Многократные проверки показывают, что содержание ответов учащихся на-принципиальной важности: вопросы об основных законах природы, строении и свойствах вещества, атомно-молекулярных представлениях, общих явлениях живой и неживой природы существенно меняются в зависимости от того, на каком именно уроке (физики, химии, биологии) они заданы. Например, на уроках физики движение электронов в атоме представляют, используя понятие об орбитах, а на уроках химии — прибегая к образу электронного облака. Ни учебник физики, ни учебник химии не разъясняют, что модель орбиты была введена на начальном этапе развития атомной физики, и что модель электронного облака— позднее представление, более верно описывающее электронную структуру атома. Поэтому в сознании учащегося «для учителя химии» будет один образ атома, а «для учителя физики» — другой. В итоге получаем разобщение учебных предметов и незаинтересованность в их изучении. Очевидно, что в рассмотренном выше случае необходима координация действий учителей физики и химии. Можно привести еще ряд примеров, иллюстрирующих вред, приносимый школе разобщенностью учебных предметов. Так, все понимают, что нельзя дать представление о серьезности экологических проблем, не используя материала практически всех школьных дисциплин, однако напрасно искать экологические вопросы в учебниках физики, химии, географии; их там практически нет: ведь экология отдана «на откуп» биологии. Принято считать, что симметрия — понятие геометрическое и как таковое рассматривается только в геометрии, поэтому на уроках физики, химии, биологии, географии не уделяется внимания принципу симметрии — одному из важнейших методологических принципов современного естествознания.

Разобщенность школьных предметов привела к тому, что при изучении каждого принимается во внимание главным образом его логика, при этом логика учебно-воспитательного процесса часто отодвигается на второй план. Так, на уроках географии в VI классе учащиеся оперируют понятиями «атмосферное давление», «конвекция», «теплопроводность», «фазовые превращения»; но учитель физики VIII класса будет рассказывать как бы заново и притом описательно обо всех этих явлениях; неважно, что ребята многое знают, главное, этот рассказ отвечает логике построения учебного предмета «физика». Еще пример: казалось бы, давно следовало ввести в курс физики X класса ознакомление с энтропией: без этого трудно объяснить направленность процессов энергообмена; значит, нужны понятия «логарифм» и «показательная функция», однако математикам нет дела до нужд физиков; согласно логике построения своего предмета они изучают эти понятия лишь в XI классе. Так, и «занимается» каждый учебный предмет в основном сам собой; так и «варится» школа в собственных, ею же порожденных проблемах.

Где же выход из создавшегося положения? Как покончить с разобщенностью школьных предметов? Как возродить интерес молодежи к обучению? Как сделать школу привлекательной и повернуть ее лицом к жизни? Эти и подобные им вопросы находятся сегодня в фокусе внимания всего нашего общества. Ситуация очень непростая.

Мне представляется, что общественный вклад в решение названных вопросов мгла бы внести перестройка преподавания естественных предметов на основе и н т е г р а т и в н о-г у м а н и т а р н о г о п о д х о д а.

Говоря о интегративно-гуманитарном подходе, я выделяю два компонента -интеграцию и гуманитаризацию. Сразу же подчеркну, что оба они взаимосвязаны: один без другого невозможен.

Интеграция предполагает, прежде всего, существенное развитие межпредметных связей, переход от согласования преподавания разных предметов к глубокому их взаимодействию. Это взаимодействие может быть реализовано на разных уровнях.

Начальный уровень соответствует применению принципа «вторжение в чужую область»; он заключается в том, что на уроки по одному предмету привлекаются понятия, образы, представления из других дисциплин, т е. в рамках одного предмета активно используются знания, полученные на уроках по другим предметам. Важно, чтобы каждый учитель физики задумался над проблемами типа «Биология на уроках физики», «Химия на уроках физики» и т. п. Аналогичные проблемы — в поле зрения других педагогов. Можно не сомневаться, что совершаемые на уроках физики экскурсы в биологию, химию, географию, литературу, историю будут способствовать не только формированию у учащихся целостной системы знаний об окружающем мире, но и лучшему усвоению собственно физического материала.

Следующий, более глубокий уровень интеграции предполагает, во-первых, использование на уроках по разным предметам общих принципов, составляющих методологическую основу современного естествознания, и, во-вторых, рассмотрение комплексных проблем, которые по самой своей сути требуют привлечения званий из разных предметов.

Из общих принципов выделю два — фундаментальность вероятност­ных закономерностей и принцип симметрии.

Без понимания фундаментальности (первичности) вероятностных закономерностей нельзя не только постичь диалектику необходимого и случайного, но и получить представление о принципиально важных процессах превращения порядка в беспорядок и рождения порядка из беспорядка. Сегодня эти сведения — основа понимания процессов в природе и в сфере человеческой деятельности; поэтому недопустимо ограничивать развитие учащихся рамками однозначных причинно-следственных связей: надо начинать формировать вероятностное мышление.

Последовательное применение в преподавании принципа симметрии предполагает рассмотрение не только симметрии геометрических форм, но и симметрии физических, биологических, химических законов, диалектики симметрии и асимметрии, а также тесно связанной' с ней диалектики сохранения и изменения, общего и единичного. Согласно современной точке зрения, в симметрии находят выражение идеи сохранения, выявления общего в объектах и явлениях, ограничения числа возможных вариантов (как структур, так и поведения систем).

Полагаю: оба этих принципа должны проходить «красной нитью» через физику, химию, биологию, а также широко использоваться в преподавании географии, литературы, истории и, разумеется, математики. Поскольку решающий вклад в их формирование внесла современная физика, ведущая роль в их раскрытии должна принадлежать именно учителю физики: он разъясняет на своих уроках, эти принципы, применяет их в процессе преподавания физики и одновременно помогает своим коллегам выделить данные принципы в «их» предметах.

Так, не ограничиваясь обсуждением вероятностных закономерностей на собственных уроках (молекулярно-кинетические представления, законы термодинамики, флуктуации, элементы квантовой физики), учитель физики заботится о том, чтобы на уроках химии было обращено внимание на вероятностную сущность химических реакций и вероятностную природу электронных облаков в атомах; чтобы на уроках биологии была подчеркнута вероятностная природа естественного отбора, законов Менделя, мутаций; при преподавании литературы и истории нужно отметить их многовариантность, связанную с вероятностью.

О принципе симметрии на занятиях по физике можно говорить, рассматривая законы сохранения (энергии, импульса, электрического заряда), а также принцип относительности, выражающий инвариантность законов природы по отношению к переходу из одной инерциальной системы отсчета в другую. В химии нужно обратиться к симметрии, разбирая структуры молекул (в частности, молекул-стереоизомеров) и периодическую систему элементов Менделеева; в последней вдоль каждого столбца наблюдаем симметрию и сохранение, а вдоль каждой строки — асимметрию и изменение. В биологии речь о симметрии и асимметрии может идти при рассмотрении наследственности и изменчивости; симметрия играет решающую роль в разграничении живой и неживой материи, возникновении жизни на Земле. Наконец, нужно отметить, органическую связь принципа симметрии с методом аналогий, широко применяемым во всех без исключения науках; ведь физические модели объектов и явлений создаются как раз на основе аналогий, например молекула ДНК моделируется как винт, спин микрочастицы - как своеобразный волчок, столкновение фотона с электроном в эффекте Комптона — как упругое соударение неких шаров. Аналогии между разными процессами позволяют описывать их одними и теми же уравнениями, например, колебания маятника, атомов в молекуле, электромагнитного поля в контуре симметричны (аналогичны) в том смысле, что все они описываются одним и тем же уравнением - дифференциальным уравнением гармонических колебаний.

Глубина и всеобщность рассматриваемых принципов позволяют говорить о нашем мире, как о «симметричном мире, построенном на вероятности». Это есть та общая методологическая позиция, на которой должно строиться преподавание в школе естественных (и не только естественных) предметов.

Как уже отмечалось, интеграция предполагает, наряду с применением общих принципов, рассмотрение комплексных (межпредметных) проблем. К ним относятся в первую очередь экологические. Жизнь настоятельно требует экологизации всех школьных предметов. Например, поднимаемые в физике и географии вопросы энергетики должны рассматриваться сегодня под углом зрения не только экономики, но и экологии (причем экологии в первую очередь!) Развернуто, реалистично, конструктивно надо анализировать вопросы экологии в биологии. Особенно нуждаются в экологизации школьные курсы химии и географии. Вопросы экологии должны занять подобающее им место также в истории, обществоведении, трудовом обучении. В предметы «биология», «география» необходимо вводить как глобальные экологические проблемы (загрязнение атмосферы и Мирового океана, разрушение озонного слоя, уничтожение лесов и др.), так и региональные (усыхание Аральского моря, засоление и загрязнение Азовского, отравление почв Молдавии, загрязнение Байкала, Ладожского озера и др.), причем их рассмотрение должно проводиться с привлечением знаний из серии дисциплин — географии и биологии, физики и химии.

Среди других комплексных проблем отмечу проблему солнечно-земных связей, которую стоит рассмотреть на уроках физики. До последнего времени мы как-то не обращали внимания на то, что Земля находится в пределах солнечной короны, что Солнце - не только источник жизни на Земле, но и постоянная угроза этой жизни: потоки электронов и протонов (солнечный ветер), а также электромагнитное излучение от Солнца непрестанно облучают Землю, грозя уничтожить на ней все живое. От солнечного ветра

нас защищает магнитное поле Земли, а от излучения — атмосфера, в частности ее тонкий слой озона. Возмущения на Солнце приводят к возмущениям геомагнитного поля, зарождению в земной атмосфере мощных циклонов, к магнитосферным бурям и, как следствие, к ухудшению самочувствия людей. Весь этот комплекс вопросов имеет отношение не только к физике и астрономии, но также к географии, химии, биологии.

Практическое осуществление идеи интеграции потребует существенного пересмотра структуры и содержания учебных (естественных и других) предметов, создания новых учебников. Нужно пересмотреть и учебный план. Интеграция может привести, в частности, к объединению некоторых «близких» предметов (например, физики и астрономии, истории и обществоведения, трудового обучения и черчения) и к созданию качественно новых учебных курсов интегративных предметов, построенных на основе комплекса знаний из разных областей (естествознание, общественные и гуманитарные науки), что сейчас уже делается.

Заканчивая разбор проблемы интеграции, отмечу ее мощный катализатор — компьютеризацию обучения. Так как мы идем к тому, чтобы компьютерами пользовались фактически на уроках по всем предметам, обращение ко всему массиву знаний, независимо от предметных разграничений, станет делом обычным и естественным.

Идея интеграции в преподавании начинает завоевывать сторонников. Поэтому очень важно сделать некоторые предостережения, поделиться серьезными опасениями на этот счет. Ясно, что в борьбе с разобщенностью школьных предметов крайне опасно переусердствовать. Перегибом может оказаться отказ от самостоятельного суще­ствования в школе учебных дисциплин физики, химии, биологии, географии и объединение их в одну или несколько интегративных. Надо помнить: все хорошо в меру. В пользу сохранения отдельных учебных предметов на основной ступени обучения можно выдвинуть немало аргументов.

Необходимо также помнить, что каждый естественный предмет имеет свои методы исследования, свою специфическую лабораторную базу; хорошо известно, что физические измерения отличаются от химического анализа или от биологического исследования; при интеграции есть опасность «потерять» эту специфику.

С интеграцией теснейшим образом связана гуманитаризация; фактически она объединяет предметы естественного цикла, и не только их. Ограничимся обсуждением гуманитаризации в рамках только естественного цикла. Подчеркнем важную мысль: естественные учебные предметы в школе должны быть не только источником фундаментальных знаний, но и эффективным средством развития и воспитания учащихся. Сейчас это средство реализуется недостаточно, поэтому надо перестроить преподавание (прежде всего физики) таким образом, чтобы использовать огромный гуманитарный потенциал данных учебных дисциплин.

Что понимается под этим? Во-первых, нравственное начало, которое мы связываем с понятиями «правда фактов», «правда суждений». Вспомним: «Платон мне друг, но истина дороже». Во-вторых, мировоззренческое кредо, имеющее отношение к пониманию того, как устроен и развивается мир, каково место человека в нем. Не в меньшей степени, чем литературу или искусство, естественные науки интересует гогеновский вопрос: «Кто мы? Откуда мы? Куда мы идем?» и именно они рассматривают принципиальные вопросы о методах и возможностях познания мира. В-третьих, э с т е т и ч е с к о е начало, влияющее на понимание красоты мира через его единство и гармонию. В-четвертых, гражданская позиция, связанная с воспитанием чувства личной сопричастности ко всему происходящему в мире и личной ответственности за будущее этого мира; эта позиция опирается на понимание законов природы, на пробуждение желания считаться с ними и учитывать их в практической деятельности; не зная законов природы, нельзя предвидеть последствия антропогенной нагрузки на природу. В-пятых, атеистическая платформа, содержащая понимание того, что мир развивается по объективным законам, что в нем нет места «потусторонним явлениям». Но гуманитарное содержание естественных предметов этим не исчерпывается: ведь эти науки самым существенным образом воздействуют на мышление человека и формирование системы основных концепций общества на каждом этапе его развития. Естествознание преподало человечеству убедительнейший урок материалистичес­кой диалектики, «подарив» ему ряд важных истин, выходящих по своей значимости за рамки собственно физики, или биологии, или химии. Среди них — понимание того, что случайность может не только нарушать наши планы, но и создавать новые возможности; что случай не только «крадет», но и создает информацию; что порядок может рождаться из хаоса. Здесь же: понимание фундаментальной роли симметрии в нашем мире, новый взгляд на нее, выводящий за рамки геометрических представлений.

Из перечисленного видно, сколь велики возможности естественных предметов в деле воспитания молодежи. К сожалению, школа не использует их в должной мере. Возможно, этому способствует метафизическое разграничение учебных предметов на «гуманитарные» и «негуманитарные», представление, что без знания литературы или истории нельзя считать себя культурным человеком, а без знания физики или биологии — можно. Кроме того, «существует тенденция забывать,— писал известный физик Э. Шредингер,— что все естественные науки связаны с общечеловеческой культурой и что научные открытия, даже кажущиеся в настоящий момент наиболее передовыми и доступными пониманию немногих избранных, все же бессмысленны вне своего культурного контекста».

Идея гуманитаризации должна проходить через весь учебный процесс, через все предметы. Учителя естественного цикла могут реализовать ее, выделяя мировоззренческие вопросы, раскрывая диалектику процесса познания, необходимого и случайного, симметрии и асимметрии, вводя в предмет элементы историзма, связывая его с развитием цивилизации. Очень важны обсуждения с учащимися (на уроках и вне их) проблем типа «Физика в системе культуры», «Химия в системе культуры» и т. п. Экологизация учебных предметов, о которой говорилось выше, также реализует идею гуманизации, так как связана с дальнейшим существованием и развитием цивилизации.

Как я использую исторический материал

Включая исторические сведения в учебный процесс, я придерживаюсь таких принципов: вводимый материал должен: 1) быть органически связан с темой урока и способствовать повышению его качества, 2) соответствовать уровню знаний учащихся, 3) не служить при- чиной перегрузки занятия, 4) быть коротким и точным. Историзм в преподавании курса физики я осуществляю одним из следующих способов:

• веду изложение в исторической последовательности;

• исторические очерки делаю введением к урокам, изучению тем и разделов курса;

• сообщаю в процессе объяснения физических теорий, явлений и законов биографиче­ские сведения о выдающихся деятелях науки и техники, чьи труды внесли существенный вклад в создание этих теорий, открытие или изучение законов и явлений;

• провожу обобщающие исторические обзоры главнейших направлений развития отдельных областей физики и связанной с ней техники (организую их, как правило, в конце изучения глав учебника или разделов программы).

В качестве примера покажем, как я знакомлю с биографией М. Фарадея учащихся VIII классов. Сведения об ученом даю очень краткие, подробно останавливаясь на детских и юношеских годах, так как этот материал наиболее близок учащимся данного возраста. Подчеркиваю такие черты характера, как любознательность, непрерывное стремление к пополнению знаний, настойчивость в достижении поставленной цели, огромная работоспособность, исключительная скромность. Затем рассказываю об экспериментах, приведших к обнаружению и изучению электромагнитной индукции. Все сведения излагаю на первом уроке, посвященном явлению электромагнитной индукции.

Я убедилась на практике, что такой подход вызывает интерес учащихся к теме и тем самым способствует прочному усвоению всего материала урока.

Вот некоторые примеры задач с использованием сведений из области физкультуры.

• Почему с разбега человек прыгает дальше, чем при прыжке с места?

• Почему при метании гранаты стоя надо выпустить ее в тот момент, когда кисть руки занимает наиболее высокое положение над плечом? Как изменятся скорость, траектория и дальность полета гранаты при пуске ее в другой момент времени?

• Почему прежде, чем выполнить прыжок вверх, надо присесть?

Волейболист, подающий мяч с высоты h — 1,60 м, сообщает ему начальную скорость 11 м/с под углом 30° к горизонту. Перелетит ли мяч через сетку, если верхний край ее расположен на высоте Н=2,43 м? Размеры площадки 9 х 18 м. Сопротивлением воздуха пренебречь. Мяч считать материальной точкой.

Прыгун в воду массой 60 кг, прыгая с 10-метровой вышки, приобрел скорость 12 м/с.

Найти среднюю силу сопротивления воздуха (g= 10 м/с²). (Ответ: 168 Н.)

Объем мяча для игры в водное поло равен 6 дм³, его масса 500 г. Какую силу должен приложить спортсмен, чтобы погрузить мяч в воду? (От в ет: 55 Н.)

На уроках физической культуры трое, учащихся массой по 50 кг выполняют вис на гимнастической стенке. Руки первого параллельны одна другой, руки второго составляют между собой угол 90°, руки третьего — угол 120°. Найти натяжение рук каждого учащегося. (Ответ 250 Н; 350 Н; 500 Н.)

Выполнит ли норму мастера спорта СССР международного класса по легкой атлетике спортсмен, пробегающий первую половину дистанции 100 м со скоростью 9,5 м/с, а вторую — со скоростью 10 м/с? (Ответ: Нет — время спортсмена равно 10,26с.)

Советский тяжелоатлет В. Алексеев на XXI Олимпийских играх поднял штангу (рывком) массой 185 кг на высоту 2,5 м. Подъем штанги длился не более 1 с.

Вычислите среднюю мощность, развиваемую штангистом в течение этого времени.

(О т в ет: 4625 Вт.)

Привлечение биофизического материала служит лучшему усвоению курса физики, расширяет общий кругозор учащихся, помогает формированию диалектике материалистического мировоззрения, расширяет и углубляет познавательный интерес.

Прежде всего укажу три основных направления отбора биофизического материала. Первое — факты для показа единства законов природы, применимости законов физики к живой природе; среди них выделю как особенно полезные исторические сведения (например, о наблюдениях Р. Майера). Ко второму направлению относятся факты, знакомящие с физическими методами воздействия и исследования, широко применяемыми и в биологии, и в медицине (это, например, материал о биопотенциалах и электронной микроскопии, применении рентгеновских лучей, ультразвука, «меченых» атомов и лазеров). Третье направление — некоторые результаты бионики.