни странно, на столько ежегодно выгодней [22]. Уверовав в принцип относительности Галилея, ни один учащийся не сможет объяснить, почему при рассмотрении движения скатывающихся с горы санок в инерциальной системе отсчета, движущейся с их конечной скоростью, их полная механическая энергия после скатывания стала равна нулю, а до него была вдвое больше потенциальной, в то время как в неподвижной системе полная энергия остается постоянной. "Научные истины всегда парадоксальны, если судить на основании повседневного опыта, который увеличивает лишь обманчивую видимость вещей", - отмечал К. Маркс.

        Довузовская подготовка отличается от школьной, главным образом, тем, что учебный материал для слушателей уже не является новым, поэтому проектирование проблемных ситуаций по принципу новизны, как это делается большинством учителей ([32], С. 170), оказывается практически невозможным. Из использующих метод проблемного обучения учителей лишь седьмая часть применяет его для повторения и закрепления учебного материала. Однако ограниченность личной практики обучаемых, неглубокое постижение ими парадоксального мира науки, в сочетании с их активным и целенаправленным стремлением к знаниям позволяет усложнять методику учебной работы, вскрывая противоречия как в знаниях слушателей, так и в усвоенном ими ранее учебном материале.

 

        Подавляющее большинство вузов уже перешли на письменную форму вступительных экзаменов, в которой почти не оставлено места репродуктивному воспроизведению усвоенного, да и оценивается оно достаточно критично. В экзаменационных билетах преобладают задачи разных уровней сложности и желание разобраться во всех тонкостях подходов к их решению, какими бы прагматичными целями оно не обосновывалось, заставляет именно на их основе строить учебный процесс во всей его необходимой полноте и целостности.

 

        Переход к теоретическому обобщению от практической задачи, в которой всегда есть требующая теоретического анализа проблема, это основной прием проектирования и разрешения проблемных ситуаций при довузовской подготовке. Надо еще учесть, что за исключением подготовительных отделений все другие виды довузовской подготовки, как правило, обходятся без лабораторных работ, этот недостаток восполняется разве что мысленными учебными экспериментами. Методоблочная структура учебного материала ([32], С. 152) позволяет планировать изучение блок-темы, выбирать средства разрешения проблемных ситуаций, сравнивать разные подходы. Обязательный выход на практику применения получаемых знаний переводит их на уровень умений и навыков, а регулярный тематический контроль обеспечивает необходимую обратную связь, В вузовской практике уже сложилось мнение, что проблемный подход может занимать около четверти учебного времени ([31], С.188).

        Большая доля проблемности утомляет слушателей, их внимание рассеивается, умственное напряжение имеет свои пределы. В каждой блок-теме достаточно выделить несколько ключевых вопросов, на которых требуется заострить внимание, а то, что и так достаточно ясно и просто, стоит лишь напомнить или изложить в информационном плане, сопровождая необходимыми объяснениями и иллюстрациями.

 

        Не повторяя уже изложенного, опишем по возможности кратко те проблемные ситуации, которые будут способствовать не только активизации слушателей, но и более глубокому пониманию ими сущности физическим понятий, явлений, моделей в порядке следования тем и разделов, предусмотренном минимумом содержания среднего полного общего образования или типовой программой. Уже понятие средней скорости потребует уточнения. Во-первых, эта величина не является векторной вопреки утверждениям многих школьных и вузовских учебников. К противоречию приведет применение к ней уже упоминавшегося закона сложения векторов: в простейшем случае, двигаясь в одну сторону со средней скоростью 6 м/с в течение 4 с и обратно со средней скоростью 4 м/с в течение 6 с, вернемся в исходную точку, векторы перемещения и средней скорости равны нулю, а векторная сумма средних скоростей оказывается отличной от нуля, ее модуль 2 м/с. Правильный расчет скалярной средней скорости дает 4,8 м/с (отношение полного пути 48 м ко времени прохождения 10 с). Дополнительно к этому можно, начав с проблемной ситуации ([32], с. 181), показать, что средняя скорость не может превышать удвоенного значения наибольшей из них, поэтому не все исходные данные в задачах будут корректны.

 

        Векторное сложение скоростей и ускорений, в отличие от сложения сил и перемещений, не имеет физического смысла, так как в каждой системе отсчета точка имеет лишь одну скорость и одно ускорение. Противоречие, к которому приходим при рассмотрении поднятия груза двумя канатами, составляющими между собой некоторый угол, описано О.С. Руденко ([31], С. 40-41). Имеет смысл лишь разложение векторов скорости и ускорения на составляющие их компоненты, о чем забывает исторически сложившаяся терминология (касательное и нормальное ускорения). Не все просто и в разных системах отсчета. Так для очень многих (если не для всех) слушателей окажется весьма затруднительной попытка разъяснить смысл относительной скорости движения, скажем, находящихся почти на одном меридиане городов Хельсинки и Найроби. Их линейные скорости направлены в одну сторону, но различаются в два раза, а разность составляет 230 м/с, хотя они и находятся все время на одном и том же расстоянии друг от друга. Предстоит задуматься над тем, в каких системах отсчета определены значения этих скоростей. В похожем виде эта проблема сформулирована В.С. Малых ([31], с. 71-72), разрешение нашла в его докладе. Кратко можно сказать, что с указанной выше скоростью один город движется вокруг другого в его системе отсчета.

        При рассмотрении силы трения возникают проблемные ситуации, основанные на том, что практика автовождения противоречит закону Кулона-Амонтона: сцепление с дорожным полотном зависит все же от площади поверхности соприкосновения, а тормозной путь отличается от расчетного почти вдвое ([30], С. 133-134). На неполном знании слушателей может быть построено противоречие при качении тел вращения по горизонтальной поверхности, когда сила трения, казалось бы, должна замедлять движение, а ее момент, однако, ускоряет его. Противоречие разрешается введением в рассмотрение силы трения качения, момент которой также тормозит движение. При обучении в школе у слушателей прочно закрепляется убеждение, что работа сил трения всегда отрицательна, т.е. она ведет только к уменьшению кинетической энергии движущихся тел, хотя именно благодаря трению о землю происходит движение транспортных средств и живых существ.

 

        Так, в тупик многих ставит предложение указать направление силы трения при ходьбе с постоянной скоростью: если оно противоположно скорости, то будет уменьшать ее, если направлено в ту же сторону, то увеличит ее. Разрешает противоречие наличие у человека двух ног, одна из которых отталкивает землю в начале каждого шага, а другая в конце; одновременно выясняется и причина неравномерности движения. Такой подход опровергает заблуждение авторов многих учебных пособий о наличии в природе каких-то сил тяги - это как раз и есть силы трения ведущих колес о землю, именно они ускоряют движение при разгоне автомобилей, уравновешивают силы сопротивления при движении с постоянной скоростью и т.д.

 

        В школьных учебниках нет единства в формулировках закона Архимеда для жидкостей и газов: выталкивающая сила в одних определяется весом вытесненных жидкости или газа, а в других - силой их тяжести ([31], С. 76). Эту проблему можно, конечно же, разрешить при рассмотрении действия закона в неинерциальной системе отсчета, однако, думается проще напомнить, что вес это сила, с которой тело действует на опору, в данном случае на жидкость, а выталкивающая сила действует со стороны жидкости на тело, они равны согласно третьему закону динамики Ньютона в условиях равновесия.

        К числу заблуждений, которыми грешат даже участники конференций по проблемному обучению [31], относится утверждение о некорректности постановки задач о канате, который тянут с двух сторон с разными силами. Блестящее противоречие такого рода раскрывается при замене каната динамометром, который на своей шкале показывает, насколько растянута его пружина ([31], С. 109 -111).Разрешать противоречие и опровергнуть заблуждение по силам слушателю, который знает твердо, что под действием суммы приложенных сил любое тело, в том числе и канат и динамометр, приобретают ускорение.

 

        Проблемную ситуацию о несохранении механической энергии в сообщающихся сосудах уместно использовать в качестве введения в рассмотрение физики колебаний и их энергии. Без их учета простой расчет дает, что потенциальная энергия жидкости, собранной в одном сосуде, вдвое больше ее энергии в положении равновесия, когда уровень жидкости в сосудах одинаков. Затухание колебаний (даже периодическое) приведет к переходу их энергии в тепловую. Полностью аналогичная ситуация возникает при сравнении потенциальных энергий груза и растянутой им пружины в двух положениях: первая тоже вдвое превышает вторую. Забегая вперед, отметим, что также разрешается ситуация с исчезновением энергии зарядов в конденсаторах, поэтому разобраться с ней поможет предварительное рассмотрение более простых для понимания механических задач.

 

        Особую роль играют задачи, в которых обнаруживается несохранение энергии в разных инерциальных системах отсчета. Так, рассмотрение падения камня в системе отсчета, движущейся с его конечной скоростью, приводит к острому противоречию: в начальный момент его энергия складывается из кинетической и потенциальной, а в конечный обе они обращаются в нуль. Внимательное рассмотрение ([32], С. 60-61) показывает, что нулевой уровень потенциальной энергии в движущейся системе отсчета за время падения камня смещается как раз на величину недостающей энергии. К этому стоит добавить, что в этой системе отсчета камень падает вверх, так что работа силы тяжести при падении уже не уменьшает, а увеличивает потенциальную энергию камня. С вычислением работы в инерциальных системах отсчета всегда будет связано много парадоксов и противоречий, поскольку она не является инвариантом преобразований координат и скоростей ([32], С. 42-43), что уже отмечалось в предыдущем разделе на примере соскальзывания тела с наклонной плоскости.

        С понятием веса тела в большинстве случаев связывают направление вниз, к центру Земли, хотя его исходное определение как силы, действующей на опору или подвес, безусловно, связывает его направление с линией подвеса или действия на опору. При движении по окружности в вертикальной плоскости в верхней точке вес будет направлен вниз и может отсутствовать вовсе (невесомость), а в нижней превышает силу тяжести даже в неподвижной системе отсчета.

 

        Маленькие открытия возможны при изучении жидкостей. Сначала обнаруживается неприменимость закона сообщающихся сосудов для тонких трубок, затем возникает ряд вопросов, требующих разрешения. Например, если в капилляре жидкость поднялась на некоторую высоту, то какой столб этой жидкости может вообще быть удержан в капилляре. Оказывается, его длина будет определяться наименьшей из двух величин: удвоенной высоты поднятия или суммы высоты поднятия с длиной погруженной части трубки; в невесомости ответом будет длина трубки, а объясняется все наличием двух менисков. Сходным образом наличие двух поверхностей в пленке мыльного пузыря объясняет удвоение давления в нем, а зависимость давления от радиуса пузыря - парадоксальное увеличение большого пузыря при соединении его с меньшим.

 

        При измерении температуры возникает противоречие, общее для всех интенсивных величин ([32], С. 79-80). Температуру нельзя определить непосредственно, без термометрического тела, которое меняет какое-либо свойство при изменении температуры - давление, объем, длина, сопротивление и т.п., то есть она определяется не только состоянием измеряемого тела, а и характеристиками термометрического вещества.

        Законы электростатики, полученные для точечных зарядов, не все и не всегда применимы для реальных заряженных тел. На этом строится довольно много проблемных ситуаций. Так сила взаимодействия между ними при их сближении может даже уменьшаться, если одно из них имеет отверстие (тор), в которое проникает другое (шар). Тела могут притягиваться друг к другу, даже если заряжено только одно из них - благодаря электростатической индукции. Притягиваться могут даже одноименно заряженные протяженные тела на небольшом расстоянии, а сила взаимодействия между ними оказывается меньше, чем между разноименно заряженными при прочих равных условиях. Уже отмечалась зависимость электростатической энергии от размеров заряженных тел и связанные с этим противоречия. Особенно наглядно оно проявляется, если одно из них до соприкосновения с другим не было заряжено, и энергия их взаимодействия была равна нулю, после соприкосновения или соединения проводником стала значительно больше нуля.

 

        Тот факт, что заряды в проводнике находятся только на его поверхности, обычно связывают с их взаимным отталкиванием. Сущность факта значительно глубже, поскольку он возможен только при отталкивании строго по закону Кулона, а при самых малых отклонениях от него не имеет места, что используется во всех нулевых опытах по его проверке, начиная с Генри Кавендиша. Благодаря этому факту в опытах по электростатике проводники можно делать полыми и передавать им огромный заряд порциями изнутри (генератор Ван де Граафа).

 

        В предыдущем разделе обсуждались подробно парадоксы, связанные с изменением энергией заряженных конденсаторов при их соединении. Пожалуй, более важен парадокс, связанный с ее происхождением: ведь энергия каждой пары разноименных зарядов отрицательна, а энергия конденсатора, содержащего разноименно заряженные пластины, положительна. Связано это и в первую очередь с тем, что для зарядов кулевой уровень потенциальной энергии определен на бесконечности, а для пластин конденсатора на нулевом расстоянии, поскольку поле распределенных зарядов не имеет при этом особенностей. Потенциальная энергия взаимодействия в каждом случае определяется как работа поля по перемещению зарядов или пластин в положение с нулевой энергией. Остается сожалеть, что на эти обстоятельства в учебной литературе не обращается внимания, что ведет в рассмотренных ситуациях к острым противоречиям, разрешение которых важно для понимания существа вопроса.

        Уже в школьных учебниках следует приводить утверждение о том, что сила Ампера, действующая на проводник в однородном магнитном поле, не зависит от формы проводника, а это доказывается методами элементарной геометрии ([30], С. 121-123) приблизительно так же, как потенциальность силы тяжести или электростатического поля. Это свойство снимает проблему решения многих, казавшихся сложными, задач. С обоснованием работы силы Ампера и связанными с ней противоречиями соотносится немало проблемных ситуаций, которые доступны слушателям ([31], С. 79-80; [32], С. 57-58), об этом уже говорилось в начале раздела.

 

        Неглубоко продуманные утверждения школьных учебников о взаимосвязи векторов электрического и магнитного полей в электромагнитной волне ([32], С. 109-110) порождают много проблемных ситуаций. Каждое из полей максимально там, где скорость изменения другого равна нулю и наоборот, а обучаемым объясняют, что одно из полей тем больше, чем быстрее меняется другое. Связанные с каждым из полей части энергии волны обращаются в нуль одновременно, что противоречит утверждениям об их взаимопревращении, вполне справедливым для колебательного контура. Правильный результат получится, если в отличие от авторов цитированной выше работы, рассмотрим поля не стоячей, а бегущей волны плотности заряда в проводнике. Тогда будет видно, что максимумы магнитной индукции и напряженности электрического поля будут одновременно наблюдаться в максимумах плотности заряда, только первая будет пропорциональна еще и скорости их движения, т.е. силе тока. При этом легко убедиться, что векторы полей взаимно перпендикулярны и оба перпендикулярны направлению распространения волны.

 

        С энергией магнитного поля может быть связано не меньше проблемных ситуаций, чем с энергией электрического, поскольку обе они неаддитивны. Если вложить один в другой равные соленоиды с одинаковым направлением поля, то энергия учетверяется (вместо ожидаемого удвоения), а если направления полей противоположны, то она обращается в ноль. Проблема в том, откуда берется энергия в первом случае и куда исчезает во втором. Ее не разрешить, не вспоминая о работе внешних сил или над внешними телами. При внесении внутрь соленоида ферромагнитного сердечника энергия поля возрастает в тысячи раз, хотя работа внешних сил при этом отрицательна. Только понимание процессов в магнетике и характера изменений тока в соленоиде позволит разрешить противоречие.

        К понятию относительности магнитного поля легче подойти, если рассмотреть вопрос о его значении (показании измеряющего поле прибора) в системе отсчета, движущейся со скоростью электронов в электронном пучке, либо со скоростью дрейфа электронов в проводнике. Противоречивость результатов возникает из-за того, что относительно движущейся системы отсчета с той же скоростью дрейфа начинают двигаться положительные ионы проводника, создавая магнитное поле такой же величины.

 

        Традиционная система изучения основ геометрической, волновой и квантовой оптики имеет существенный недостаток, который заключается в их искусственном разделении и формировании ложных представлений об отсутствии у них единого предметного поля. Между тем и волновая и квантовая природа света имеют отношение к механизмам возникновения и построения изображений в оптических системах, содержащих зеркала, призмы, линзы и т.п. Само понятие светового луча, фундаментального в геометрической оптике, не моделируется предельно узкими пучками света, рассмотрение которых почти всегда приводит к противоречиям. Волновая же оптика вводит световой луч, как прямую (иногда кривую), перпендикулярную волновому фронту и этим не ставит даже вопроса о его размерах. Получение изображения в любой оптической системе является интерференционным эффектом, который не требует привлечения геометрической оптики. Но преобразование волновых фронтов в оптических системах сопровождается соответственным преобразованием и нормальных к ним лучей, что, как следствие, ведет к геометрическим законам этих преобразований, одновременно устанавливая границы их применимости.

 

        Введение предусмотренного обязательным минимумом содержания среднего (полного) общего образования изучения теплового излучения внесет в обучение проблемные ситуации, разрешение которых затруднено даже в курсе общей физики вуза ([31], С. 57-59). К ним приводит, в частности, распространение законов равновесного теплового излучения на любые другие виды, что приводит к утверждениям даже вузовских учебников о том, что раскаленный фарфор будет темнее покрытых черной сажей его участков, а так же рассуждения о быстрейшем остывании темной чашки по сравнению с блестящей. Опыт не подтверждает этого хотя бы потому, что максимум излучения теплых тел лежит в далекой инфракрасной области, где обе чашки скорее всего одного цвета. Гипотезу квантов в проблемном ключе уместной выдвигать для разрешения противоречий опытных законов фотоэффекта с волновой теорией света. На языке фотонов более доступно и понятно объяснение светового давления, его зависимости от коэффициента поглощения среды, а тепловые радиационные эффекты настолько могут запутать простую ситуацию, что окажется, что демонстрационный радиометр будет вращаться в сторону, противоположную вызываемой световым давлением ([30], С. 126-127).

        Надо сказать, что изучение квантовой физики в школе вынужденно поверхностно и репродуктивно. Оно сопровождается решением весьма простых типовых задач, поскольку глубина изучения учебного материала не позволяет затрагивать сколько-нибудь серьезные проблемы. На трех весьма представительных конференциях по проблемному обучению [30-32] лишь в одном докладе ([30], С. 120-121) использовано проблемное обучение при введении понятия энергия связи ядра, да и оно, по сути, не основывается прямо на квантовых эффектах, хотя весьма удачно позволяет связывать причину выделения или поглощения энергии в ядерных реакциях с энергией связи ядер.

 

        Остается лишь сожалеть, что самый современный раздел курса, где еще на слуху отголоски борьбы идей, споров гигантов научной мысли, где более всего имеется реальных противоречий в самом учебном материале, представлен в учебном курсе как лишенный каких-либо проблем. Этот недостаток может быть восполнен при довузовской подготовке, перечень проблемных ситуаций был дан в докладе автора ([31], С. 93-94), часть их приведена в начале раздела. При этом, конечно же, не удается затрагивать глубинные сущности квантовых явлений, касаясь только их основ на доступном для понимания уровне.

 

        Приведем здесь лишь один характерный пример проблемной ситуации общефизического уровня: из свойства зарядовой независимости ядерных сил, казалось бы, следует, что кроме дейтрона должны существовать также связанные состояния двух протонов или двух нейтронов. Объяснить их отсутствие может не упоминаемая в учебниках особенность ядерных сил, а именно их существенная зависимость от ориентации спинов нуклонов, благодаря которой связанное состояние возможно только при их параллельности, оно то и невозможно для тождественных частиц.

        Содержание среднего общего образования непосредственно не ориентировано на подготовку к поступлению в вузы. Согласно закону Российской Федерации "Об образовании", оно направлено на обеспечение самоопределения и создание условий для самореализации личности, однако образовательным стандартам вменяются преемственность в обучении и гарантирование защиты прав граждан на получение всех видов образования на конкурсной или платной основе. Тем не менее, требования к уровням подготовки в школах и разных вузах остаются достаточно рассогласованными. Недостаточность школьной подготовки абитуриентов отмечается всеми техническими вузами страны [47], особенно по дисциплинам естественнонаучного цикла, т.е. по физике, математике, химии, биологии.

 

        Причины лежат в рассогласованности, как содержания учебных программ, так и требуемых уровней владения учебным материалом, в отсутствии или недостатке самостоятельности мышления, его по большей части репродуктивном характере, низкой математической культуре, преимущественно формальном или даже формульном подходе к решению физических задач, неглубоком проникновении в сущность изучаемых явлений. Невысокая общая культура сказывается в слабости вербальной интерпретации решений, что особенно проявляется в письменных работах, когда уже нет возможности вытянуть рассуждение и обоснование. Все это в значительной мере влияет на готовность абитуриентов к обучению в высших учебных заведениях. В целях устранения разрыва требований, профессиональной ориентации молодежи, повышения качества подготовки в вузах были созданы факультеты довузовского обучения и образования. В сельскохозяйственных учебных заведениях на них возложено и смягчение социальных диспропорций, образовательного разрыва города и села.

 

        Факультеты довузовской подготовки дополнили, а в ряде вузов и заменили систему подготовительных отделений, значительно расширили масштабы ее работы. Подготовка слушателей состоит в повторении, систематизации, обобщении и углублении знаний, необходимых для успешного освоения вузовских программ. Довузовская подготовка призвана также формировать, развивать и корректировать профессионально значимые качества слушателей, проводить их адаптацию к последующему обучению. Проблемное обучение позволяет преодолевать многие субъективные факторы, такие как отсутствие навыков активного поведения, неумение выразить свою мысль, боязнь ошибиться. Оно делает процесс учения близким к научному познанию - не пополнять свой ум чужим знанием, а соучаствовать в их открытии и переоткрытии, двигаться от незнания к знанию естественным путем, не накапливать без видимой цели знания впрок, а генерировать и получать действительно необходимое как итог собственной деятельности.