Адрес e-mail:

Андрей Лукьянов: «Школьник должен уяснить простое правило: по-настоящему учат лишь задачи, которые он решил сам!»

Более десяти лет МФТИ проводит образовательный курс по экспериментальной физике. Программа ориентирована на школьников 7–11 классов и погружает их в одну из самых интересных областей предмета — практикум. С этого года курсы впервые будут доступны ребятам со всех регионов России в онлайн-формате. Курс «Экспериментальная физика» дает школьникам намного больше стандартной программы, позволяет подготовится к олимпиадам разного уровня и в целом помогает по-новому взглянуть на предмет. О том, как проходят занятия и какие задачи решают на курсе, рассказал один из преподавателей — Андрей Лукьянов. 

— Андрей Александрович, в чем важность обучения школьников экспериментальной физике? 

— Говоря об экспериментальной физике, следует кое-что уточнить. Современная физика (начиная примерно с прошлого столетия) делится вполне четко на физику теоретическую и экспериментальную, а физики, в свою очередь, — на физиков-теоретиков и физиков-экспериментаторов. Раньше дело обстояло не так: стоит вспомнить только теоретика первой величины XIX века Джеймса Клерка Максвелла, который сам ставил эксперименты, не говоря уже об Исааке Ньютоне. В ХХ веке такое «совместительство» стало затруднительным: усложнилась физика — и теория, и эксперимент. Редким исключением был итальянец Энрико Ферми. Он одинаково успешно и на высочайшем уровне работал и в теории, и в эксперименте. Хотя Эйнштейн тоже не был чужд постановке физических опытов. Чаще приводят в пример антиэкспериментатора Вольфганга Паули. Существовала даже шутка про «эффект Паули» — это когда что-нибудь ломалось в лаборатории при одном лишь приближении к ней Вольфганга. О взаимоотношениях теории и эксперимента говорили и писали разное многие уважаемые люди. Академик Леонид Исаакович Мандельштам говорил примерно так: «Теория без эксперимента – это просто уравнения, но без теории вообще нет науки». А Петр Леонидович Капица расставлял ударения иначе: «Успешное развитие механики началось только с того момента, когда началось опытное исследование процессов движения... Схоластический образ мышления, утверждающий, что, сидя в кабинете и размышляя, можно познать природу... совершенно неправилен».

Но это все — о высокой науке! Школьникам же до нее еще далеко. Мы можем говорить лишь об изучении физики. Каким должен быть этот процесс, чтобы быть максимально успешным, чтобы он мог по возможности быстрее приблизить школьника к изучению большой физики как науки?  Вот здесь и стоит сказать о важности экспериментальной физики. С грустью приходится отмечать, что изучение предмета в наших школах становится оторванным от «живых» проявлений физики. Наметился явный перекос в сторону изучения чистой теории. Школьник наизусть, как стихи, заучивает какие-то определения и формулы, не видя своими глазами, что они означают в жизни. «Плечом силы называется длина перпендикуляра, проведенного от оси вращения до линии действия силы». Уверен, что если школьнику просто показать дверь и дверную ручку на ней, которая приделана вдали от дверных петель, а не вблизи, или попросить подростка открыть дверь, прикладывая силу вблизи этих самых петель, то он быстро поймет, что такое момент силы! А это не просто алгебраическая формула «Буква М равна букве F, умноженной на букву d». Физика — не игра в буквы. Учащийся должен себе представлять, например, ту самую дверь с ручкой. Будет хорошо, если школьник собственной рукой толкал или тянул дверь, а не просто видел кино об этом или играл в компьютерную игру о чем-то таком. Физика — наука не о буквах, а о настоящей реальности! Хотя это всегда некая модель, теория реальности.

— Какова главная цель курсов? Кроме того, что вы показываете реальную физику школьникам.

— Школа возникла десять лет назад. Я преподаю уже девять лет. С самого начала она называлась «Олимпиадная школа по экспериментальной физике». Изначально была поставлена цель сделать учащихся успешными «олимпийцами». Это могло иметь и дополнительный бонус: сильные учащиеся потянутся на Физтех. 

Часть наших школьников действительно показывала высокие результаты на олимпиадах по физике различного уровня. Мои ученики — восьмиклассники участвовали в заключительном этапе олимпиады «Максвелл» и занимали там призовые места. Но у нас изначально были не самые продвинутые по физике школьники Москвы. Пришли просто сильные и мотивированные ребята и девушки. Не из тех, кто собирался исправить «тройку» по физике. К тому же они прошли отбор в форме тестирования. Без этого нельзя! 

Первые несколько лет занятия велись только экспериментальные — делались лабораторные работы (разумеется, с теоретическими введениями и решениями вспомогательных теоретических задач). Имелось в виду, что на олимпиадах высокого уровня есть экспериментальный тур, и школьники, претендующие на призовые места, должны успешно справляться с задачами этого тура.

Школьные лабораторные работы не всегда в этом могут помочь. На олимпиадах дают задачи «с изюминкой», еще и не подсказывают, как решать задачу. Это в школьных лабораторных работах всегда есть четкие инструкции: «Делай так-то, далее — так, а после этого делай вот что». Нужно лишь исправно выполнять все пункты инструкций (может, даже не понимая их до конца). 

На олимпиадах этого нет. Поэтому в нашей школе я и мои коллеги руководствовались принципом, который прямо доносили до учащихся: «Решения задачи вы пока не знаете. Подумайте, как можно получить решение, пользуясь имеющимся оборудованием». А оборудование было, как правило, скромным, — как это принято на олимпиадах по физике, где нужно «лишь» проявить смекалку. И учащиеся иногда полчаса, иногда час ломали головы над возможной постановкой опыта с имеющимися средствами.

Бывали и другие случаи. Например, была серия лабораторных работ с использованием мультиметра. Фактически мы учили школьников пользоваться новым для них прибором: огромный процент учащихся впервые брал в руки мультиметр. В этом случае подсказки и инструкции были, безусловно, необходимы. Цель работы в данном случае — не только разобраться с «изюминкой» в задаче, но и научить работать с новым прибором.

Подсказки бывали нужны и в более простых случаях. Например, не все учащиеся держали в руках штангенциркуль! До сих пор помню вопрос школьника: «А какова точность штангенциркуля?».  Школьник действительно впервые взял в руки штангелек и не подозревал, что где-то — прямо на самом штангельке — написано, какую точность он обеспечивает. Иронизировать над учеником за подобного рода незнание нечестно: ему этого просто не рассказали в школе. 

— В целом вы ориентируетесь на экспериментальные работы только высокого олимпиадного уровня?

— Наши задачи в целом сложнее, чем стандартные лабораторные работы официального учебника. Был случай, когда задачка бралась с заключительного этапа Всероссийской олимпиады. Это задача об определении плотности пластилина, когда в стакан с водой сначала бросают просто кусок пластилина — и он тонет, а потом изготавливают из этого пластилина «лодочку» и пускают ее в плавание в том же стакане. В двух этих случаях подъем уровня воды в стакане будет разным. Оказывается, что знания двух высот подъема воды достаточно, чтобы найти плотность пластилина (по известной плотности воды). Но задача идейно сложная: подъем уровня воды, когда в ней плавает «лодочка», не зависит от формы «лодочки». Поди догадайся до этого!

­– Задача по гидростатике (про пластилин в воде) — это разве не седьмой класс? Почему ее тогда решают восьмиклассники?

– Учащийся восьмого класса должен уметь решать любые задачи предшествующих лет. Что именно достанется на олимпиаде — никто не знает. Кстати, задача про пластилин давалась в свое время на Всероссе девяти- или даже десятиклассникам! Еще мы повторяем с восьмиклассниками условия равновесия твердого тела и понятие центра тяжести. Это сложные вещи, а изучают их в седьмом классе. И часто школьники проходят мимо!

Вот настоящая экспериментальная задача, которую теоретически едва ли одолеешь. «Как определить положение центра тяжести палки (необязательно однородной; может быть палка с набалдашником), не пользуясь никакими инструментами? Решение: Возьмите для простоты длинную линейку (длинную палку, длинный карандаш, палку с набалдашником) и положите на вытянутые горизонтально пальцы обеих рук. Приближайте теперь пальцы друг к другу так, чтобы линейка оставалась горизонтальной. Линейка станет скользить поочередно сначала по одному пальцу, затем по другому. Для длинной линейки это будет повторяться много раз. Для тех, кто наблюдает впервые, это кажется фокусом. В конце концов пальцы сойдутся под центром тяжести линейки (палки с набалдашником). Строго математически доказать это непросто даже для линейки (для палки с набалдашником — безнадежно!). Но это легко проверить на опыте: если подпереть линейку в точке, где сойдутся пальцы, то она окажется в равновесии. Это и доказывает, что пальцы сойдутся под центром тяжести линейки». 

Или еще задачка: «Определить положение центра тяжести однородной плоской (например, из картона) фигуры «неправильной формы». Решение: Фигуру несколько раз (минимум два раза) кладут на самый край стола и в моменты, когда фигура начинает падать, отмечают на фигуре границы стола; точка пересечения прямых дает положение центра тяжести. Обе задачки очень нравятся школьникам. Формально это седьмой класс. Но каждый ли одиннадцатиклассник догадается, как решить эти задачи?

— Успехи на олимпиадах — это, конечно, критерий, но, скажем так, итоговый. А как в процессе обучения вы проверяете усвояемость материала?

— Каждой лабораторной работе отведено два занятия: на первом занятии работа делается, а на втором (через неделю) происходит ее сдача. Именно через неделю, а не через две или три. За эту неделю дома школьник делает необходимые расчеты и вообще оформляет работу. На сдаче он не просто отдает преподавателю свои листочки с вычислениями, но ведет беседу с преподавателем, а тот «на глаз», глядя в листочки школьника, и «на слух» определяет, что и как сделано и в какой мере понято. 

Сдача работы — самый эффективный способ организации обратной связи. Иначе можно что-то рассказать школьникам и даже показать, но это так и останется чужим знанием, знанием педагога. Школьник должен сам проделать лабораторную работу, а не просто понаблюдать, как это получается у преподавателя. Важно, чтобы знания и умения перешли к ученикам. Ребенок должен уяснить простое правило: по-настоящему учат лишь задачи, которые он решил сам. Помучился, но все же решил! Нельзя научиться ездить на велосипеде, просто глядя, как ездят другие.

Кстати, по поводу «все же решил». Не надо «грузить» школьника только убойными олимпиадными задачами. Во-первых, он может перепугаться и просто бросить физику, еще не войдя в нее. Во-вторых, если предложить учащемуся двадцать задач, и он ни одну из них не решит (не поймет ни одну из двадцати лабораторных работ), то это мало чему его научит. Задачи (экспериментальные, в том числе) должны быть разной сложности.

Есть и еще одна важная вещь: не стоит преувеличивать важность олимпиадных задач, важность вообще олимпиад. Я, например, не слышал, чтобы Эйнштейн, Ландау или Курчатов побеждали в каких-то олимпиадах. Они как-то, минуя это, вошли в большую физику. 

Цель образования, даже в олимпиадной школе, — не только победы в олимпиадах по физике. Школьник должен быть подготовлен к проявлениям физики в обыденной жизни. Он должен понимать, отчего, когда Гидрометцентр говорит о давлении, он «почему-то» не указывает направления, в котором действует сила давления. Кстати, атмосферное давление — это много или мало? Каково, например, давление воздуха в велосипедных камерах или какое давление оказывает человек на пол, когда стоит на нем? Школьник (восьмиклассник — точно!) должен, например, знать, что все электроприборы в доме включены параллельно. Почему на электрочайнике указано именно напряжение 220–240 вольт, а не сила тока? Как физик он должен понимать, что это связано с малостью сопротивления подводящих проводов. Многие знают, что нельзя одновременно включать в доме несколько электроприборов, рассчитанных на большую мощность (например, несколько электрокаминов). Физик должен понимать, почему это так. Лучше всего приближает к пониманию таких вопросов именно экспериментальная физика, лабораторные работы — сначала с преподавателем, но со временем и лучше всего — самостоятельная постановка опытов. Хорошо, если это будет осмысленная постановка опытов (со знанием теории хотя бы в пределах школьной программы). Еще нужно понимать, что экспериментальная физика — это не показывание фокусов. Это все же количественная наука. 

— Вы рассказали преимущественно про восьмой класс, а какие особенности у других классов? 

— У нас в школе сложилось так, что преподаватели закреплены за определенными классами и отвечают за них, в частности — за методические материалы по своим классам. Нет официальных учебников, рекомендованных Минобром, которыми бы мы пользовались в своей работе. Каждый преподаватель пишет что-то свое для своего класса. Это не альтернативная физика, но именно свои материалы. Так и появилось, например, мое учебное пособие «Экспериментальная физика».



Если вы заметили в тексте ошибку, выделите её и нажмите Ctrl+Enter.

© 2001-2021 Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)

Противодействие коррупции | Сведения о доходах

Политика обработки персональных данных МФТИ

Техподдержка сайта | API

Использование новостных материалов сайта возможно только при наличии активной ссылки на https://mipt.ru

МФТИ в социальных сетях