Известно, что развитие происходит в процессе деятельности, в результате приложения усилий. Процесс приложения усилий в учебе может состоять из приятных занятий (игры, развлечения), и из деятельности, требующей преодоления трудностей. По Ушинскому, учение является трудным делом и не может быть иным. Любая педагогическая система должна определить, как должны сочетаться приятное и трудное, в какой пропорции они должны входить в учебный процесс. Граница между трудным и приятным подвижна. По мере развития учащегося все большая часть ранее казавшегося трудным превращается в приятное. По сути, одна из задач процесса обучения состоит в этом превращении.

Первоначальной идеей нашей деятельности была попытка избавиться от необходимости <усреднения> путем соответствующего отбора в класс способных учащихся. При этом учебный процесс сразу строится в расчете на талантливого ребенка.

Педагоги площадки поставили перед собой следующие задачи:

- развитие интеллектуальной и поисковой активности учащихся;

- развитие культуры мышления и практической деятельности;

- развитие самостоятельности в учебной деятельности;

- развитие самостоятельности мышления;

- воспитание познавательного интереса, творческого начала.

Все дети отличаются друг от друга условиями жизни и учебы, природными способностями, уровнем развития, склонностями, жизненными устремлениями. Способности и склонности требуют развития. Невостребованность и не использование природных способностей ведет к их консервации. Основной мотив работы педагогической площадки состоит в создании и поддержании условий востребованности способностей и склонностей к изучению точных наук, условий для развития таланта. Деятельность ученика должна соответствовать по всем параметрам его способностям и его возможностям.

Мы считаем, что на каждом этапе обучения талантливый ребенок должен быть в меру загружен поставленными перед ним проблемами. Учеба должна быть творческим процессом. Надо, чтобы каждый шаг в учебе требовал преодоления хотя бы небольшого, барьера. Для достижения этого мы усилили учебные программы по физике, математике, информатике. по ширине охвата и глубине изучаемого материала Наши программы предназначены для способных детей и непосильны <среднему> ученику. Ниже мы приведем краткую характеристику учебной программы по физике.

Основой методического комплекса является курс физики, а не математики. Причинами выбора физики в качестве идеологического центра является, во-первых, то, что, как установлено в исследованиях, физика, как предмет, является наиболее интеллектообразующей дисциплиной в школе, во-вторых, при изучении физики наиболее просто организовать единство теоретической и практической деятельности.

Огромный опыт человечества в разного рода исследованиях говорит о том, что для их успешности необходимо погружение в решаемую проблему. В определенной мере учебный план на педагогической площадке способствует моделированию процесса погружения. Учебные программы по физике, математике, информатике охватывают довольно широкие области знаний по каждой дисциплине. На их изучение отводится гораздо большее число часов, чем в общеобразовательной школе. Так физика изучается в восьмом классе семь часов в неделю, а в девятом-одиннадцатом - девять часов. На математику в восьмом-одиннадцатом классах отводится восемь часов в неделю. На информатику - три часа. Эффект погружения усиливается тесной связью учебных программ по этим трем дисциплинам, разработанных после нескольких лет тесного сотрудничества преподавателей высокой квалификации, практически работающих со школьниками на педагогической площадке.

Физика является наукой, в которой теоретические модели, построения, тесным образом связаны с экспериментальными исследованиями. Источником поступления новых знаний является физический эксперимент. В программе по физике этому обстоятельству уделяется особое внимание. Весь курс насыщен физическим экспериментом. Большое число опытов проводится в демонстрационном варианте. Но главное ‑ учащиеся проводят большое число самостоятельных экспериментальных исследований. Из результатов одних опытов учащиеся получают новые знания, которые не освещались в текущем учебном процессе, другие призваны установить справедливость тех или иных теорий. При этом ребенку приходится работать и головой и руками. При проведении экспериментов осуществляется единство теории и практики.

В философии познания важной гносеологической проблемой является проблема истинности того или иного утверждения. В отличие от гуманитарных наук, физика имеет надежно установленный критерий истинности. Утверждение верно, если выводы из него согласуются с данными физического эксперимента (см. проблему тезауруса). Данное положение является гносеологической идеей всех экспериментальных работ курса физики.

Первая ступень изучения физики по используемой на педагогической площадке программе ‑ курс 8 класса. Содержание предмета в этом классе подчинено знакомству с физическими явлениями. Основной задачей педагога в этот период является научение подопечных грамотному наблюдению, постановке вопросов, нахождению экспериментальных средств выделения тех или иных особенностей, черт изучаемого явления. У детей обостренный интерес к физическому эксперименту. Он связан с особенностями восприятия в данной возрастной группе. Этим и определяется насыщенность занятий экспериментальными наблюдениями, опытами. На каждом занятии или через одно занятие учащиеся ставят физические опыты, проводят наблюдения явлений. В восьмом классе закладывается на основе качественного эксперимента фундамент для всего курса физики.

Кроме отмеченной выше необходимости знакомства с явлениями, важно, чтобы на младшей ступени учащиеся получили начальный опыт абстрактных обобщений. Это создает предпосылку к успешному изучению теоретических методов на весь последующий физический курс. Первый опыт проведения логических построений, абстрактных рассуждений дают новые для детей экспериментальные задачи. Экспериментальные задачи отличаются от стандартных учебных задач. Как правило, в них постановка проблемы происходит в результате наблюдений. Есть экспериментальные задачи, в которых решение проблемы, поставленной абстрактно, проводится путем постановки эксперимента. Существуют также задачи, в которых физический эксперимент задает данные условия. В восьмом классе много экспериментальных задач. Решение экспериментальных задач является многоцелевой работой. На основе этих задач частично изучается новый учебный материал. Но главное предназначение состоит в развитии самостоятельности, в воспитании творческой активности учащихся. Этим видом занятий насыщен весь курс, начиная с 8 и кончая 11 классом.

В восьмом классе дети решают большое число задач олимпиадного типа.

При переходе к программе 9 класса учащиеся должны преодолеть качественный скачок в работе с учебным материалом. Увеличивается насыщенность абстрактным содержанием, широко используется математика как инструмент познания. Это важная новая особенность в деятельности учащихся. Она создает немалые трудности в учебном процессе. Помимо того, что дети изучают новый физический материал, им приходится пользоваться полученными ранее математическими знаниями, как подсобным инструментом. От учащихся требуется высокий уровень владения изученной частью математического аппарата. Переход особенно труден по контрасту с предыдущим.

В учебный материал девятого класса включены: основы кинематики, законы Ньютона, законы сохранения, описание движения твердых тел, колебания, волны и элементы гидродинамики. В первых трех разделах у учащихся формируются представления о классическом принципе причинности (классический детерминизм). Математика при этом выступает как главный инструмент в его понимании.

Новыми разделами по сравнению с традиционными курсами являются <Движение твердого тела> и <Волны>. В разделе <Движение твердого тела> впервые вводится довольно сложное понятие - момент импульса.

В определенной мере переход смягчается увеличением доли творческих экспериментальных заданий. Программа девятого класса содержит самый большой во всем курсе физики физический практикум. Главная его часть организуется по-новому: он выносится в отдельно сгруппированные занятия - тематические практикумы. На занятиях физического практикума учащиеся выполняют индивидуальные задания, представляющие собой крупные физические экспериментальные задачи. При решении их зачастую приходится заниматься планированием какой-то части физического эксперимента, самостоятельным его проведением, выработкой выводов из наблюдений.

Тематика курса 10 класса повторяет тематику курса 8 класса на новом качественном уровне. Выдерживается принцип цикличности. На новом витке имеет место еще один скачок в уровне абстрактности учебного материала. Математика внедряется в физический курс гораздо интенсивнее. Физические представления заставляют создавать новые математические конструкции, которые в курсе математики не изучаются (поток векторного поля, циркуляция и т. п.). Становятся более высокими требования к умению обобщать, делать выводы, планировать свою деятельность. Это согласуется с возрастными изменениями в физической, интеллектуальной, эмоциональной организации личности учащегося.

Курс 10 класса состоит из двух частей. В первой части - <Молекулярной физике> изучается строение вещества на микроскопическом уровне, проводится знакомство с основными термодинамическими понятиями. Центральное место занимают представления об обратимых и необратимых явлениях, о соотношении упорядоченных форм энергии и неупорядоченных, об организации и хаосе. В связи с этим в курс введены понятия <энтропия>, <вероятность термодинамического состояния>. Специально выделен раздел, посвященный теории вероятностей. Этот учебный материал не содержится в стандартных общеобразовательных курсах.

Вторая часть курса 10 класса - <Электричество и магнетизм> - содержит и традиционный материал, включаемый во все учебники средней школы, и нетрадиционный. Новым, по сравнению со стандартными курсами, является то, что значительно большее внимание уделяется задачам повышенной сложности, гораздо более высокому уровню использования математического аппарата. Для изучения колебательных процессов в линейных цепях специально разработан математический метод элементарного анализа решения неэлементарного математического объекта - дифференциального уравнения. Данные математические разделы включены в учебный курс, разработанный для обеспечения преподавания по описываемой программе.

Наиболее трудным по объективным причинам является курс <Элементы современной физики>, который изучается в одиннадцатом классе. Трудности изложения и усвоения носят философский и психологический характер и связаны, во-первых, с необычностью геометрических образов теории относительности и кажущейся внутренней противоречивостью квантовых идей.

Курс 11 класса начинается стандартно ‑ с изучения электромагнитных волн. Изучается интерференция и дифракция электромагнитных волн. Рассмотрение физических явлений, связанных с дифракцией электромагнитных волн, расширено введением раздела <Зоны Френеля>. Вопросы геометрической оптики освещаются как предел волновой оптики. Все оптические явления рассматриваются сквозь призму электромагнетизма. Большее внимание уделяется физике взаимодействия электромагнитной волны с веществом, чем при построении данного раздела в стандартных курсах.

В завершение классической физики излагаются элементы специальной теории относительности. Теория относительности разбита на два раздела: на кинематику и релятивистскую динамику. Необходимость пересмотра представлений о пространстве и времени обосновывается для учащихся рассмотрением электродинамических парадоксов, как это и складывалось исторически. Новые представления сгруппированы в кинематике теории относительности. Особое внимание уделено факту существования в теории относительности инвариантов. Конечно, понимание принципов инвариантности дается нелегко.

В релятивистской динамике рассматриваются уравнение движения частицы, закон сохранения энергии и импульса , понятие инвариантной массы частицы и системы частиц. Рассмотрены несколько частных задач, результаты решения которых далее используются при изучении фундаментальных взаимодействий.

Все вышеперечисленное является содержанием первого полугодия в 11 классе.

Важным нововведением в курс физики 11 класса является оригинальное изложение вероятностной трактовки квантовых явлений, основанное на идеях, впервые введенных в учебный процесс Р. Фейнманом. В связи с этим большой раздел квантовой физики посвящен введению и закреплению представлений об амплитудах вероятности. Это, в некоторой степени, рискованный эксперимент. Однако опыт практической работы показал, что он оправдывает себя. При этом ранее изученные разделы оптики, физики распространения электромагнитных волн получают еще одно толкование, возможность рассмотрения их с новых физических позиций.

Квантовый принцип суперпозиции состояний, принцип неопределенностей и принцип тождественности частиц трудно принимаются сознанием. Трудности усиливаются в случаях, когда эти принципы приходится применять совместно с идеей виртуальных состояний. Ситуацию несколько смягчает высокая подвижность сознания, свойственная молодому возрасту. Как показывает опыт преподавания, усвоение новых идей в школьном возрасте происходит несколько эффективнее, чем в студенческом.

Более фундаментальное изучение квантовой физики позволило глубже рассмотреть вопрос о роли классов элементарных частиц в мироздании, об их структуре и о фундаментальных взаимодействиях. Изучаются начальные теоретические представления и экспериментальные сведения о скоростях электромагнитных, слабых и адронных процессов.

Для преподавания физики на площадке создан учебно-методический комплекс. Комплекс включает в себя дидактический материал, описания работ физического практикума и методические рекомендации учителю. В нем подробно разработано каждое занятие всех четырех лет обучения. Дидактический материал каждого занятия по курсу элементарной физики включает в себя краткое содержание теоретического материала, задания для работы в классе и для самостоятельной работы, описание экспериментов и лабораторных практикумов. Все дидактические материалы изданы малым тиражом в виде книг объемом примерно по 250 страниц. Всего шесть томов элементарной физики в восьми книгах. Весь учебный материал разбит на следующие разделы:

- Физические явления (курс 8 класса, том I, две книги).

- Механика (курс 9 класса, том II, две книги).

- Молекулярная физика (курс 10 класса, том III).

- Электричество и магнетизм (курс 10 класса, том IV).

- Оптика. Теория относительности (курс 11 класса, том V).

- Квантовая физика (курс 11 класса, том VI).

Методические рекомендации для учителя дают прежде всего расстановку акцентов в преподавании той или иной темы. Они также содержат полные решения всех предлагаемых в дидактических материалах задач и вопросов и указания для постановки демонстраций, организации лабораторных работ. По объемам информации дидактический и методический материалы относятся, примерно, как 1:2.

Для 9-11 классов разработана и создана система физических практикумов, в которых собраны оригинальные экспериментальные физические задачи, требующие для своего выполнения довольно много учебного времени, и важные эксперименты с точки зрения формирования естественнонаучного мировоззрения.

Преподавание физики по программе, разработанной на площадке, и использование учебно-методического комплекса проводилось в двух школах: в школе © 145 г. Красноярска с 1990 по 2001 год в рамках работы экспериментальной педагогической площадки кафедры общей и теоретической физики Красноярского государственного педагогического университета и в школе © 2 пос. Богучаны Красноярского края. Кроме этого, программа и методические материалы использовались при проведении педагогической практики студентов-стажеров физического факультета Красноярского государственного педагогического университета. За это время сделаны восемь выпусков учащихся. Наблюдения за учащимися в процессе обучения и выпускниками позволяют сделать следующие выводы о результативности работы.

Результаты общего характера

- Воспитывается устойчивый интерес к эксперименту как к средству получения знаний.

- Формируется понимание необходимости экспериментальной проверки теоретических моделей для установления их согласия с реальностью.

- Формируется понимание глубоких взаимосвязей в окружающем мире, его единства.

- Формируется понимание сложности процесса познания материального мира, объективного характера знаний (независимости их от субъекта, времени и т.п.).

- Вырабатывается уважение к интеллектуальному труду.

- Вырабатывается высокая оценка накопленного человечеством научного потенциала.

- Проясняется представление о границах непознанного в физической картине мира.

- Вырабатывается умение ставить и грамотно решать учебные и доступные исследовательские задачи. Учащиеся получают начальные представления о научной деятельности.

- Один из положительных эффектов состоит в естественном формировании высокого рейтинга трудоспособных учащихся, имеющих наиболее высокий интеллектуальный уровень, что не часто происходит в школьном возрасте.

Результаты практического характера

- Неуклонно повышается авторитет физико-математических классов не только в школе, но и в районе и городе, который выражается в постоянно растущем отборочном конкурсе при отсутствии формальных гарантий поступления в вузы.

- Учащиеся прочно усваивают фундаментальные знания по профилирующим предметам. Приобретают навыки решения задач повышенной сложности, не теряются в незнакомой ситуации.

- Наиболее яркие представители учебных групп неизменно побеждают на физических олимпиадах - районных, краевых, зональных; успешно участвуют в работе научно-практических конференций.

- Все учащиеся без исключения поступают в избранные ими вузы, в том числе наиболее престижные (МФТИ, НГУ и др.) и успешно в них обучаются.

- Легко адаптируются к вузовским требованиям

- Ориентируются на интеллектуальную профессиональную деятельность.

Кроме вышеперечисленного, считаем необходимым отметить соответствие результатов работы решаемым проблемам и поставленным целям развития учащихся, воспитания таланта. Оно выражается в том, что вместе с повышением уровня подготовки, общей интеллектуальной культуры каждого учащегося, с течением времени растет их различие. Это объясняется тем, что более способные с большей скоростью и с большей прочностью получают необходимые навыки, усваивают учебный материал. Предлагаемая система обучения не требует учебных <остановок> более сильных с целью <ожидания> достижения необходимого уровня менее сильными учащимися. Это приводит к растущему разбросу уровней развития учащихся, что указывает на действенность используемой технологии обучения.

Представленная система обучения не является универсальной. Для работы по ней необходим довольно жесткий отбор учащихся по интеллектуальным и трудовым способностям. В процессе обучения дети, находящиеся в этом плане ниже некоторого порога, отсеиваются из специализированных классов. Наличие отсева заставило разработчиков обеспечить временную корреляцию изучения тем с учебным процессом по базовому курсу.