Теория и методика обучения и воспитания (по областям и уровням образования) | Мир педагогики и психологии №04 (117) Апрель 2026

Основные методы и критерии формирования знаний учащихся о современной физике

Федорова Алёна Андреевна
студент кафедры математики, информатики, физики и методики обучения, ЕГУ им. И.А. Бунина, РФ, г. Елец, fyodorova.alyona.04@mail.ru
Научный руководитель Кузнецов Денис Владимирович
к.ф.-м.н, доц. кафедры математики, информатики, физики и методики обучения, ЕГУ им. И.А. Бунина, РФ, г. Елец, kuznetcovdv007@mail.ru

Аннотация: Современная эпоха характеризуется стремительным развитием науки и технологий, среди которых физика играет одну из ключевых ролей. Однако школьный курс физики зачастую остается ориентированным на классические разделы и не успевает за динамикой современных научных достижений. Это приводит к формированию у учащихся неполной и порой устаревшей картины научной картины мира. В связи с этим, разработка и совершенствование методики формирования знаний о современной физике представляется чрезвычайно актуальной педагогической задачей. В статье рассматриваются цели и задачи современной физики для включения в школьный курс. Представлены критерии современных теорий, которые имеют максимальную образовательную ценность для формирования научного мировоззрения учащихся. А также, приведены наиболее эффективные методы, которые позволяют работать с абстрактными моделями, вероятностными процессами и сложными причинно-следственными физическими связями.
Ключевые слова: современная физика, методы, физика, обучающиеся, эффективность, критерии, критическое мышление.

Fedorova Alyona Andreevna
student of the Department of Mathematics, Computer Science, Physics and Teaching Methods, Bunin Elets State University, Yelets
Scientific supervisor Kuznetsov Denis Vladimirovich
Ph.D. of Physics and Mathematics Sciences, Bunin Elets State University, Yelets

Abstract: The modern era is characterized by the rapid development of science and technology, among which physics plays a key role. However, the school physics curriculum often remains focused on classical sections and fails to keep up with the dynamic of modern scientific achievements. This leads to the formation of an incomplete and sometimes outdated scientific picture of the world among students. Therefore, the development and improvement of methods for teaching modern physics is an extremely important pedagogical task. This article discusses the goals and objectives of modern physics for inclusion in the school curriculum. The article presents the criteria of modern theories that have the maximum educational value for shaping students' scientific worldview. It also provides the most effective methods that allow working with abstract models, probabilistic processes, and complex causal physical relationships.
Keywords: modern physics, methods, physics, students, efficiency, criteria, and critical thinking.

Современная физика занимает особое место в структуре школьного естественно-научного образования, поскольку именно она формирует представление учащихся о наиболее актуальных достижениях науки. Выход за пределы классической картины мира – к квантовым процессам, релятивистским эффектам, строению атома и элементарных частиц – делает этот раздел не просто дополнением к традиционному курсу, а самостоятельным образовательным феноменом, который расширяет мировоззрение школьников и помогает понять устройство современного мира [16].

Что же такое современная физика? Современная физика – это наука, включающая в себя такие законы и явления, которые относятся к современному этапу ее развития, а также проблемы физики, являющиеся наиболее актуальными в современном мире.

Роль современной физики в школьном образовании проявляется прежде всего в её мировоззренческой функции. Темы, связанные с квантовой механикой, строением вещества, происхождением Вселенной, помогают учащимся формировать представление о природе на уровне современных научных идей. При помощи этих тем школьники осознают, что наука – это живая динамическая система, которая постоянно меняется и пополняется новыми открытиями. Такой взгляд формирует уважение к научному знанию и развивает способность критически воспринимать информацию [2, с. 64].

В работе Л.В Тарасова «Современная физика в средней школе» поднимается данный вопрос. В последнее время растет тенденция на упрощение школьной программы по физике, что связано с перегруженностью и недоступностью предмета для многих учеников. Но это не является целью современной физики. Ее основная цель – это возможность дать ученикам самостоятельно расширять свой кругозор и повышать знания в данной области [12].

Цели включения современной физики в школьный курс многогранны. Первая цель связана с расширением предметной области физики и знакомством учащихся с современными научными моделями. Вторая – с развитием у школьников способности мыслить понятийно, работать с абстракциями, сопоставлять различные модели реальности. Третья – с формированием интереса к естественно-научному знанию и пониманием роли физики в жизни общества. Эти цели позволяют перейти от механического усвоения формул к более глубокому осмыслению научных принципов [14].

Задачи обучения современной физике вытекают из этих целей. Школьники учатся работать с графиками, моделями, мысленными экспериментами, что оказывает влияние на общее развитие их логического, абстрактного и критического мышления [11]. Дополнительной задачей является формирование у учащихся представлений о научном методе: построение гипотез, анализ данных, интерпретация результатов.

Кудрявцев В.В. считает, что «Необходимость изучения вопросов современной физики в школе обусловлена целями современного образования, когда задача развития личности учащегося становится приоритетной среди всех остальных задач обучения…» [9, с. 41].

Современная физика органично встроена в школьный курс физики, хотя её элементы появляются на разных ступенях образования. Первые представления возникают при изучении атомно-молекулярного учения, электромагнитных волн, оптики. Более сложные темы – строение атома, квантовые явления, основы астрофизики – рассматриваются в старшей школе, где учащиеся уже способны воспринимать абстрактные и вероятностные модели. В профильных курсах содержание расширяется и приобретает систематический характер, что открывает возмож⁠ность для проектной и исследовательской деятельности [1, с. 117].

Кроме того, современные темы в физике позволяют связать школьное обучение с профессиональной ориентацией. Учащиеся знакомятся с направлениями науки и техники, которые востребованы сегодня: квантовые технологии, радиофизика, космические исследования, наноматериалы. Это помогает школьникам осознанно выбирать будущую образовательную траекторию и видеть в физике не только учебный предмет, но и возможную область будущей деятельности [13].

Отбор содержания по современной физике – один из ключевых методических вопросов, поскольку объём научных знаний в этой области постоянно растёт. Школьный курс не может и не должен охватывать весь спектр современных теорий, поэтому важно выделять те элементы, которые имеют максимальную образовательную ценность для формирования научного мировоззрения учащихся [7, с. 160].

Первым из таких критериев стоит выделить – фундаментальность. В содержание включают идеи, которые лежат в основе современного понимания природы: квантовые свойства света, строение атома, элементарные частицы, принципы относительности [6].

Второй критерий – научная достоверность и актуальность. Материал должен отражать реальные достижения физики, а не популярные интерпретации или устаревшие представления [3, с. 53].

Следующий критерий связан с возрастными и когнитивными возможностями школьников. Содержание современной физики обычно включается в программу 10–11 классов, когда учащиеся способны оперировать абстрактными понятиями и строить причинно-следственные связи. Однако даже на этом уровне необходимо соблюдать умеренность в математических выкладках [14].

Важную роль играет критерий практической значимости. Современная физика тесно связана с технологиями, поэтому при систематизации материала полезно показывать, как научные идеи воплощаются в реальных устройствах. Примеры включают лазеры, МРТ, наноматериалы, космические телескопы, полупроводниковые приборы [10].

Содержательный аспект включает также критерий структурной логики – материал должен быть систематизирован так, чтобы новые знания опирались на ранее изученные темы. Элементы современной физики обычно размещаются в конце школьного курса, но важно, чтобы между ними и классической физикой существовали логические мосты [5, с. 229].

Ещё один критерий – интегративность, то есть способность материала объединять разные области знания. Современная физика по своей природе междисциплинарна: квантовая теория связана с химией, астрофизикой, материаловедением; теория относительности – с космологией; физика элементарных частиц – с математикой и информатикой [1, с. 120].

Систематизация материала по современной физике может строиться по тематическому принципу (квантовая физика, атомная и ядерная физика, элементы астрофизики), либо по проблемному (волновые и корпускулярные свойства материи, строение вещества, взаимодействия и фундаментальные силы). Например, введение в квантовые идеи можно выстроить через последовательность «фотоэффект – спектры – модель атома – энергия и уровни – вероятностная интерпретация». Такой подход обеспечивает логичность и наглядность, постепенно усложняя материал.

Таким образом, содержательный аспект отбора и систематизации тем современной физики основывается на необходимости сочетать научную достоверность, доступность, межпредметность и практическую значимость. Применение перечисленных критериев позволяет создать учебный материал, который не перегружает учащихся, но формирует у них осмысленное представление о современной картине мира и роли физики в жизни общества.

Изучение современной физики в школе требует использования методов, которые позволяют работать с абстрактными моделями, вероятностными процессами и сложными причинно-следственными связями. Классические объяснительно-иллюстративные подходы здесь малоэффективны: они дают базовые знания, но не формируют глубокого понимания квантовых и релятивистских явлений. Поэтому наибольшую результативность показывают активные, исследовательские и визуализирующие методы обучения, помогающие учащимся самостоятельно обнаруживать связи между моделью и наблюдаемым явлением.

Одним из наиболее эффективных методов является проблемное обучение. Преподаватель создает ситуацию, в которой традиционные представления оказываются недостаточными, и именно этот разрыв подталкивает учащихся к восприятию новых теорий. Так, урок можно начать с обсуждения «парадокса» фотоэффекта: почему интенсивный свет не вызывает выбивание электронов, если частота недостаточна. Это создаёт когнитивное противоречие и мотивирует школьников принять квантовую гипотезу. Такой подход помогает учащимся осознавать, что современная физика возникла из невозможности объяснить эксперимент классической теорией, а потому требует нового уровня мышления [13].

Сложные понятия квантовой и релятивистской физики становятся доступнее через моделирование и компьютерные симуляции. Визуализация вероятностных распределений, движения частиц в ускорителях или искривления пространства-времени позволяет представить то, что невозможно наблюдать непосредственно. Например, интерактивная модель интерференции электронов помогает объяснить корпускулярно-волновой дуализм, а симуляция расширения Вселенной – построить представление о космологических наблюдениях. Такие цифровые средства не только повышают наглядность, но и позволяют учащимся «экспериментировать» с параметрами, проверяя влияние частоты света, энергии фотонов, скорости частиц [15].

Важное место занимает исследовательский метод, который особенно эффективен при изучении тем, связанных с анализом экспериментальных данных. Школьники могут работать с реальными спектральными данными, графиками зависимости энергии уровня от квантового числа, результатами астрофизических наблюдений. Например, учащимся можно предложить определить химический состав звезды по спектру или по графику красного смещения объяснить ускоренное расширение Вселенной. Такой подход формирует навыки анализа данных, интерпретации результатов и понимания научного метода в действии [4, с. 11].

Для формирования интереса и связи с реальной жизнью хорошо работает контекстное обучение. Сложные модели вводятся через примеры современных технологий: лазерная хирургия, МРТ, квантовые точки, космические телескопы. Обсуждение принципа работы ПЭТ-сканера помогает связать ядерную физику с медициной, а объяснение действия GPS – показать, почему теория относительности не является «абстракцией», а влияет на точность навигатора. Такой контекст позволяет учащимся ощутить прикладную значимость современных физических идей [15].

Высокие результаты дает также проектная деятельность, особенно при изучении содержательных блоков: квантовая физика, астрофизика, физика микромира. Проекты могут включать создание тематических видеороликов, компьютерных моделей, анализ научно-популярных статей, моделирование реальных физических процессов. Например, учащиеся могут подготовить мини-исследование о применении квантовых технологий или разработать интерактивную модель «атом водорода». Проектная форма способствует развитию самостоятельности, поиску информации и умению объяснять сложные явления доступным языком [13].

Групповая работа также эффективна при изучении современной физики, поскольку обсуждение абстракций в коллективе помогает лучше осмыслить новые модели. Дискуссии, работа с карточками понятий, совместный анализ парадоксальных экспериментов (например, мысленного эксперимента Шрёдингера) развивают способность аргументировать и формировать собственную позицию. Особенно полезны ролевые задания: учащиеся представляют «учёных» разных эпох – Ньютона, Бора, Эйнштейна – и объясняют явление с позиции своей теории, а затем сравнивают интерпретации. Такой метод помогает увидеть развитие науки и понять, почему классические модели уступили место современным [16].

Сравнивая рассмотренные методы, можно выделить их специфические преимущества. Проблемное обучение лучше всего формирует понимание причин появления современной физики и её отличие от классической. Моделирование обеспечивает наглядность процессов, которые невозможно наблюдать. Исследовательский метод развивает научное мышление. Контекстные задания делают материал связанным с жизнью учащихся. Проектная деятельность способствует углублению знаний и развитию компетенций XXI века. Групповые формы создают условия для совместного поиска решений и обсуждения сложных вопросов. Наиболее эффективным оказывается сочетание этих методов, поскольку современная физика требует и понимания абстракций, и умения работать с моделями, и способности видеть практическое значение научных идей [8, с. 134].

Для реализации рассмотренных методов на практике целесообразно их конкретное наполнение современными цифровыми ресурсами и привязка к актуальным темам курса, например, которые рассмотрим ниже. Данные темы предусмотрены для изучения физики в 10-11-х классах обучения.

Изучение темы «Квантовая запутанность и квантовая информатика» требует сочетания проблемного метода и компьютерного моделирования. Отправной точкой служит проблемный вопрос о возможности мгновенной передачи информации. Для визуализации принципов квантовой запутанности применяется «Квантовый симулятор» платформы «Quantum Experience» (IBM Q). Учащиеся составляют простейшие квантовые алгоритмы, наблюдают за состоянием кубитов, что позволяет перейти от абстрактной теории к пониманию работы квантового компьютера.

Исследование темы «Тёмной материи и космологии» строится на анализе реальных научных данных. Учащимся предлагается работать с ротационными кривыми галактик на основе материалов сайта «NASA’s Imagine the Universe». Использование симуляторов гравитационного линзирования с платформ «Edpuzzle» или «PhET» позволяет самостоятельно выявить несоответствие между наблюдаемой скоростью вращения галактик и предсказаниями ньютоновской механики, обосновав гипотезу о тёмной материи.

Знакомство с передовыми материалами, например «Топологическими изоляторами», проводится через контекстный метод и проектную деятельность. Практическая значимость раскрывается через объяснение их роли в создании квантовых компьютеров и высокоэффективной электроники. Для углубленного изучения используются интерактивные курсы платформы «Stepik» по физике конденсированного состояния, где визуализированы зонные структуры и поверхностные состояния. Итогом становится проект-обзор «Материалы будущего: от графена до топологических изоляторов».

На основе вышесказанного - эффективный урок по современной физике представляет комбинированную структуру. Теоретическое проблемное введение переходит в фазу активной работы с цифровой моделью, завершается рефлексией и обсуждением практических следствий.

Подводя итоги, следует сказать, что цели включения физики в школьный курс многогранны, но все же, они позволяют перейти от механического усвоения формул к более глубокому осмыслению научных принципов. Основной задачей является формирование у учащихся представлений о научном методе: построение гипотез, анализ данных, интерпретация результатов.

Содержательный аспект отбора и систематизации тем современной физики основывается на необходимости сочетать научную достоверность, доступность, межпредметность и практическую значимость. Применение перечисленных критериев позволяет создать учебный материал, который не перегружает учащихся, но формирует у них осмысленное представление о современной картине мира и роли физики в жизни общества.

А наиболее эффективным изучением современной физики является сочетание всех вышеупомянутых методов, поскольку современная физика требует и понимания абстракций, и умения работать с моделями, и способности видеть практическое значение научных идей.

Таким образом, интеграция элементов современной науки в школьный курс, использование интерактивных методов и целенаправленное развитие критического мышления, позволяет повысить не только уровень предметных знаний, но и сформировать у учащихся готовность к восприятию быстро развивающейся научной реальности.

1. Ермаков, С. В. Квантовые вычисления в школе: возможности и перспективы / С. В. Ермаков, А. А. Федоров // Физическое образование в вузах. – 2022. – Т. 28, № 4. – С. 115-125.
2. Камышанская, О. Н. Методика использования симуляторов PhET Interactive Simulations на уроках физики для формирования исследовательских умений школьников / О. Н. Камышанская // Информатика и образование. – 2022. – № 5 (344). – С. 60-68.
3. Кравченко, Н. С. Интеграция элементов астрофизики и космологии в школьный курс физики для формирования целостной картины мира / Н. С. Кравченко // Преподавание физики в высшей школе. – 2023. – № 68. – С. 45-53.
4. Леонтович, А. В. Современная научно-образовательная среда: от исследовательской деятельности к технологическим решениям / А. В. Леонтович // Исследователь/Researcher. – 2024. – № 1 (37). – С. 8-17.
5. Миндзаева, Э. В. Формирование критического мышления у старшеклассников при обучении физике с использованием кейс-технологий / Э. В. Миндзаева // Педагогический журнал. – 2022. – Т. 12, № 1A. – С. 268-277.
6. Петрова, Е. Б. Наноматериалы и нанотехнологии: методические аспекты изучения в профильной школе / Е. Б. Петрова, С. И. Тимофеева. – Санкт-Петербург : Лань, 2022. – 198 с.
7. Савинков, А. С. Проблемное обучение физике в эпоху цифровизации / А. С. Савинков // Высшее образование в России. – 2021. – Т. 30, № 12. – С. 153-160.
8. Семенова, М. А. Тенденции развития школьного физического образования в мире и в России / М. А. Семенова // Отечественная и зарубежная педагогика. – 2020. – Т. 1, № 4 (69). – С. 130-145.
9. Кудрявцев, В. В. Изучение современной физики в профильной школе: методологический аспект / В. В. Кудрявцев, В. А. Ильин, Г. Ф. Михайлишина // Педагогическое образование и наука. – 2011. – № 9. – С. 40-47.
10. Янишевская, М. А. Применение стратегии смешанного обучения при изучении тем современной физики / М. А. Янишевская // Современные проблемы науки и образования. – 2022. – № 4. – С. 84.


Список источников:
11. Федоров, А. А. Введение в квантовые технологии: учебное пособие для старшеклассников / А. А. Федоров, С. В. Ермаков. – Москва : БИНОМ. Лаборатория знаний, 2023. – 175 с.
12. Тарасов Л.В. Современная физика в средней школе. – Просвещение, 1990.
13.Асмолов, А. Г. Формирование универсальных учебных действий в основной школе: от действия к мысли / А. Г. Асмолов, Г. В. Бурменская. – 2-е изд. – Москва : Просвещение, 2022. – 215 с.
14. Григорьев, Д. В. Современные образовательные технологии: от теории к практике / Д. В. Григорьев. – Москва: Национальное образование, 2022. – 256 с.
15. Пурышева, Н. С. Физика. 10-11 классы. Базовый уровень / Н. С. Пурышева, Н. Е. Важеевская, Д. А. Исаев. – 5-е изд., стер. – Москва : Дрофа, 2023. – 302 с.
16. Королев, М. Ю. Цифровые образовательные ресурсы в обучении физике: теория и практика / М. Ю. Королев. – Москва : ИНФРА-М, 2023. – 188 с.