Две цели хорошо, а три учебника лучше

У образования есть разные цели. Первая — способствовать нормальной жизни всех людей, причем и сегодня, и завтра. Вторая — дать человеку возможность успешно работать — в частности, заниматься той или иной наукой — и это тем, кто может и хочет. Им такая деятельность приносит удовольствие, пользу — всему обществу, причем обеспечивает сохранение и передачу знаний. Важный вопрос: что в таком случае следует включить в школьный курс и, скажем, в учебники физики? В разные эпохи и в разных странах этот вопрос решался по-разному. Например, в России 100—150 лет назад доля «объектов» в учебниках по физике была существенно выше, чем сейчас, — существенные изменения произошли в первой четверти прошлого века — учебники стали сосредотачиваться на «законах».

Увы, не всегда и не для всех «законы» — это главное содержание науки. И открытие «законов» — это лишь один из способов изучения объектов, далеко не во всех случаях именно открытый «закон» становится мощным инструментом познания природы и создания техники. То, что многие ученики считают, что «законы» достаточно выучить, подставить что-то в формулу, заменить буквы цифрами и тем самым познать суть физики — большая ошибка. Гораздо важнее общие принципы, понимание сути, способность применять простые модели, в той или иной мере позволяющие численно описывать реальность или по крайней мере делать качественные предсказания в зависимости от текущих потребностей. А потребности могут быть самыми разными. И эта разница может быть отражена, например, в трех разных учебниках.

Физика-I: для всех и обязательная

Здесь ничего, серьезно выходящего за пределы окружающей действительности. Учебник должен быть прост, понятен и ориентирован на обыденность. Чтобы гражданин не перебегал дорогу где не надо (особенно в дождливую погоду), выключал свет (а лучше оба предохранителя) перед тем, как менять лампочку, и не правонарушал даже ночью, памятуя об инфракрасной подсветке и камерах, с улыбкой глядящих на нас со всех сторон (из банкоматов тоже). То есть должна быть физика, позволяющая жить грамотно. По содержанию это примерно то же, что уже присутствует сегодня в школе, причем в первом концентре (например, 7–9 классы).

Но в этом учебнике (а также и в других) должно быть явно и неоднократно показано критическое мышление. То есть должны (и не один раз) разбираться глупости, которые пишут и говорят, должна быть продемонстрирована их несовместимость с фактами и логикой. Для того, чтобы попытаться научить школьников детектировать лапшу и отгребать ее с ушей.

Учебник должен показать на каких-то знакомых, обыденных объектах, как работает физика. То есть откуда и как возникают физические задачи, как можно приступать к их решению, до какого места удастся продвинуться, используя школьные знания, и какой вид откроется оттуда восхищенному взору. Тут пять принципиальных пунктов.

Объект должен быть знакомым, это психологически важно — увидеть физику в знакомой вещи. Например, конденсаторы и резисторы — это не только рисуночки на доске. Сотни тех и других обитают у школьника в кармане, а ему даже не сказали, что они там делают и зачем вообще они нужны (ужаснее то, что он и не спросил — его отучили спрашивать!). Выключатели и предохранители живут вместе с нами, включают нам свет и чайник, а при необходимости — защищают нас. Школьная физика может многое рассказать о них. Окружающий нас, видимый нами мир полон физики, но школьный учебник поворачивается к нему спиной.

Знание того, откуда и как возникают физические задачи, делает естественным и понятным само словосочетание «физическая задача». Если школьник и не полюбит задачи, то хоть не будет встречать их тоскливым вздохом. Знание того, как можно приступать к их решению, покажет ему, что физика — это не набор не связанных друг с другом приемов, которые можно использовать только для решения специально подобранных задач. Физика — это система знаний, и только представляя себе ее как систему, можно определить, в каких условиях применим тот или иной закон и метод.

До какого места удастся продвинуться и что оттуда можно увидеть — это зависит, в частности, от знания математического аппарата, и при обучении в серьезном вузе на серьезной специальности удастся продвинуться дальше и увидеть больше. Тот, кто решится работать в этой области, имеет шанс увидеть то, чего до него не видел никто. Такое тоже бывает, я свидетель.

В курс Физика-I должен быть встроен ласковый капкан для школьника, способного и склонного к изучению Физики-II и Физики-III. Там должно быть ясно сказано: если влекут тайны Вселенной и полеты на Марс — то грозит жизнь, подчиненная работе, со всеми ее рисками, лишениями и дарами. И приводятся два примера: один — научный детектив, и один — инженерный. Рассказано так, чтобы было понятно, где ежедневный пот, где вдохновение. Тут, кстати, и кино, и художественная литература не помешают.

Другой подход был предложен и разобран в статье «Отвори потихоньку калитку»¹.

Это пристальный взгляд на какую-то часть школьного курса, при котором становится видна упрощенность применяемых моделей или хорошо знакомая бытовая ситуация. Почему съезжает одеяло в пододеяльнике, сильно ли вы ударитесь о потолок при отключении гравитации, почему режет нож и зачем его двигают, заполняют ли газы весь предоставленный им объем и почему атмосфера не улетает в космос, почему распределение молекул газа по скоростям не может быть максвелловским, почему возникает шум при трении и при зажигании конфорки у газовой плиты.

Для надежности можно использовать оба подхода. Кто-то поведется на одно, кто-то — на другое.

Физика-II: кому она нужна для работы

Под работой здесь понимается инженерное творчество и работа в любой области науки и искусства. Но не работа в самой физике — об этом позже. Потребности в физике при работе в разных областях науки и искусства качественно и количественно отличаются. Художнику не помешает знание того, почему на палитре смешение красок происходит не так, как у пуантилистов. Но у химика или биолога потребность в физике больше — есть даже химфизика и биофизика. Все курсы Физики-II должны быть, естественно, не обязательными (обязательна, напомним, Физика-I), но желательно, чтобы школьник мог пройти несколько разных курсов из этого пакета, т. е. они должны быть короткими и следовать один за другим на одном и том же «уроке». Прохождение таких курсов должно содержать экзамен и отмечаться в аттестате. А уж работодатель или вуз найдет, как это использовать. А не найдет — найдет его конкурент, который умнее.

Кроме дополнительного материала по физике, курсы из пакета Физика-II должны показывать взаимодействие физики с другими науками и инженерией, об этом было рассказано в статье «Науки — наукам» ².

Для специализированной школы (например, биологической или химической) может быть создан и специальный курс по связям физики с соответствующей наукой. Хороший показ процесса применения физики в инженерии — это нечто среднее между нормальной инженерной статьей и хорошей научно-популярной статьей; странно, кстати, что нет термина инженерно-популярная статья (статьи такие есть, и книги, и замечательные).

Попутно заметим, что увлечение профилизацией часто обосновывают ритуальными заклинаниями о том, что всё, всё, всё ускоряется. Однако ситуация противоположная — чем бо́льших изменений мы ждем, тем более фундаментальным вещам надо учить, ибо при быстрых изменениях они-то сохранятся. И вообще — нелепо говорить о скорости, не определив, что такое расстояние и время, не определив смысла слов. Кстати, не сгодится ли это как определение человека — «произносит слова, не задумываясь о смысле»? Обезьяны — которых мы хотим отличить от человека — как раз так не делают.

Физика-III: кому нужна именно физика

Причем нужна не для взаимодействия с инженерией, химией, биологией и т. д., а для работы именно в физике. По содержанию это должно быть похоже на современный хороший учебник («с углубленным изучением»). Это будет именно введение в физическую картину мира и методы современной физики (включая начала матанализа). Разумеется, этот учебник не должен содержать заклинаний, к которым к концу курса сползают некоторые школьные учебники. Признак таких заклинаний — теоретический материал, не сопровождаемый задачами.

Главное отличие школьного предмета «физика» от физики в следующем. Школьный предмет предполагает, что у каждого процесса есть объяснение, что это объяснение состоит в каком-то одном или двух законах физики, сформулированных в учебнике и применимых всегда, что подстановка одного закона в другой и данных в условии чисел в полученную формулу закрывает вопрос. Это может не утверждаться прямо, но такова учебная практика — а значит, и формирующийся в итоге взгляд на мир. Этот стиль — «единственного правильного объяснения» — возобладал в российском образовании не так давно: примерно лишь век назад, об этом рассказано в статье «Физика — полтора века в школе» ³.

Частью Физики–III должна быть демонстрация того, как именно делается физика. Вся цепочка, начиная с рассказа о том, откуда берутся задачи — как в Физике-I, но на примерах других, не связанных с бытом, задач. И рассказ должен дотягиваться до кайфа ощущения решенности — одного из трех самых сильных кайфов этой жизни (я свидетель). А откуда берутся задачи — это не секрет: задачи берутся из задач, они сами из них растут, их даже поливать почти не надо. А еще задачи ставят инженеры и другие ученые (биологи, химики, геологи, другие физики). В учебнике должны быть показаны примеры рассмотрения научных задач, пришедших из разных источников, задач простых и сложных, задач решенных и не решенных. Тем самым будет естественно показана и связь наук, и связь областей физики. И, кстати, должно быть объяснено, что это такое — решить задачу, что есть разные формы и степени «решенности».

Хорошая демонстрация этого процесса — нечто среднее между нормальной научной статьей и хорошей научно-популярной статьей. Здесь должны быть детектив и интрига, загадка и разгадка, черная комната и черная кошка. Кажется, мы слышим шорох — да, она подходит, чтобы ее погладили. Можно сказать, это хорошая научно-популярная статья, опирающаяся на учебник физики, и, в отличие от того, что обычно публикуется, не стесняющаяся приводить формулы и показывать их применение. Хотя бы (от редакционной стеснительности) в подверстке.

Чего в этой статье нет, и почему

После публикации указанных статей и других статей про образование читатели спрашивали, почему не рассматривается зарубежный опыт. Ответ прост — использование любого чужого опыта требует прежде всего ясного его понимания, для этого нужно трезвое, спокойное отношение к чужому; с этим у нас всегда было сложно, а сейчас особенно. И это только начало проблемы, потому что нужно понимание не вообще, а учет множества конкретных различий — в культуре, в задачах, которые (явно или неявно, через власть или «диффузно») пытается решить общество; в психологии учеников, учителей и родителей, и в их стремлениях.

Это не означает, что нельзя что-либо заимствовать, но заимствователь надеется, что у него это будет работать так же хорошо, как там, откуда слямзили. А с этим опять проблемы, причем даже непонятно, что такое «хорошо». Пресса мусолит списки побед на олимпиадах (в одной стране) и умиляется поголовному умению детсадовцев пользоваться банкоматами (в другой стране). Но всё это так же мало говорит о состоянии образования, как и победы олимпийцев — о здоровье людей и состоянии общедоступной медицины (в третьей стране).

Возможно, что вы преподаватель в школе и после прочтения этой статьи горестно вздохнете: «Ну что мы можем сделать?!» Поэтому в заключение…

Дискотека!

После решения егэшной задачи так, как это принято в школе, и с соблюдением всех правил ЕГЭ, школьнику бережно (нашатырь наготове!) задаются, например, такие вопросы:

• Как могут изменяться в задаче значения исходных величин?
• Какими процессами мы пренебрегли при решении задачи?
• Что еще могло повлиять на ход процессов и ответ?
• Какова точность полученного ответа, ограниченная точностью исходных величин?
• Какова точность полученного ответа, ограниченная моделью и законами?
• Есть ли такой набор значений параметров, что решение окажется совсем другим?

А в промежутках между этими ужасами можно в качестве отдыха и развлекухи предложить обсудить:

• У электрона есть масса, почему это не учитывают при решении большинства задач по электричеству?
• Можно ли вычислять ускорение свободного падения на Земле по закону всемирного тяготения?
• Почему атмосферное давление не размазывает нас тонким слоем по полу комнаты?
• Влияет ли давление солнечного света на движение чего-либо в Солнечной системе?
• Влияет ли закон Архимеда на колебания маятника?
• Почему мы можем поднять книгу, лежащую на столе, хотя на нее сверху давит 9,8 Н на каждый см2?

И так далее до бесконечности… То есть, увы, до конца занятия. Да, сдвоенного.

У этой статьи один автор, но использован коллективный опыт; автор, как вы понимаете, благодарен. Об истории нашей команды FMSH.RU (это и имя, и сайт) рассказано в статье «Привет! Мы с тобой ровесники!..» ⁴.

Напоминаем, что предложенный принцип построения (физика для быта, физика для работы, физика для физики) может быть применим к любому предмету.

Леонид Ашкинази

¹ Химия и жизнь, 2023, № 3. lit.lib.ru/a/ashkinazi_l_a/text_3080.shtml

² Химия и жизнь, 2017, № 6. lit.lib.ru/a/ashkinazi_l_a/text_2100.shtml

³ Химия и жизнь, 2019, № 9. lit.lib.ru/a/ashkinazi_l_a/text_2550.shtml

⁴ Химия и жизнь, 2022, № 10. lit.lib.ru/a/ashkinazi_l_a/text_3040.shtml