Идеальная модель, или Курс физики в новом изложении

В издательстве “Дрофа” вышел написанный по авторской программе учебник В.А.Касьянова “Физика-10”. Он включает введение методологического характера и три раздела – “Механика”, “Молекулярная физика” и “Электродинамика” (в 10-м классе предлагается лишь приступить к изучению раздела “Электродинамика”). Хотя такие разделы курса физики являются традиционными, внимательное рассмотрение его структуры и содержания показывает, что учебник выстроен по-новому.
В основе курса – методическая идея, заключающаяся в построении всего учебного материала вокруг фундаментальных физических взаимодействий. И в свете этой идеи совсем по-другому вырисовывается роль введения. В нем – принципиальные вопросы о физике как науке, ее методах (теоретическом и экспериментальном), об особенностях восприятия человеком окружающей реальности, о фундаментальных физических идеях симметрии, элементарности, сохранения, о четырех фундаментальных типах взаимодействия как основе всех физических явлений. Фактически это введение представляет собой описание современной физической картины мира, адаптированное для уровня средней школы. Возникает, правда, сомнение, смогут ли ученики по достоинству оценить важность представленных во введении идей до изучения курса физики старшей школы. Но польза от такого подхода несомненна, тем более что можно вернуться к его основным положениям на этапе повторения и обобщения знаний.
Очень важно, что фундаментальные физические идеи, рассмотренные во введении, “работают” и дальше при рассмотрении конкретных вопросов курса.
Прежде всего отметим большую группу вопросов, рассмотренных по-новому. Так, например, прекрасно изложен вопрос о физическом смысле мгновенной скорости, органично введено понятие фазы, инерция рассматривается как движение в отсутствие внешнего воздействия, очень хорошо объясняются возникновение сил упругости, различие сил трения скольжения и качения, весомость тел, микромеханизм изопроцессов в газах, возникновение сил поверхностного натяжения, отражение волн, поведение проводников и диэлектриков в электрическом поле и пр. Стремление практически ничего не вводить в готовом виде, все объяснять – это принцип, которому неукоснительно следует автор.
Везде, где это соответствует необходимости обеспечить единство научности и доступности, автор выбирает достаточно высокий уровень обобщения материала. Например, равномерное движение рассматривается после неравномерного, равноускоренное – после неравноускоренного, обсуждается физический смысл отрицательного времени, все кинематические графики изучаются совместно, вводится понятие периодического движения, объединяющего понятия движения материальной точки по окружности и колебаний, изучение динамики начинается с принципа относительности Галилея, понятие плазмы вводится одновременно с рассмотрением других агрегатных состояний вещества и пр.
Без громких обещаний, но вполне реально обеспечивается в учебнике интеграция физики и астрономии и при этом так, что не исключается изучение самостоятельного курса астрономии.
На мой взгляд, очень удачно помогает учебник в реализации политехнического образования учеников, причем все примеры политехнического характера не только интересны, но и современны. Так, в учебнике речь идет о разделах физической науки, неразрывно связанных с техникой (например, об акустике), о практических приложениях физики (например, о баллистике), о космонавтике, приведены объяснения ксерокопирования, принципов работы клавиатуры компьютера и т.п.
Умение автора излагать материал кратко и логично, на высоком уровне обобщения, интересно и эмоционально, строго с научной точки зрения и очень понятно позволило ввести в учебник целый ряд вопросов, которые традиционно считались очень сложными и если и рассматривались, то лишь по инициативе учителя, а не в учебниках (если не иметь в виду учебники для углубленного изучения физики). Например, это разъяснение смысла статистических закономерностей и вероятностного смысла второго начала термодинамики, введение понятия потенциала электростатического поля, это объяснение существования электрического поля вокруг электрически нейтральной системы зарядов – электрического диполя и т.п.
И вот теперь можно сказать о наиболее существенном, ярком и далеко не тривиальном с методической точки зрения достоинстве учебника, которое, на мой взгляд, состоит в том, как работает автор с моделями физических объектов и явлений. Можно утверждать, что метод моделирования выступает в качестве центрального, основополагающего при изложении учебного материала. Автор использует колоссальное количество самых разнообразных моделей – идеальных, описательных, образных, графических, рисуночных, символических и, что особенно важно, ведет объяснение на основе рассмотрения сочетаний самых различных моделей и аналогий. Так, например, необыкновенно хороши модели для объяснения весомости и невесомости, модели строения вещества в разных агрегатных состояниях и фазовых переходов, включая ионизацию, великолепны модели изопроцессов в газах, а также рисуночные модели строения атомов, ядер, протонов и нейтронов, строения различных видов диэлектриков. Чрезвычайно важно, что автор использует модели различных уровней абстракции, постепенно приближая модель к оригиналу – к физическому объекту или явлению, например, рассматривая баллистическое движение в атмосфере.
Внимательное изучение учебника показывает, что в нем велика плотность подачи материала, расширен спектр объектов, моделей, закономерностей и примеров их проявления по сравнению с другими учебниками – и при этом совершенно не возникает ощущения перегруженности материала!
Несколько слов о структурировании материала и методическом аппарате учебника. В учебнике 90 параграфов – это вполне соответствует тому, что можно изучить за год в общеобразовательном классе. После параграфов есть вопросы и задачи. Ценный материал представлен на форзацах учебника. Это единицы физических величин в СИ и физические величины, изучаемые в разных разделах курса, характерные размеры, времена, плотности, массы и температуры для самых разных объектов от микромира до Галактики.
Для кого же этот учебник? Какие цели могут быть достигнуты при изучении физики по этому учебнику?
Мне кажется, прежде всего этот учебник способствует формированию мышления. Мышления будущего физика, инженера, эколога, человека, интересующегося природой и техникой, способного работать в современных условиях. Учебник предназначен для достаточно сильных общеобразовательных классов, для классов естественно-научного, технического профилей. В ряде случаев может с успехом использоваться в классах физико-математического профиля.
Несмотря на оригинальность, современность, сильный развивающий потенциал, учебник не свободен от недостатков. Так, мне не нравится, что автор вводит понятие релятивистской массы, понятие равнозамедленного движения, что определение температуры дано такое, которое годится лишь для одноатомного идеального газа, как определяется абсолютный нуль и пр. Но частные недостатки есть у любого учебника, тем более изданного впервые. И в данном случае эти недостатки ни в какое сравнение не идут с очень большими достоинствами.
Мне очень хочется поскорее увидеть учебник 11-го класса, я не сомневаюсь в том, что тогда все особенности нового курса физики станут видны еще ярче.
Наталья ШАРОНОВА,
доктор педагогических наук, профессор кафедры
теории и методики обучения физике МПГУ