Предисловие ко второму изданию

Человеческое ли дело физика?

Этот странный вопрос знаменитый физик Виктор Вайскопф задал на Международной конференции по проблемам физического образования (Эдинбург, 1978 г).

Обсуждалась одна проблема: почему падает интерес молодежи к физике и как этот интерес возродить.

Итоги конференции в телеграфном изложении: интерес к физике теряется, потому что физика воспринимается ребятами не как человеческая деятельность, а как «занятие для небожителей». Для «небожителей» же написаны и все существующие учебники. А чтобы возродить интерес, — нужно показать, какой смысл заниматься физикой «простому смертному».

Мы (авторы книги) предлагаем подборку задач, сближающих физику с обыденной жизнью. Многие из них — новые. Решение каждой задачи кажется простым — после того, как оно получено.

Почти наверняка каждую задачу можно решить и другими способами — но ответы будут достаточно близкими к нашему результату. Невооруженным глазом заметно, что предложенные решения ориентировочные и допускают углубление и уточнение. Мы сами воспринимаем предложенные решения как первый шаг в понимании задачи.

«Житейскими» задачами не пренебрегали и прославленные физики — достаточно вспомнить Осборна Рейнольдса, сделавшего научный доклад о следах на мокром песке. Но мы предлагаем эти задачи не с целью подражания великим, а только по одной причине — они «затягивают» наших учеников в физику. Откроем секрет: многие из этих задач и придумали сами ребята.

О чем идет речь в этой книге

Учебник «Физика собственными силами» отличается от других тем, что основные физические понятия вводятся в ходе решения цепочки ключевых задач.

Ключевые задачи возникают на занятиях в деятельности самих учеников (в том числе в игре). Решение ключевой задачи проводится с помощью простейших моделей — вещественных или мысленных. Итог решения — «открытие» физического закона, который затем испытывается на природе и в технике.

Ход решения задачи носит исследовательский характер и содержит основные этапы, присущие любому исследованию (постановка задачи — гипотеза — следствия из гипотезы — проверка).

Кроме «закрытых» задач с четко заданными условиями и однозначными ответами, предлагаются и открытые задачи, не имеющие однозначного ответа. Это задачи-проекты,
задачи-оценки, задачи-демонстрации, задачи-прогнозы, задачи-открытия, наконец — задачи с не полностью заданными условиями.

Учебник ориентирован на принципы развивающего обучения. В тексте использованы приемы развития творческого воображения, разработанные в теории решения изобретательских задач (ТРИЗ).

Книга состоит из двух частей.

В первой — «Прелюдии» — обсуждаются способы действия физиков. Показано в ней и то, чем физика похожа на другие человеческие занятия, а чем от них отличается.

Вторая часть — «Области физики».

Выбраны такие области («Движение», «Силы», «Вещество», «Гидроаэростатика», «Звук»), которые позволяют:

• получать общие физические законы с помощью простых моделей;
• показать разнообразное и интересное проявление этих законов в природе и технике.

Можно считать, что цель обучения будет достигнута, если ученики сумеют пользоваться системой основных понятий, объединенных в физические законы. Это означает, что ученики смогут ставить и решать задачи, выдвигая предположения и проверяя их с помощью рассуждений, расчетов и опытов.

Предисловие для учителя

Формула отличия

Уважаемый коллега, перед Вами — учебник для ребят, первый год изучающих физику. Учебник исполнен в форме популярной книги по физике, но имеет и важное отличие: читатель, скажем, «Занимательной физики» Я. Перельмана должен, по идее, знать основные физические законы; читателей данной книги авторы надеются подвести к «открытию» этих законов через решение цепочки задач.

Авторы не стремились любой ценой представить на страницах книги Последнее Слово Науки — самые строгие определения, самые точные выводы, самые лаконичные схемы и т. д.

Цель была иная — научить ребят произносить «первые слова»:

• чувствовать, что «здесь есть проблема»;
• переходить от смутных догадок к постановке задачи;
• привлекать для решения личный опыт и подручные средства;
• брать «из воздуха» недостающую информацию.

Для того, чтобы перед учениками предстала драма идей, физика подана как способ выживания. Все «высокие материи» — познание окружающего мира, гармония Вселенной, красота и скрытая простота самой физики — считались подчиненными этой задаче.

Стремясь быть понятными, авторы применяли около 20 различных приемов возбуждения интереса. При этом они руководствовались пушкинским правилом «Свое беру везде». Это значит, что многие (но не все) примеры, задачи, подходы заимствовались у физиков и лириков всех времен и народов. Все заимствованное (и все «доморощенное») мы старались подчинить ведущей идее — к открытию и применению законов природы ребята могут прийти самостоятельно. Насколько эту «генеральную линию» удалось выдержать — судить Вам.

Скелет книги

Книга разбита на разделы, каждый из которых, в свою очередь, состоит из нескольких историй. Все разделы имеют одинаковую структуру:

• проблемная ситуация и вопросы для обсуждения;
• постановка и решение ключевой задачи;
• подведение итогов («сухой остаток»);
• обучающие задачи.

Режим работы

Каждый раздел — это литературно оформленная и сокращенная запись решения задачи в классе (об организации групповой работы в классе см. Приложение).

К примеру, историю 7.1 об исчезновении рома из кружки ученики могут читать дома после того, как проведут в классе опыт по испарению воды из мензурки, запишут его результаты и попробуют предсказать, когда из мензурки испарится новая порция воды. Возможен и вариант, когда учитель или расскажет эту историю в классе, а ребята будут проводить опыты, чтобы разобраться и «помочь» герою истории.

Авторы предполагают, что учитель еще до первой встречи с учениками проработает учебник, выполнит все действия, указанные в тексте, и решит все задачи, какие сможет. Подавляющее большинство задач имеет простое решение. Бывает, что ребята находят эти решения быстрее, чем учитель. Многие задачи допускают несколько решений.

Это — режим работы в системе развивающего обучения («правила игры» развивающего обучения см. в Приложении 1). Авторы считают этот режим предпочтительным.

Может показаться, что некоторые задачи «Прелюдии» не имеют отношения к физике. Цель обращения к таким задачам — отработать типичные для физика «ходы мысли» на материале жизненного опыта ребят. У авторов был достойный образец для подражания: известно, что Энрико Ферми, принимая нового сотрудника, давал ему задачи типа «Сколько в Чикаго настройщиков роялей?».

С книгой можно работать и в режиме традиционного учебника: учитель разбирает «сухой остаток», в котором сжато изложен базовый материал; подбирает задачи по своему усмотрению, дополняя их материалом, взятым из других книг. Еще одна возможность — работа с учебником как с научно-популярной книгой: ученик читает то, что ему покажется интересным, и решает задачи по своему выбору, обращаясь за помощью к учителю.

Лирическое отступление

Мы не так давно узнали, что всякий автор воображает себе Идеального Читателя, для которого и пишет. Для нас Идеальный Учитель — это скорее Викниксор из «Республики ШКИД», чем Беликов из чеховского «Человека в футляре». Идеальный же Ученик нам казался больше похожим на Тома Сойера, чем на его благоразумного братца Сида. Хотя... хотя для каждого уважающего себя Буратино любой учитель, как и мы, грешные, — всего лишь Говорящий Сверчок...

Читатель, понятно, тоже воображает себе Идеального Автора, который должен, наконец, написать Идеальный Учебник... Реальные авторы просят помнить надпись в салунах на Диком Западе: «Не стреляйте в пианиста — играет, как может!».

Слово — знатокам!

До каких пор несчастные молодые люди должны будут целый день слушать или заучивать услышанное? Когда у них будет время обдумать всю эту кучу получаемых ими сведений? Изуродованные теории, перегруженные бесполезными рассуждениями, изучаются со всей тщательностью, а самые блестящие и наиболее простые результаты опускаются.
Э. Галуа. «О преподавании наук»,1831 г.

В сущности, почти чудо, что современные методы обучения еще не совсем удушили святую любознательность, ибо это нежное растение требует, наряду с поощрением, прежде всего, свободы — без нее оно неизбежно погибает.
Большая ошибка думать, что чувство долга и принуждение помогут находить радость в том, чтобы смотреть и искать. Мне кажется, что даже здоровое хищное животное потеряло бы жадность к еде, если бы удалось с помощью бича заставить его непрерывно есть, даже когда оно не голодно, и особенно если принудительно предлагаемая еда не им выбрана.
А. Эйнштейн, 1949 г.

Временами преподавание может приближаться к поэзии, а иногда — к цинизму. Пусть ничто не будет слишком хорошим или слишком плохим, слишком поэтичным или слишком низменным для того, чтобы прояснить абстрактное построение.
Если чутье подсказывает вам, что уместно предстать перед классом немного поэтом или чуть-чуть циником, не отказывайтесь от этого из ложно понимаемой сдержанности.
Д. Пойа, 1972 г.

Истинный вкус состоит не в отвержении какого-либо слова, а в чувстве сообразности и соразмерности.
Кажется, А.С. Пушкин.

Только очень глупые люди не понимают шуток...
П.Л. Капица, 1975 г.

ПРЕЛЮДИЯ, ИЛИ КАК ИГРАТЬ С ПРИРОДОЙ