|
| Предлагаю вам доклад, который так и не был зачитан на районном семинаре физиков. Смешного здесь мало, так, немного иронии... |
Большинство законов и определений в физике имеют математическое выражение. «Наука постольку является наукой, поскольку в нее входит математика», - как сказал Великий. Кто возьмется отрицать это? Только не учитель физики. И тем не менее…
Физические понятия могут вводиться только на естественном языке, некоторые законы (например, закон Паскаля) тоже не могут быть выражены на языке математики, физический смысл величин тоже.
Физический смысл обязан, как правило, опираться на формулу. Но смысл по определению может быть передан только словами, максимум при участии наименований физических величин и числовых значений.
Ученики воспринимают необходимость учить такие вещи с большим трудом. Девочки, как правило, зазубривают, мальчишки – увиливают от запоминания всеми доступными способами. Учитель, сознавая необходимость этих знаний, применяет «репрессивные меры»: индивидуальный опрос на ряде уроков, диктанты и т.п. Но нельзя вечно тянуть за собой этот «хвост», на это не хватит никакого времени. Результат – после прекращения «репрессий» материал, через два-три урока, будет прочно забыт, так как не был он воспринят – как значимый.
Альтернатива только одна – решение задач. В основном качественных задач. Их вообще необходимо решать намного больше, чем количественных. В них и только в них заключено то, что мы прячем в терминах: компетентность, индивидуальное развитие, гуманизация и т.д.
Учителя физики вообще отдуваются за всех. Мы учим правильно логически рассуждать (кроме нас это делают только учителя геометрии), мы учим наблюдать окружающий мир (частично биологи и географы), мы учим правильно употреблять слова (говорят, что этому учат на уроках литературы), мы учим подходить к знаниям исторически, (история?), мы учим комплексному взгляду на мир (этого больше не делает никто).
Но даже фронтально решаемая качественная задача требует большего времени на уроке, чем количественная (если только ее будут решать ученики, а не учитель). А время у физики постоянно сокращают, в новом стандарте образования в старших классах гуманитарного профиля оставлено всего два часа в неделю даже не физики, а «Естествознания». В результате мы получим «творческие» личности ничего не понимающие в окружающем природном мире. Что имеем, не храним, потерявши – плачем.
В таких вот условиях и нужно, чтобы ученики, еще в средних классах, усвоили стиль логического мышления, необходимость и достаточность каждого слова в определении или законе, его глубокую значимость. Как уже говорилось выше, необходимо решать задачи.
Рассмотрим несколько примеров.
В некоторой местности стоял
монастырь и каждую субботу отец Василий отправлялся молиться в отдаленную
часовню. Он выходил в 8 часов утра и шел весь день. По пути он останавливался
на отдых, задерживался для разговора с мирянами и приходил в часовню в 8 вечера.
Всю ночь он молился, а в 8 утра воскресенья пускался в обратный путь. Шел он,
где быстрее, а где медленнее, но к 8 вечера возвращался в монастырь. Докажите,
что несмотря на непредсказуемость движения, на пути отца Василия есть место
которое он и в субботу, и в воскресенье посетил в одно и то же время.
При первом предъявлении этой задачи у учеников (да и у вас, наверное, тоже) возникает полная растерянность: «А как ее решать»? А никак! То есть, до недавнего времени, в распоряжении учеников вообще не было никаких законов, опираясь на которые он мог бы решить данную задачу. Решать приходилось исходя из «здравого смысла», то есть интуитивно.
Интуиция, конечно великая вещь, но что есть интуиция. Психологи уже давно ломают копья по этому поводу и до конца, в ближайшее время, не определятся. Нас же (как Ньютона с его кредо: «Гипотез не измышляю!».) интересует то, что интуиция есть производная от совокупного опыта данного индивида. Поскольку школа формирует аж 15% этого самого совокупного опыта, а конкретно физика 0,93% (при двух часах в неделю), то опираться приходится на то, чего нет (а может и есть, кто возьмется определить!).
В настоящее время появился учебник Касьянова (без сомнения, еще очень «сырой»), в котором нужный закон прописан. И опять таки, прописан он и прописан, зачем прописан ученику совершенно не понятно. Задачу я как раз и привожу как пример, с помощью которого можно дать ученику понять, для чего нужны такие законы. Речь идет о законах симметрии, конкретно об однородности времени. Цитирую.
«Однородность времени отражает симметрию по отношению к сдвигу времени, не влияющему на характер процессов в физической системе, т.е. эквивалентность всех моментов времени».
И все, и уже тут нечего решать. Шаг первый: пусть отец Василий возвращается не в воскресенье, а в субботу утром. Кому не нравится отец Василий, для тех шаг второй: в субботу в 8 утра из часовни вышел отец Николай, влияет ли это на характер процессов в физической системе? Встретит ли отец Василий отца Николая? Следовательно…
Подчеркну, что задачу нужно предъявлять ученикам после изучения законов симметрии, как иллюстрацию их практической работоспособности.
Днем, когда температура на улице
была -20 оС, в комнате было +20 оС, а
когда ночью температура понизилась до -40 оС, в комнате стало +10
оС.
Найдите температуру батарей отопления, если считать, что она оставалась
постоянной.
Эта задача появлялась на одной из районных олимпиад, несколько лет назад. Мне не известен ее автор, но он сопроводил задачу своим решением, мягко говоря, не оптимальным. Кроме того, задача содержит излишние данные, хотя возможно так и было задумано.
Переформулируем задачу, исключив из нее лишние данные.
Когда температура на улице
была -20 оС, в комнате было +20 оС. Найдите
температуру батарей отопления.
Короче и гораздо внятнее, но как решать абсолютно непонятно. Вот именно там где непонятно, что делать и нужно обращаться к первоосновам. Первоосновы в физике это определения, физический смысл и формулировки законов (перечислено в порядке обратном «глубине погружения»). Глубоко погружаться в физику труднее, но чем больше глубина, тем проще решается задача.
В данном случае учебник Касьянова не позволяет решить задачу, ни при какой глубине погружения.
Когда-нибудь, я в это верю, главным критерием в выборе учебника станет именно его потенциальные возможности для саморазвития ребенка. Но это требует огромных трудозатрат по рецензированию, и возможно только для стабильного учебника. Учебник Касьянова таковым не является, а вот учебник Мякишева и Буховцева выполнял такую роль.
Обратимся за помощью к отработанному учебнику Мякишева и Буховцева, там мы находим:…
«Разность температур тел указывает
направление теплообмена между ними».
При работе по этому учебнику я всегда добавлял от себя: «Разность температур тел указывает направление и скорость теплообмена между ними». Если принять эту формулировку, то в задаче опять практически нечего решать.
Какие в задаче происходят теплообмены?
1) Между батареей и комнатой,
2) Между комнатой и улицей.
Какова их
относительная скорость? Одинакова,
иначе температура комнаты будет изменяться.
Введем обозначения
t – температура батареи;
t1 – температура комнаты;
t2 – температура улицы.
|
t = ? |
t – t1 = t1
– t2 t = 2t1 – t2 |
t = 2∙20 – (-20) = 60 oC Ответ: 60 oC |
|
t1 = +20 oС t2 = -20 oС |
Подстановка отброшенных нами «лишних» данных дает тот же результат.
Задача замечательна как пример того, что словесно сформулированный закон позволяет решить количественную задачу. Такие задания встречаются крайне редко, но тем выше его методическая ценность.
Конечно, задачу можно решать и на меньшей «глубине». Рассмотреть уравнение количества теплоты при нагревании и выделить тот факт, что и получает, и отдает теплоту одно и то же тело: воздух в комнате. Но я хотел показать, как работает, для решения задачи, не выраженный математически закон.
Рассмотрим вопрос об использовании законов в другой плоскости. Возьмем другой вид деятельности учащихся. Предлагается найти ошибку в следующем рассуждении.
Лошадь запряжена в телегу. Как только лошадь, пытаясь стронуться,
прикладывает к телеге некоторую силу, немедленно, по третьему закону Ньютона,
телега начинает действовать на лошадь с такой же силой направленной в другую
сторону. По первому закону Ньютона, если к телу приложены равные и
противоположно направленные силы, то тело сохраняет состояние покоя (или
равномерного прямолинейного движения). Следовательно, никакая самая сильная
лошадь не способна сдвинуть никакую самую легкую телегу.
Те учителя, которые используют
подобное задание, не дадут соврать, это труднейший вопрос для учеников. А это в
свою очередь, следствие формальности изучения данных законов. Невнимание к тому
факту, что каждый закон имеет границы применимости. И конечно неполнота
выдаваемой ученику информации.
«Нельзя объять необъятное», – как говорил Козьма Прутков. Мы, даже во втором концентре, не говорим ученикам, что в физике вектора бывают трех типов: свободные, скользящие и связанные. Сила – связанный вектор. Она прикладывается к определенному телу, и передвигаться не может. Для сложения вектора должны быть помещены в одну точку (правило параллелограмма).
Мы, конечно, объясним ученику, что нельзя складывать вектора, приложенные к разным телам. Но не факт, что он это запомнит. Слабый ученик пропустит мимо ушей, а сильный – раньше или позже взбунтуется: «А почему?».
Вот оно самое главное. Кого мы хотим воспитать? Бездумные винтики-исполнители (сказал генерал, что танки летают – значит, летают) или мыслящую личность. Декларируем мы «изготовление» второго, а «лепим» первое. А нам так проще.
Неполнота определений, которую мы сознательно вводим (а рано, не поймут еще), раньше или позже, но обязательно начинает работать против нас. Примеров тому – легион.
Вот только один. Не дается полное определение векторной физической величины. В результате у учеников путаница в простейших вопросах:
Сила тока
это вектор или скаляр? Если вектор, то почему два тока, пришедшие с
противоположных направлений, не уничтожают друг друга? Если скаляр, то почему
мы всегда указываем направление?
Поток
машин по улице с односторонним движением это вектор или скаляр?
И т.д.
Возвращаясь к задаче с лошадью и телегой, должен сказать, что это мы создали ученику трудности в ее решении. Либо вектора надо полностью определять, либо в формулировку закона вводить невозможность сложения этих сил.
Определения и законы это тот базис, на котором строится все в физике. Необходимо полное и сознательное усвоение учащимися формулировок. Только тогда законы начнут «работать».
В настоящее время ситуация в преподавании физики сильно напоминает ситуацию в юриспруденции. Издается закон, затем три разъяснения, пять подзаконных актов и восемь поправок. Но законы физики не создаются по произволу ученого или учителя. Это отражение объективной реальности, и воистину, незнание закона не освобождает от ответственности.
Законы открывались учеными, иногда ценой здоровья и даже жизни и, наша задача, донести их до ученика бережно. Донесли? А вот теперь давайте спрашивать, давайте учится использовать, давайте развивать. Потенциала в любом законе заложено безгранично. И в законах сформулированных только словесно его ничуть не меньше, чем в математически сформулированном законе.
Использовать, любой человек, может только то, что он хорошо знает. А хорошо знает человек только то, что он постоянно использует. И это не парадокс.
Литература:
1.
Касьянов В.А.
«Физика 10» Москва Дрофа
2.
Мякишев Г.Я. Буховцев Б.Б. «Физика
10» Москва Просвещение
