Опыт сопровождения ребёнка, одарённого в области физико-технических наук

Наша цивилизация является технологической. Это означает, что развитие общества жёстко зависит от развития науки и техники. Среди наук, определяющих развитие современного общества, доминирующее место принадлежит физике.

В свою очередь, развитие физики и техники в значительной степени обуславливается «особыми» людьми: талантливыми физиками и инженерами. Каждая страна заинтересована в талантливых учёных-физиках. Они обеспечивают появление новых технологий, рост производительности труда, увеличение валового национального продукта, укрепление обороноспособности. Однако проблема надёжного выявления и воспитания одарённых физиков и инженеров далека от решения.

Очевидно, что появление новых технологий идёт вслед за развитием науки, в том числе и фундаментальной, а развитие науки — за совершенствованием системы образования, в том числе и довузовской.

Чем же должна характеризоваться система образования, направленная на поддержку детей и подростков, одарённых в области физики и техники? Для приближения к решению этой задачи следует выяснить, что же представляют собой способности к физике и технике. Это необходимо, чтобы в процессе практической педагогической работы иметь возможность уяснить, имеем ли мы дело с ребёнком, одарённым именно в этой области.

Не будем ссылаться, как делают многие авторы, на сложность и многоаспектность проблемы способностей, одарённости, талантливости. Наметим подходы к изучению именно одарённости в области физики и техники. Будем полагать, что «одарённость в области физики и техники» и «способности к физике и технике» — это равнозначные понятия. Следует ли давать определение этому понятию или для работы педагога достаточно интуитивного понимания сущности этих способностей?

Необходимость определения этого сложного личностного образования связана с тем, что способности могут носить потенциальный характер, быть до поры до времени скрытыми.

Нам представляется, что необходимо ответить на следующие вопросы для внесения определённости в понимание сущности способностей к физике. Здесь мы следуем логике блестящего исследования математических способностей школьников, выполненному В. А. Крутецким^[1].

Первейший вопрос заключается в том, существуют ли специальные способности к физике и технике? Отличаются ли они от общих интеллектуальных способностей? Может ли быть, что способности к физике — это только общий интеллект при наличии интереса к физике и склонности ею заниматься?

Все согласны с тем, что способности, скажем, к музыке или балету являются специальными, требующими соответствующих врождённых задатков. Посмотрим, что думают исследователи о способностях в области естественных наук.

В. А. Крутецкий, например, настаивает на том, что способности к математике — это специальные способности, вырастающие из специальных же математических задатков и даже, возможно, использующие особые способы функционирования коры головного мозга. Г. В. Лисичкин способности к химии рассматривает тоже как специальные способности^[2]. А вот И. Г. Шомполов, исследуя систему выявления и поддержки молодёжи, одаренной в области физики, полагает, что для успешного выполнения деятельности в области физики и техники может служить как общая интеллектуальная одарённость, так и специальная одарённость в области физики^[3]. Л. Терстон рассматривает технические способности как общие умственные^[4]. Таким образом, вопрос о специальности способностей к физике и технике пока остаётся открытым.

Второй вопрос касается структуры этих способностей. Являются ли способности к физике некоторым сложным по структуре объектом или же это монолитное неразложимое свойство психики? Возможно ли ставить вопрос о наличии неких компонентов этих способностей?

В. А. Крутецкий отвечает на аналогичный вопрос относительно математических способностей школьников утвердительно: выделяет и экспериментально обосновывает наличие таких компонентов, как способность формализовать математический материал и оперировать формальными структурами; способность сокращать процесс рассуждения, мыслить свёрнутыми структурами; способность обращать мыслительный процесс (переходить от прямого к обратному ходу мысли); гибкость мышления; математическая память и др.

Г. В. Лисичкин, исследуя химические способности путём анализа свойств «состоявшихся» и будущих химиков, выделяет такие компоненты, как «химическая голова», «химические руки» и «чувство вещества».

И. Г. Шомполов не выделяет компоненты одарённости в области физики и техники, но описывает её характеристики: «сформированность такой мыслительной операции, как моделирование, преобладание в мышлении теоретического над эмпирическим, рационального над эмоциональным, логического над интуитивным, в креативной сфере — творческого над репродуктивным». В перечисленных качествах не видно специфичности этого вида одарённости, их можно отнести к общим интеллектуальным способностям, но это и отличает подход данного автора.

По всей видимости, имеет смысл изучать структуру способностей к физике и технике. Однако хотелось бы выделить компоненты, лучше поддающиеся диагностике, чем яркие и образные «химическая голова» и «химические руки», которые, вообще говоря, с трудом поддаются объективному оцениванию.

Третий вопрос связан с тем, существуют ли разные типы способностей к физике и технике. Возможно, что на общей базе одарённости к физике и технике есть различия в интересах и склонностях к разным разделам физики или техники. А может быть, имеет смысл говорить о специальной одарённости, скажем, в области электричества, оптики или радиофизики? Возможно ли, что человек, одарённый, например, в области электротехники, не имеет никаких способностей, допустим, к ядерной физике? Кроме того, вполне вероятно, что могут быть специальные способности к экспериментальной физике и специальные способности — к физике теоретической. Этот вопрос также пока открыт для исследования.

Нельзя не загронуть ещё один аспект. Любые специальные способности проявляются и развиваются в ходе выполнения соответствующей деятельности. Однако школьник занимается изучением физики, а эта деятельность явно отличается от деятельности учёного физика, исследующего новые, ещё не открытые свойства физических объектов и явлений, закономерности природы и пр. Не получится ли так, что мы выявим и будем развивать способности к обучению физике (т.н. академические способности), а нс способности к деятельности в области физики как науки? Обратившись к работе В. А. Крутецкого, видим, что эта проблема ею также занимала. Он рассматривает способности к обучению математике как первую ступень способности к математике как науке, опираясь на сходство мыслительных, эмоционально-волевых и других психических процессов при решении учебных и научных математических задач.

Ещё одной проблемой является связь способностей школьника к математике и к физике.

Математическая одарённость проявляется иногда очень рано. В. А. Крутецкий описывает несколько случаев особо талантливых в математике детей. У некоторых эта одарённость начала проявляться уже в три-четыре года. Способности ребёнка к физике обычно замечают гораздо позже. Возможно, это связано и с тем, что физика как школьный предмет начинается гораздо позднее, чем математика. Математикой занимаются с детьми уже в детском саду, а физика как отдельная дисциплина начинается, как правило, в 7 классе. Кроме того, практически любой родитель может заниматься со своим ребёнком математикой (хотя бы арифметикой) с самого раннего возраста в повседневной деятельности: на прогулке, во время игры, выполнения домашних дел и т. д. А много ли найдётся родителей, готовых к занятиям физикой со своим малолетним ребёнком без привлечения специалиста? По данным опроса портала Superjob.ru в августе 2014 года 25% экономически активных россиян назвали физику одним из самых нелюбимых школьных предметов, причём среди женщин это количество ещё выше: 32% ²⁷. Таким образом, проявить свои способности к математике ребёнок может гораздо раньше, чем способности к физике. Возникает резонный вопрос: если ребёнок показывает явные способности к математике, то какова вероятность того, что он имеет и способности к физике?

Мы можем выдвинуть разные модели взаимных отношений одарённости к математике и к физике. Во-первых, это могут быть совершенно независимые свойства человека. Во-вторых, одарённость к математике и одарённость к физике могут иметь некоторую общую часть. В этом случае некоторые компоненты служат и способностям в области математики, и способностям в области физики. В-третьих, вполне вероятно, что одарённость к физике включает в себя способности к математике как один из своих компонентов. Очевидно, что последние модели возвращают нас к нерешённому вопросу о структуре способностей к физике и технике.

Косвенным доводом в пользу модели, в которой способности к физике и математике имеют общую часть, может послужить анализ состава участников заключительного этапа Всероссийской олимпиады школьников по физике и по математике. Списки участников доступны на информационном портале Всероссийской олимпиады школьников (URL: rosolymp.ru). И наш опыт показывает, что некоторые школьники принимают участие в олимпиадах по обеим этим дисциплинам, а ведь до заключительного этапа доходят только достоверно одарённые школьники.

На рис. 2 представлены данные об участниках заключительного этапа Всероссийской олимпиады школьников по физике в 2012;2013 учебном году.

²⁷ Те, кто не боялся в школе химии, математики и физики, зарабатывают больше / Исследовательский центр портала Supcrjob.ru. Социологические опросы 28 августа 2014 года. Режим доступа: http://www.superjob.ni/research/articles/l 11 625/te-kto-ne-boyalsya-vshkole-himii-matematiki-i-fiziki-zarabatyvayut-bolshe/.

Рис. 2. Распределение участников заключительного этапа Всероссийской олимпиады школьников по физике в 2012;2013 учебном году.

Прим.: «чистые» физики принимали участие только в олимпиаде по физике; физики-математики принимали участие в олимпиадах и по физике, и по математике Из 251 участника заключительного этапа Всероссийской олимпиады по физике 33 человека (13%) принимали участие и в заключительном этапе Всероссийской олимпиады по математике. И данные 2012/13 учебного года не исключение. На рис. 3 представлено количество школьников, принимавших участие в обеих олимпиадах за три последних сезона (данные за 2010/11 учебный год отсутствуют, так как тогда эти олимпиады значительно пересеклись по времени проведения согласно приказу Министерства образования и науки Российской Федерации от 1 марта 2011 г. № 1330 и принимать участие в двух состязаниях не было для желающих возможности; точнее: «успел» на обе олимпиады только один школьник).

Рис. 3. Количество школьников (физико-математиков), принимавших участие сразу в двух состязаниях заключительного этапа Всероссийской олимпиады: по физике и по математике.

В рассматриваемые годы среди школьников, участвовавших в заключительном этапе Всероссийской олимпиады по физике, часть принимала участие и в олимпиаде по математике (11%, 9%, 13% в 2009/10, 2011/12 и 2012/13 учебном годах соответственно). Аналогично, среди школьников, участвовавших в заключительном этапе Всероссийской олимпиады по математике, часть принимала участие и в олимпиаде по физике (11%, 8%, 12% в 2009/10, 2011/12 и 2012/13 учебном годах). Приблизительно получается, что среди школьников, одарённых в области физики, каждый десятый ещё и одарённый математик. Такая же картина и среди одарённых математиков: примерно каждый десятый из них одновременно и одарённый физик.

На связь между способностями к физике и математике указывают и биографии великих учёных и Нобелевских лауреатов. Например, Мария Склодовская-Кюри, Лев Ландау, Энрико Ферми, Ричард Фейнман в детстве и отрочестве демонстрировали яркие математические способности, однако стали великими физиками, а не великими математиками.

Разные модели взаимоотношений способностей к физике и к математике могут диктовать различные стратегии развития этих способностей. Перечислим некоторые из возможных.

Во-первых, эти способности можно развивать независимо, как два параллельных процесса.

Во-вторых, можно начать работу с одарённым ребёнком с развития способностей к математике, а затем подключить развитие способностей к физике либо как параллельный процесс, либо как процесс, имеющий общую часть с процессом развития математических способностей.

В-третьих, начинать работу можно с развития способностей к физике и технике, а затем добавлять упражнения на развитие и способностей к математике.

Каждая стратегия в случае работы с конкретным ребёнком может иметь свои плюсы и минусы. Её выбор может лечь в основу формирования индивидуального образовательного маршрута обучающегося. Но как сделать этот выбор — тоже открытый вопрос.

Какие же направления исследований можно наметить на пути выяснения сущности, структуры, типологии способностей к физике и технике, а также взаимосвязи их со способностями к математике?

Вероятно, можно отчасти повторить путь, пройденный В. А. Крутецким при изучении способностей школьников к математике, но модифицированный под иную задачу. На первом этапе это опросы учителей физики; изучение биографий великих физиков (особенно их детства и отрочества); наблюдение за одарёнными детьми в процессе решения теоретических и экспериментальных задач по физике, беседы с их учителями и родителями; опросы успешно работающих учёных-физиков и инженеров. Эго позволит выдвинуть гипотезу модели одарённости в области физики и техники и её структуры для последующей работы в этом направлении, скорее всего, через разработку серий задач, заданий, исследовательских проектов по физике и технике.

Таким образом, мы можем сделать вывод, что «одарённость в области физико-технических наук» и «способности в области физико-технических наук» это одно и то же^[5]. Общеизвестно, что способности проявляются и развиваются в процессе соответствующей деятельности. Способности школьника к изучению физики можно рассматривать как этап или ступень развития специальных способностей в области физико-технических.

наук .

Процесс сопровождения одарённого ребёнка следует разбить на три этапа: до начала изучения физики (5−6 класс), с началом изучения физики (7−9 классы) и профильное обучение (10- 11 классы). Предлагаемые материалы связаны с первыми двумя этапами.

Сопровождение ребёнка, одарённого в области физикотехнических наук, до начала изучения физики в основной школе (5−6 классы).

До начала изучения физики в основной школе главным стержнем процесса сопровождения одарённого ребёнка, с нашей точки зрения, является поддержание и развитие познавательного интереса. Наиболее подходящим для этого, с нашей точки зрения, является система дополнительного образования школьников.

Для работы со школьниками предлагаются следующие виды деятельности.

1) Обсуждение физических явлений и процессов на основе анализа явлений природы и техники. Эта работа может вестись с опорой на мультимедийные презентации и учебные видеофильмы.

Например: возникновение ветра, волн и течений; способы уменьшения трения; работа амортизаторов в технике и живой природе; применение блоков и полиспастов.

2) Анализ моделей физических явлений с помощью компьютерной обучающей среды «Живая физика». Для этой работы можно использовать раздел «Путеводитель».

Например: рассмотрение движения в разных системах отсчёта; падение тел в условиях разной силы тяжести; сравнение описаний вращательного и колебательного движений.

3) Занимательные задачи по физике и математике.^[6]

Например: задачи на перекладывание спичек; координатные ребусы; задачи на «догон» и движение (например, «Брат доходит до школы за 30 минут, а его сестра — за 40 минут. Через какое время брат нагонит сестру, если выйдет из дома на 5 минут позже неё?»).

4) Создание моделей физических объектов и явлений с помощью компьютерной обучающей среды «Живая физика».

Например: колебание математического маятника; полёт снаряда с учётом/без учёта сопротивления воздуха; упругие и неупругие, центральные и нецентральные столкновения.

5) Проведение занимательных опытов по физике.

Например: создание фигурок, удерживающих равновесие;

опыты с атмосферным давлением; опыты с плаванием различных тел, плотность которых больше плотности воды.

6) Опережающее изучение некоторых тем по математике.

Например: отрицательные числа; координатная плоскость;

график линейной функции.

Занятия с математическим материалом являются необходимыми, так как мы полагаем, что математические и физикотехнические способности не являются независимыми личностными образованиями, они имеют некоторую общую часть.

При работе с детьми 5−6 классов, которые ещё не начали систематически изучать физику, главным является не усвоение знаний по физике, а расширение и углубление познавательного интереса в области физических явлений и процессов. Этому помогают и электронные ресурсы, например: Е. А. Балдина «Классная физика — для любознательных»^[7].

Занятие всегда должны быть насыщены разнообразной познавательной деятельностью, показывающей неисчерпаемость природных явлений и процессов, находящихся в области жизненных интересов ребёнка, как объектов для изучения фундаментальных законов Вселенной.

Сопровождение ребёнка, одарённого в области физикотехнических наук, при изучении физики в основной школе (7- 9 классы).

Начиная с 7 класса, учитель сталкивается сразу с двумя задачами: во-первых, это выполнение образовательного стандарта по физике, а, во-вторых, выявление и сопровождение школьников, имеющих способности в области физики и техники.

Необходимо так построить процесс обучения физике, чтобы развивать не способность к изучению физики, а способность к занятию физикой как наукой.

Основная часть времени при изучении физики тратится на решение физических задач: теоретических (количественных и качественных) и экспериментальных.

В предлагаемых далее материалах предлагается использовать школьные задачи по физике для выявления и развития особенностей умственной деятельности школьников, связанных с одарённостью в области физики и техники. Эти материалы окажут помощь в реализации таких стратегий работы с одарёнными, как углубление и новизна ^3|.

Задачи разбиты на группы в соответствии с основными этапами в решении каждой задачи по физике (получение информации, необходимой для решения, переработка этой информации в процессе решения, анализ полученного результата, сохранение в памяти итогов, результатов и следствий решения).

Новизна этих материалов состоит в том, что для развития физико-технических способностей предлагаются материалы, в которых не всегда нужно решать задачу. Условие задачи выступает как исходный материал или средство для развития той или иной стороны физико-технической одарённости.

Любые специальные способности связаны со знаниями, умениями и навыками в соответствующей области положительной обратной связью: хорошие способности позволяют быстрее, легче, увереннее овладевать знаниями, умениями, навыками, а они, в свою очередь, помогают развитию способностей в данной области.

Поэтому все материалы разбиты не только по видам мыслительных операций, но и по классам и темам.^[8]

Охвачен материал основной школы (7−9 классы), использованы задачи, которые можно найти в следующих источниках: Балдина, Е. А. Классная физика — для любознательных^[9]; Лукьянова, А. В. Физика. 7 класс. Учимся решать задачи. Готовимся к ГИА.^[10]; Лукьянова, А. В. Физика. 8 класс. Учимся решать задачи. Готовимся к ГИА^[11]; Лукьянова, А. В. Физика. 9 класс. Учимся решать задачи. Готовимся к ГИА^[12].

В логике выделения серий задач использован материал блестящего исследования математических способностей школьников, выполненного В. А. Крутецким^[13].

Одним из направлений работы с одарёнными детьми является обогащение образовательной среды. При работе с детьми, одарёнными в области физико-технических наук, хорошим средством обогащения являются компьютерные моделирующие среды, например, программа «Живая физика». Разбирая поставленные задачи, мы будем указывать, что ряд из них можно не решать, а смоделировать в «Живой физике» (см. Приложение 2).

Такая деятельность — это возможность развивать технические и конструкторские способности, мышление физикаэкспериментатора: не вычислять требуемую величину, а измерить её в ходе эксперимента, хотя бы и компьютерного. При этом тренируется умение проектировать эксперимент: саму установку, ход опыта, выполнение измерений, интерпретацию полученных результатов, что требует немало воображения, выдумки, физического чутья.

• [1] Крутецкий, В. А. Психология математических способностейшкольников. М.: Издательство «Институт практической психологии»; Воронеж: Издательство НПО «МОДЭК», 1998. 416 с.
• [2] Лисичкин, Г. В. Химические способности и возможность ихдиагностики // Естественнонаучное образование: взаимодействиесредней и высшей школы: сборник под общей ред. академикаВ. В. Лунина и проф. Н. Е. Кузьменко. М.: Издательство Московскогоуниверситета, 2012. С. 157−174. Режим доступа: http://ww w.chem.msu.su/rus/books/2012/science-education-2012/157.pdf
• [3] Шомполов, И. Г. Система выявления, поддержки и развития молодежи, одарённой в области физики: автореф. дис. … д-ра. пед. наук:13.00.02. Москва, 2003. 36 с.
• [4] Ридецкая О. Г. Психология одаренности. М.: Изд. центр ЕАОИ, 2010. С. 170.
• [5] Афанасьев В. В., Алексеев В. Н., Тихомиров С. А. Работа содарёнными детьми по математике. Ярославль, 2011. 132 с.
• [6] Крутецкий, В. А. Психология математических способностей школьников М.: Издательство «Институт практической психологии»; Воронеж: Издательство НПО «МОДЭК», 1998.416 с.
• [7] Балдина, Е. А. Классная физика — для любознательных. URL: http://class-fizika.narod.ru/
• [8] Краткое руководство для учителей по работе с одарёнными учащимися: Кто они такие, как их опознать, как им помогать расти и развиваться / Под. ред. Л. В. Поповой и В. И. Панова. М, 1997. 137 с.
• [9] Балдина, Е. А. Классная физика — для любознательных. URL:http://class-fi7.ika.narod.ru/
• [10] Лукьянова, А. В. Физика. 7 класс. Учимся решать задачи. Готовимся к ГИА. М.: Интеллект-Центр, 2011. С. 160.
• [11] Там же
• [12] Там же С. 192.
• [13] Крутецкий, В. А. Психология математических способностейшкольников. М.; Воронеж, 1998. 416 с.