Перейти к содержанию

Трудные темы курса физики

Материал из Викиучебника — открытых книг для открытого мира

Список тем учебника:

Трудные темы курса физики выявляются в практике преподавания курса физики в учебных заведениях любого уровня — институте, специализированном техникуме или средней школе, И,особенно, в деле самообразования, где успех зависит не только от внятности изложения материала и донесения его до обучающихся. Для этого от них требуется всего лишь внимание и хорошая память.

Но задача учебника состоит в том, чтобы полученные ими знания превратились в умение. То есть в способность оторваться от конспекта лекций или страниц учебника и самостоятельно принять ответственное решение применительно к заведомо не рассмотренному в процессе преподавания конкретному случаю.Короче говоря, речь идёт о воспитании творческого подхода. То есть не только способности, но и потребности в проведении оригинальных исследований, поскольку далеко не всегда в занятиях физикой предстоит находить выход из типовых ситуаций.

Это требует активного участия обучаемых в формировании каждым применительно к своим способностям, склонностям и полученного персонального опыта и знаний личного взгляда на предмет обучения.

Отличительной чертой работ успешных преподавателей является то, что они намеренно предвосхищают возникающие по ходу изложения материала у своих учеников трудности и путём подробного, без потери мелких деталей, повествования, добиваются создания прочной базы понимания преподаваемого предмета.

В ряде случаев они используют весьма эффективный педагогический приём, подводя усыплённого гладко идущем повествованием читателя к кажущемуся парадоксу, заставляя его активно включиться в осмысление материала и строить свою картину, связанную с личными особенностями восприятия закономерностей окружающего мира.

Справедливости ради следует заметить, что человеку свойственно ошибаться и потому нельзя ожидать, что в текстах даже самых авторитетных авторов не могут встречаться досадные ошибки. Так, например, в не раз цитируемой ниже глубокой работе профессора Хайкина С.Э. ([1] стр 205-208)рассматривается в частности вопрос о падении камня на Землю. Ради обострения ситуации автор рассматривает и вопрос о падении Земли на камень и делает существенную ошибку, ставящую под сомнение полученные им в данном вопросе выводы.Ошибка заключается в том, что и камень, и Земной шар в действительности падают на общий центр притяжения и потому путь, проходимый Землёй не равен пути, проходимому камнем.

Следует ясно представлять, что физика , как наука, стремится как можно точнее описать имеющие место в Природе закономерности, у которых нет авторов.В истории науки нередко можно указать на некоторых личностей, которые перевели на основании своих умственных построений или экспериментов существовавшие и существующие без их участия закономерности на человеческий язык.Их заслуги перед человечеством бесспорны и потому физические законы или входящие в них единицы измерения названы их именами.Но, тем не менее, в построении современной картины мира с позиции физики участвовало множество теоретиков и практиков, внёсших свой вклад в уточнение, или просто подтверждение понятых физических закономерностей.Для которых достоверность и проверяемость есть неразрывные, не допускающие противопоставления друг другу характеристики.

Поэтому постоянная бдительность читателя и критическое отношение к суждениям авторитетов, независимо от их ранга и степени, совершенно необходимы в том случае, если он действительно задался целью понять физику. В большинстве случаев такой скептицизм позволит обнаружить неполноту и ошибки в собственных знаниях. Однако, в редких случаях и уважаемые учёные способны удивить читателя.

От ошибок и ухода в область фантазии предохраняет бескомпромиссный принцип, сформулированный ещё Бэконом, заключающийся в том, что единственным критерием научной истины является опыт. При этом научная концепция может подтверждаться множеством опытов, но достаточно лишь одного, где она не срабатывает, чтобы поставить всю эту концепцию по крайней мере, под сомнение.

Иная картина наблюдается в тех случаях, где приходится обращаться к вопросам философским, затрагивающих проблему не применения, но происхождения используемых на практике понятий физики. Здесь следует отличать во многом философскую проблему определения понятия, как такового, от вопроса возникновения в конкретных условиях опыта той или иной физической величины, описываемых данным понятием.

В начале 20 столетия классическая наука переживала серьёзный кризис и естественным ответом на него стало появление эмпириокритицизма, известного также по имени физика Эрнста Маха, одного из создателей этого направления, как Махизм. Одним из основ его теории был Принцип экономии мышления, из которого следовало, что объяснительная функция науки, основанная на поисках причин того или иного наблюдаемого на опыте явления, является излишней и должна быть исключена. Науке по Маху следует отказаться от попыток объяснения причин возникновения этих эффектов. И потому физические понятия (в том числе и понятие о силах инерции) и связанные с ними термины, являются не более, чем удобным средством описания наблюдаемых физических явлений.

Существенный вклад в новейшие представления о сущности времени внесла Специальная теория относительности (СТО), которая имеет дело с движением тел в одной из множества инерциальных систем.

Ещё более революционной оказалась Общая теория относительности (ОТО),предметом которой является движение в ускоренно движущихся системах координат, то есть в системах неинерциальных.

Примером учебной литературы, являются ставшие классическими книги по занимательной науке Перельмана, Якова Исидоровича ,[2], [3], [4] или, на более высоком уровне, лекции профессора Кирпичёва, Виктора Львовича [5], академика Мандельштама, Леонида Исааковича[6], [7] и его коллеги академика Ландсберга, Григория Самуиловича [8], [9] А также воспитанников школы Мандельштама профессоров Горелика, Габриэля Симоновича [10], [11] и Хайкина, Семёна Эммануиловича [12],[13],[14], [15],[16]

Отличительной чертой работ этих авторов является то, что они намеренно предвосхищали возникающие по ходу изложения материала у своих учеников трудности и путём подробного, без потери мелких деталей, повествования, создавали прочную базу понимания преподаваемого предмета.Для них, также, характерно доброжелательное отношение авторов к своим читателям, исключающая любые следы высокомерного педантизма, претендующего на обладание непогрешимой истиной в конечной инстанции и потому не допускающегося до разъяснения сути принятых за исходные положения. А опыт преподавания показывает, что превратное представление о изучаемых в физике закономерностей во многом закладывается тогда, когда учитель не уделил достаточного внимания кажущимся общеизвестными деталям.

В системе знаний наука занимает особо положение в том смысле, что совершаемые её работниками ошибки в большинстве случаев производятся бескорыстно и потому не могут быть объектом осуждения, поскольку их авторы в большинстве случаев руководствовались добрыми намерениями. Им можно лишь посочувствовать.

Так Тихо де Браге не признавал гелиоцентрической теории, однако сделанные им с предельной для наблюдения глазом вычисления эфемерид небесных тел (с точностью до одной угловой минуты) дали возможность Кеплеру стать "законодателем небес" .

Генрих Герц не верил в теорию Максвелла, но в попытке экспериментально её опровергнуть доказал существование электромагнитного излучения, хотя и сомневался в практической ценности своего открытия.

И в наше время известный специалист по механике Ишлинский, известный в своём кругу за свои труды как "повелитель гироскопов", в своих учебниках по механике настаивает на том, что силы инерции,проявившие себя уже на заре мироздания, есть всего лишь искусственное построение теории, призванное облегчить вычисления. Создаётся впечатление, что здесь имеет место принятие даламберовых сил инерции за эйлеровы силы инерции.

Впрочем, вопрос о возникновении ошибочных представлений о закономерностях реального мира тесно связан с проблемами мировоззренческого свойства. А вопросы веры, в частности принадлежности к сторонникам субъективного идеализма , либо к лагерю материалистов, логическому обоснованию не поддаются. Во всяком случае они далеко выходят за рамки физики.

Целью редактирования статей раздела Трудные темы курса физики, является посильная помощь учащемуся в понимании физики. Вместе с тем в этом разделе не будет рассматриваться тема убеждения учащегося в целесообразности изучения физики, как предмета,и, тем более,его мотивации к этому. По умолчанию считается, что эта проблема уже решена учащимся для себя положительно и добровольно.

В большом числе случае практического использования знаний по физике не возникает необходимости в обращении к её исходным положениям. На практике применяются вторичные производные от них формулировки, апробированные на опыте при их использовании в типичных для того или иного специалиста или коллектива области деятельности. Так, примером специфического подхода к проблем являются научные школы, отличающиеся друг от друга далеко не всегда только используемой методикой, но и принципиально.

Однако современной классической физике свойственно практически полно отсутствие споров по поводу её основ. И, если они и возникают, то не оказывают заметного влияния на общую идеологию. В противном случае ересь была бы устранена усилиями всего научного сообщества, как это произошло с геоцентрической системой мира, теорией флогистона или представлением о всепроникающем и неподвижном эфире.

Совершенно иначе обстоит дело в преподавании основ физики, где крайне важно изначально дать учащемуся правильное представление о фундаментальных принципах и закономерностях. Здесь надо быть в высшей степени принципиальным и щепетильным в отношении изложения тонкостей теории. И не жалеть времени на всестороннее освещение проблемы, отнюдь не скрывая возможных ошибок, сделанных как новичками, так и авторитетами, независимо от их положения в науке .

Некогда основатель современного немецкого государства Отто фон Бисмарк, опираясь на собственный и исторический опыт, со свойственной военному категоричностью высказал один из своих афоризмов, в переводе на русский выглядевший так:

Дурак учится на своих ошибках.

Умный – на чужих.

Не возражая в принципе против существования отмеченной канцлером разницы в подходе к самообразованию, следует всё же отметить, что и анализ собственных ошибок приносит неоспоримую пользу. Лучшим способом достижения успеха в процессе обучения является решение задач. Именно сравнение собственного решения с ответом и анализ того, почему он не сошёлся, и есть верный путь к пониманию предмета.

Литература[править]

  1. Перельман, Яков Исидорович Занимательная физика. Кн. 2. Пг., Изд-во П. П. Сойкина, 1916 (по 1981 год — 21 издание).
  2. Перельман, Яков Исидорович Физика на каждом шагу. М.: ДЕТГИЗ, 1934, 263 с, тир. 30000 экз.
  3. Перельман, Яков Исидорович Знаете ли вы физику? (Физическая викторина для юношества). М. — Л., ГИЗ, 1934.
  4. Кирпичёв В. Л. Беседы о механике / В. Л. Кирпичёв . — 5-е изд .— М. ; Л. : Гостехиздат, 1951 . — 360 с.
  5. Мандельштам Л. И. Лекции по теории колебаний. — М.: Наука, 1972.
  6. Мандельштам Л. И. Лекции по оптике, теории относительности и квантовой механике. — М., «Наука», 1972.
  7. Г.С. Ландсберг «Элементарный учебник физики» в 3-х томах
  8. Григорий Самуилович Ландсберг.Оптика.М.,Изд-во "Наука". 1976 г.928 стр.
  9. Г. С. Горелик «Колебания и Волны» (1959)
  10. Г. С. Горелик «Интерференция, диффракция, спектральное разложение в оптике и радио» 36 (11) (1948)
  11. Хайкин С. Э. Что такое силы инерции. Физическое введение в механику. - М.-Л.: ГТТИ, 1939. - 120 с.
  12. Хайкин С. Э. Механика. - М.-Л.: ГТТИ, 1940. - 371 с.
  13. Хайкин С. Э. Электромагнитные колебания и волны. - М.-Л.: Гос. энерг. изд-во, 1959.
  14. Хайкин С. Э. Силы инерции и невесомость. - М.: Наука, 1967.
  15. Хайкин С. Э. Физические основы механики. Учеб. пособие для студ. ун-тов. — М.: Физматгиз, Наука, 1971.

См. также[править]