Учебник физики: зачем и какой?

Ашкинази Л.А.
(«ХиЖ», 2016, №2)

pic_2016_02_48.jpg

Художник Серегй Дергачев


Предпосылки

Когда мы спрашиваем, каким должно быть нечто (например, учебник физики), то всегда — явно или неявно — исходим из каких-то предпосылок и учитываем какие-то ограничения. Если оговорить их, это поможет получить разумный результат или убедиться, что на данный момент его получить невозможно. Не будем рассматривать судьбы мировой цивилизации, возьмем сегодняшнюю российскую ситуацию. В качестве предпосылок для появления нового учебника мы имеем следующее.

Физика — это наука, а интерес к науке падает из-за изменения типа экономики (сырьевая ориентация) и из-за действий властей (реформа Академии наук, вал липовых диссертаций и степеней, разрушение образования, преследование ученых под надуманными предлогами). Так что о массовом интересе к науке можно забыть.

Кроме отношения к науке, для преподавания важно изменение окружающей информационной среды. Об этом можно долго говорить и писать, но ситуация уже достаточно осознана: легкость получения информации и низкая достоверность получаемого привели к понижению требований к достоверности и к потере умения сосредоточиться на задаче. «Клиповое мышление» и «цифровое слабоумие» — лишь мягкие характеристики происходящего со школьниками и студентами. Это не отдельные локальные явления, это вполне гармонично связанные направления распада и крушения того научно-технического интеллектуального и профессионального мира, в котором мы выросли, частью которого были и собирались оставаться до конца. Своего, а не его.

Более того, второе гармонично связано с первым. Если наука не нужна государству, то зачем мне изучать ее всерьез — это скучно и трудно, да и я не смогу прожить за счет приобретенных знаний. Лучше пусть меня научат торговать — один из деканов Высшей школы экономики на дне открытых дверей так и сказал: мы готовим не тех, кто пишет программное обеспечение, а тех, кто его продает. Можно даже и не торговать программами, а сидеть в офисе — перекладывать бумажки со стола на стол и с одной стороны стола на другую и подсчитывать рейтинги. Благо есть компьютер, в нем калькулятор, а в фирме сисадмин, который придет по звонку и покажет, куда нажимать. А я напишу на бумажке и наклею на монитор.

Разумеется, существуют и всегда существовали те, кому просто нравилась наука. Но, во-первых, их никогда не было много, а во-вторых, они произрастают на более широком поле просто способных и заинтересовавшихся. А какой может быть у школьников массовый интерес в сегодняшних условиях, при государственном-то хамстве? Чего стоят хотя бы истории с «Династией» и Фондом Сороса.

Что наука существовала в значительной мере за счет надежд на чудо-оружие, не секрет. Некоторые сейчас тешат себя надеждой на реванш и на шансы получить под это дело какие-то гроши на науку. Но это пустые хлопоты, как говорили гадалки, и вот почему. Если развитие науки и техники обеспечивает и военное превосходство, и мирное, то уменьшение на какое-то время военных расходов не катастрофично. Надо будет — быстро восстановим. Более того, если наука существует не столько за счет государства, сколько за счет бизнеса и фондов, то опять же уменьшение расходов государства не сильно по ней ударит. А если наука кормится только от государства, причем именно от военных — то сами понимаете, что происходит, когда мечта «шашкой бесшабашно срубить с оттягом Эйфелеву башню» исчезает.

И руководство страны это интуитивно понимает — один более чем высокопоставленный чиновник недавно изрек, что в танкостроении Запад отстал от России на двадцать лет. Это он на полном серьезе! Причем «в его безумии есть система», как сказал бы его коллега Полоний — раз фора 20 лет, то наука и образование вообще не нужны. Потому что невозможна фора по одному столь сложному изделию без форы во всей промышленности и науке.


Физика для всех, обязательная

Что можно сделать в такой ситуации, чтобы обеспечить относительно нормальную жизнь большинству и возможность заниматься наукой бесконечно тонкой прослойке? Ответ очевиден: учебников должно быть два и оба они должны быть увлекательнее, чем нынешние.

Прежде всего почему два, а не более десяти, как в министерском списке? Потому, что учебники должны различаться чем-то существенным, а в естественных науках, да еще и на школьном уровне, сделать существенно отличающееся затруднительно. (Какими соображениями руководствуется министерство, когда ставит штамп «рекомендовано», — это другая сторона вопроса.) Учебники могут различаться лишь уровнем погружения в вопрос и отчасти — охватом. Можно даже сохранить два концентра, 7—8—9 и 10—11 классы, но тогда надо честно сказать, что второй — не для всех, а только для тех немногих, кто всерьез собирается жить именно физикой или инженерией. Сейчас это формально не так, но фактически — именно так. Зачем учить физике целый класс, если ЕГЭ будут сдавать два человека? — рассуждает школа. Как тогда учиться этим отщепенцам? — этот вопрос решают родители, иногда с помощью учителей той же школы, иногда и без них. Ниже предлагается иное решение.

Итак, физика-I, например, 7—8—9 или 7—8 классы. Ничего выходящего за личный опыт человека. Учебник должен быть прост, понятен и ориентирован на обыденность. Чтобы гражданин не перебегал дорогу в потоке машин в дождливую погоду, не удивлялся, что теряет равновесие, входя в метро на стоящий эскалатор, выключал свет перед тем, как менять лампочку, и не правонарушал даже ночью, памятуя об инфракрасной подсветке и камерах. То есть это должна быть физика, позволяющая жить грамотно, можно сказать физика для социализации, физика для общества. Собственно физика при этом потребуется примерно та, которая и есть сегодня в школе, только не надо про бозон кого-то и темную, как ее, — то ли материю, то ли непонятно что. Это 99,99% граждан никогда не потребуется.

Такой бытоориентированный учебник будет для большинства и интереснее. Потому что школьников, на уединенной скамейке в осеннем парке размышляющих о судьбах одной из вселенных, всегда было мало, а сейчас — сами понимаете. И этот курс должен быть обязателен, и принимать экзамен надо серьезно, и прочерк в аттестате должен реально страшить и до пересдачи комиссии — закрывать дальнейшее инженерное обучение и наем на работу в госструктурах. Курьер, который перебегает в потоке машин, фирме не нужен, и студент такой нужен далеко не на всех специальностях. Причем предполагаемый объем информации, который даст этот учебник, при всей бытоориентированности должен быть существенно большим, чем выносят из школы многие ученики сейчас.

Важно, чтобы в этом учебнике явно демонстрировалось критическое мышление, то есть авторы должны разбирать глупости, которые пишут и говорят вокруг, показывать их несовместимость с общеизвестными фактами и простой логикой. Именно для того, чтобы попытаться научить стряхивать лапшу с ушей. Правда, ГИА надо будет переделать в соответствии с новым курсом, но это не столь сложно.

А для того, кто размышляет на скамейке... что нужно, чтобы общество не упустило ненароком будущего гения? Это вполне решаемая задача, но именно этот материал, предназначенный для того, кто задумывается, — должен быть четко отделен от остального. Должно быть просто и ясно сказано: если интересуют тайны Вселенной и полет на Луну — то жизнь, подчиненная работе. И два примера — один научный и один инженерный детектив. Рассказанные так, чтобы были видны — насколько это вообще возможно — и потение, и вдохновение. Причем проценты — согласно цитате из Эдисона (1% вдохновения), он в вопросе разбирался.

Резюме: физика-I — это физика для тех, кому она, может быть, и не нужна. Но обществу нужно, чтобы ее знали и ею руководствовались. Потому что за незнание элементарной физики платит общество — то есть все. Ибо аварии на дорогах мешают движению, а медицина у нас страховая. Да и обращение к шарлатанам и жуликам, лечащих магнитными браслетами и «биоэнергетикой» вместо хоть какой, но все же медицины, приводит к повышенной нагрузке на все общество, то есть на каждого из нас.


Физика — кому она лично нужна

Физика–II, например 10—11 класс, — это совсем иное, хотя от современного хорошего учебника (для «углубленного изучения») отличаться должно не радикально. Это будет именно введение в физическую картину мира, в методы современной физики и в физические основы инженерии. Одна толстая книга в трех частях или три потоньше — не суть важно. Современный российский хороший учебник — это картина мира с минимальным и чисто формальным вкраплением науки и инженерии. В американских учебниках примесь методов физики и инженерных применений больше, чем в российских, но все равно меньше, чем следовало бы.

Итак, три части. Первая должна использовать операции с векторами, простейшее применение тензоров, начала математического анализа, может быть, что-то еще — на потребу физики. Включать этот материал в курс математики или сделать в учебнике физики математическую часть в его начале — вопрос технический. Второе проще, первое — полезнее. Разумеется, сильно углубиться в современную физическую картину мира в школьном учебнике, даже на расширенной математической базе, не удастся. Ради глубины можно пожертвовать шириной или сделать не все подразделы обязательными. Но если ориентироваться на серьезные занятия с теми школьниками, кто реально интересуется и готов работать (промежуточный зачет после математической накачки это покажет), то все равно можно сконструировать интересную книжку. Когда-то нечто подобное сделал один из родителей водородной бомбы — Я.Б.Зельдович, назвав результат «Высшая математика для начинающих». Те 400 страниц — конечно, не школьный учебник, но ознакомиться полезно.

Вторая часть Физики–II — показ того, как именно делается физика. Вся цепочка, от постановки задачи до решения? Э, нет — от рассказа о том, откуда берутся задачи, до кайфа ощущения решенности — одного из трех самых острых переживаний этой жизни. А откуда берутся... это не секрет: задачи берутся из задач, они сами из них растут, их даже поливать почти не надо — живучи, как саксаул. А еще задачи ставят инженеры и другие ученые (например, биологи, химики, геологи), ставят их — это отдельный разговор — политики, нормальные и безумные. В учебнике должны быть показаны примеры решения научных задач, пришедших из разных источников, задач простых и сложных, задач решенных и— обязательно нерешенных. Тем самым будет естественно показаны и связь наук, и связь областей физики. И кстати, сейчас уже необходимо объяснить детям, что это такое — решить задачу. А то иной школьник пишет-пишет, пишет-пишет, а потом медленно поднимает на меня несчастные глаза и тихонько спрашивает: «Я... решил?..»

Хороший показ процесса физики — это нечто среднее между нормальной научной статьей и хорошей научно-популярной статьей. Здесь должны быть детектив и интрига, загадка и разгадка, черная комната, черная кошка, и вот она подходит, чтобы ее погладили. Можно сказать, это хорошая научно-популярная статья, опирающаяся на учебник физики (на первую его часть), не стесняющаяся приводить формулы и показывать их применение и следствия. Великолепный пример, но из химии — статья «Z, или История с формулами» Е.В.Полунина (см. «Химию и жизнь», 1986, № 1).

Третья часть такого учебника — нечто похожее на вторую, но вместо слова «наука» ставим слово «техника» или менее употребительные слова «инжиниринг» и «инженерия». Заметим, что слова эти в разных словарях определяются немного по-разному, в частности с большим или меньшим упором на коммерческую сторону. Можно было бы говорить «инженерное искусство» или, например, «конструирование и технология», но это, увы, длинно. Итак, третья часть нашей гипотетической книги — показ того, как физика применяется в инжиниринге. То есть вся цепочка — от рассказа о том, откуда берутся задачи, до кайфа, когда оно взлетело, поплыло, приземлилось, когда по нему пошли поезда и потоки машин, и какие физические проблемы пришлось решить, чтобы создать суперкомпьютер и искусственное сердце, а также суперколлайдер и космический телескоп — чтобы заглянуть в обе бесконечности. Естественно, нужен рассказ, откуда берутся инженерные задачи и особенно о том, как их ставит наука, показ этой двухсторонней связи.

Хороший показ процесса применения физики — это нечто среднее между нормальной инженерной статьей и хорошей научно-популярной статьей. Странно, что нет термина «инженерно-популярная статья» — но, так или иначе, в ней должно быть все, что названо выше. И в ней должны быть вопросы, вплетенные в текст и неожиданно поражающие читателя... нет, не надо поражать и даже не надо казенно «заставлять задуматься». Скажем так: давать удобную возможность задуматься. Да и во второй части это должно быть —и побольше. Правда, ЕГЭ придется переделать в соответствии с новым курсом, и это будет посложнее, чем ГИА. А может, при уменьшенном-то количестве сдающих, его вообще… элиминировать?

Вводить в учебник вопросы можно четырьмя разными способами. Можно строить вопросы так, чтобы они диагностировали усвоение учебного материала, это называют «вопросы по теории». Можно так, чтобы проверяли умение применять теорию, то есть просто решать задачи. Это два традиционных способа, но есть еще как минимум два. Можно строить вопросы так, чтобы они определили умение развивать теорию, то есть на основе сообщенного теоретического материала, либо строить теорию частных случаев, либо комбинировать разные теоретические положения. И наконец, можно строить учебник так, чтобы в процессе попыток ответа на заданные вопросы учащийся сам приходил к определениям, признакам и классификациям. То есть отчасти сам «создавал науку», роясь в примерах и прецедентах. Вот функция, вот, вот и вот — что их объединяет? А вот эта и эта — относятся ли они к этому классу? Как мы назовем этот класс? А какие у него есть еще свойства? Когда-то именно так нас учили математике (мне сильно повезло со школой), в американской педагогике эта методика применяется, в российской — реже, она трудоемка —ив составлении книги, и в применении, и для педагога, и для ученика. Но она развивает конструкторские способности. Без которых нет ученого, а есть — максимум — научный работник. Или просто «работник», как тактично пишут на пропусках в НИУ ВШЭ.

Между прочим, принцип двух курсов и двух учебников — для всех и для тех, кому лично нужно, — может быть использован и для некоторых других предметов. Тем более что жизнь-то под знаменем ЕГЭ сама к этому идет... Кстати, учителя химии (американские и английские, а если сумеют добыть перевод, то и российские) имеют в своем распоряжении учебник из двух частей, для учеников и для учителей, сравнимые по объему. Может быть, надо было позаимствовать эту идею, а не пытаться неумело собезьянничать идею единого экзамена?


Компьютер и Интернет

Теперь о компьютеризации, Интернете, большой от них пользе и таком же большом от них вреде. Вообще-то это обычная ситуация: наверное, почти от всего могут быть и польза, и вред — в зависимости от ситуации. Совершенно очевидно, какая именно польза (и немалая) может быть от компьютерного учебника и от использования Интернета: интерактивный учебник, гибрид учебника с задачником, многоуровневость и управляемость переходов и многое другое. Материала в электронном учебнике может содержаться гораздо больше, чем в учебнике бумажном, и это позволяет удовлетворить потенциальные и разнообразные интересы ученика. Но можно соорудить и развлекаловку, причем сделать это гораздо проще, чем создать содержательный и полезный учебник. Более того, если просто продублировать текст лекциями и показом экспериментов, то формально электронный учебник будет создан, объем наполнен, средства освоены. С другой стороны, можно создавать понемногу (в этом «понемногу» состоит еще одно важное преимущество Интернета) образовательный сайт, а потом на его основе — электронный и бумажный учебники.

Ситуация с Интернетом сложнее, потому что содержание конкретного электронного учебника — это то, что мы туда сами положили, а Интернет от нас мало зависит, и бреда там предостаточно. Никакого программного барьера на этот счет нет, ив обозримом будущем он не появится. Не только потому, что это, по сути, проблема проблем — создание «искусственного интеллекта», но и потому, что данная проблема вообще не всегда имеет надежное решение. Единственная защита от бреда, не абсолютная, но зато самоподдерживающаяся, — это хорошее знание основ школьной физики, плюс навык трезвого мышления, привычка присматриваться к информации, плюс общение с профессионалами, экспертные оценки (учитель сказал, что кто не читает материалов на сайте А, мимо того жизнь проходит без пользы, а сайт В — пустая трата времени). Этому тоже должна учить школьная физика, поэтому критический подход надо заложить в обе школьные физики. Правда, хорошо бы его заложить ив химию, ив биологию, а уж в литературу-то и историю... но тут Шахерезада почему-то быстренько замолкает. Конечно, такой учебник мог бы содержать указатель интересных и достоверных материалов в Интернете и сайтов, где поддерживается чистота, но должен этот список находиться в Интернете и быть обновляемым.

Да и сам этот учебник должен быть в Сети — потому что школьников, которые хоть как-то интересуются физикой, мало, а интересующихся настолько, чтобы освоить хотя бы школьный курс, — совсем мало. Шансов собрать серьезно интересующихся в спецшколу или спецкласс — тоже мало. А что делать в населенном пункте, где просто нет нужного количества учеников? Не все способны пробиться из глухой деревни, как нобелевский лауреат Абдус Салам или Ломоносов. Школы-интернаты вроде «Интеллектуала» — единичное явление, да и они переживают не лучшие времена по причинам, изложенным в начале статьи.

Решение — организация дистанционных занятий по такому учебнику. При этом сама дистанционность должна учитываться при конструировании и изготовлении учебника. А для того, чтобы школа оставалась школой, а не местом получения аттестата о чем-то там, занятия должны проводиться в реальном классе, одновременно и со школьниками живыми, и с «дистанционными». Примерно так, как это описано в рассказе «Какая прелестная школа» Ллойда Биггла-младшего. Попутно — это лучшее решение для учеников, которые по любым причинам не могут присутствовать на занятиях.

Что полезнее, ролик с хорошим учителем на экране или средний учитель, но живьем и рядом, с обратной связью? Лучше, чтобы был выбор, — тогда дитенок решит проблему сам, и если ему интересно, то будет активно пользоваться новыми возможностями, а если нет, то вреда точно не будет. Возможно, конечно, возникновение некоторой ревности реальных учителей к экранным, но с таким же успехом средний учитель может ревновать к хорошим книгам. Вообще-то живой учитель в реальном классе может вести занятия, используя ролики на экране. Возможен и вариант, когда онлайн дополняется живым учителем «на месте». Например, задания даются на экране, а проверяются «на месте». А вопросы школьников эти два учителя как-нибудь уж поделят — профессионалы всегда договорятся. В Интернете реализованы разные варианты, но, по мнению многих, основная проблема с дистанционными курсами — дисциплина, иными словами, мотивация. Предполагается, что с этим у умных детей все в порядке, тем не менее нужны поэтапный контроль, система штрафов и наград. Забавно, что сами дети это понимают, — когда я проводил среди своих учеников опрос насчет дистанта, они в основном высказались «против» и указали именно на эту проблему!

Такие занятия, такой полудистанционный класс можно создать на базе школы, имеющей свои источники финансирования, или на базе вуза, который выживет и залижет раны после очередной оптимизации, то есть слияния, то есть сливания. Это будет распространение системы заочного образования, по которой учится сейчас около половины российских студентов, на школьников, всерьез интересующихся предметом. А по весне детишки будут съезжаться — на оленях, вертолетах и метро — сдавать сессию...

Немного статистики, очень-очень оценочно. ЕГЭ по физике пишут около ста тысяч человек. Из них около 3% делают четыре или пять задач из пяти в части С, где надо не галочки в клеточках расставить, а чуть-чуть применить учебник. Казалось бы, достаточно — три тысячи человек, которые почти усвоили школьный курс на элементарном уровне и которых не придется учить школьной физике на первом курсе вуза. Учитывая ситуацию, в которой они учились, можно предположить, что их можно было бы научить и большему — если не натаскивать на ЕГЭ. Но шансы собрать из таких детишек нормальный класс — так, чтобы школе имело смысл их всерьез учить, — есть только в столицах и городах-миллионниках. Однако ездить через весь город не все могут. Поэтому создание системы, о которой рассказано выше, представляется умеренно разумным решением.

Немного статистики, очень-очень оценочно. ЕГЭ по физике пишут около ста тысяч человек. Из них около 3% делают четыре или пять задач из пяти в части С, где надо не галочки в клеточках расставить, а чуть-чуть применить учебник. Казалось бы, достаточно — три тысячи человек, которые почти усвоили школьный курс на элементарном уровне и которых не придется учить школьной физике на первом курсе вуза. Учитывая ситуацию, в которой они учились, можно предположить, что их можно было бы научить и большему — если не натаскивать на ЕГЭ. Но шансы собрать из таких детишек нормальный класс — так, чтобы школе имело смысл их всерьез учить, — есть только в столицах и городах-миллионниках. Однако ездить через весь город не все могут. Поэтому создание системы, о которой рассказано выше, представляется умеренно разумным решением.

Если, как сказано в самом начале, исходить из реальных предпосылок и учитывать ограничения в сегодняшней российской ситуации, то не избавимся. Но если мы, как ни странно, хотим увидеть какой-то результат при жизни можно попробовать создать систему, о которой рассказано выше. Предоставить всерьез интересующемуся школьнику возможность — это ли не красивая задача?

123

Разные разности

19.01.2022 16:00:00

Россети при помощи Роснано и Росатома ввели в действие 31 электрохранилище общей емкостью чуть более 1,5 МВт·часов электричества сразу в нескольких российских регионах. 

>>
10.01.2022 17:00:00

…согласно Каталогу ледников России, площадь 22-х ледниковых систем по сравнению с 1965—1982 гг. уменьшилась на 5594 км2, или на 9,3%

…нападения больших белых акул на человека – всего лишь результат ошибки их зрения, которому недоступны детали и оттенки цветов

…дети, наблюдающие, как взрослые едят сырую брокколи с положительной мимикой, то есть с явно выраженным удовольствием, более чем в два раза чаще и больше пробовали и съедали этот овощ…


>>
29.12.2021 16:00:00

Ученые из Университета Вашингтона в Сент-Луисе решили проверить, могут ли мошенники воспользоваться генетическими данными и подделать на их основе внешность человека.

>>
27.12.2021 12:00:00

Согласно расчетам коллектива европейских климатологов, если ничего не менять в текущей экологической политике, то потепление к концу века будет 2,3—2,9°С, а если выполнить взятые обязательства, то 2,2—2,7°С.

>>
21.12.2021 12:00:00

…на Луне найдены холодные ловушки углекислого газа, сосредоточенные вокруг южного полюса Луны…

…«пиксели» слоя черного фосфора толщиной в три атома могут быть в 20 раз меньше, чем у жидкокристаллических дисплеев, но при этом будут реагировать на входные данные в миллион раз быстрее…

…в анализах проб из Японского моря был найден и описан новый вид голожаберных моллюсков Eubranchusmalakhovi sp.n., который назвали в честь заведующего кафедрой зоологии беспозвоночных МГУ, академика РАН В.В. Малахова

>>