Выйти за рамки школьного курса

​Возможно ли научить школьника разбираться в основных идеях классической физики за два часа в неделю? Скорее даже так: возможно ли кого-либо чему-либо научить? Ответ, видимо, зависит от того, что скрывается за этим понятием.

Можно написать программу для промышленного робота, «прошить» ее в микроконтроллер и таким образом «научить» его решать некоторые технические задачи (иногда, кстати, довольно сложные). Но вряд ли это та наука, о которой мы хотели бы говорить в школе. Нам скорее хотелось бы, чтобы наш ученик что-то ЗНАЛ, ПОНИМАЛ, как получено это знание и на чем оно базируется, ЧУВСТВОВАЛ границы и уместность его применения, СОИЗМЕРЯЛ его с общечеловеческой моралью, ВИДЕЛ связь этого знания с другими гранями человеческой деятельности, ВОСПРИНИМАЛ его как часть общечеловеческой культуры, УМЕЛ ЭФФЕКТИВНО ИСПОЛЬЗОВАТЬ полученные знания как в знакомой, так и в совершенно новой обстановке, имел возможность и желание расширять свое знание и т. д.Вряд ли этому можно научить – такое знание органично вплетается в личность школьника и невозможно без его кропотливой самостоятельной работы, без его самоОБРАЗования. Скорее не учитель здесь учит ученика, а ученик УЧИТСЯ (то есть учит себя) у родителей, учителя, у других людей, у природы, и большая часть этой работы происходит вне школьного урока. И если удается настроить школьника на такой труд (скорее даже – образ жизни), то говорить «всего о двух часах в неделю» уже не придется: захваченный волнующим ветром познания, получая удовлетворение от интеллектуальных побед, наш школьник самостоятельно будет искать и находить – вопреки всем ограничениям и препонам – место, время и возможности для своих занятий. В этих условиях учителю надо быть готовым в любую минуту поддержать увлечение ученика. Причем не в роли посла из взрослого мира или стороннего наблюдателя, но в качестве соучастника процесса, «практика науки». Здесь скорее всего придется выйти далеко за рамки школьного курса, а это требует постоянного самосовершенствования учителя. Впрочем, возможно, старт его будет стремительным, и мы будем быстро отброшены, как первая ступень уносящейся к неведомым мирам ракеты. Но ведь без такой ступени старт вообще не состоялся бы, а какая по счету «ступень» доберется с ним до цели, в конце концов не так уж и важно.Темой мастер-класса, над которой работала наша группа – физик, музыкант и историк, – был образ. Мне хотелось за отведенное короткое время попытаться показать не лежащие на поверхности удивительные связи между такими на первый взгляд далекими друг от друга областями человеческой деятельности, как физика, музыка, математика и повседневность, а удивиться вместе с учениками хитросплетению этих связей и (оставаясь в рамках приведенной выше «космической концепции» обучения) осуществить тем самым «зажигание стартового интереса», приводящего в дальнейшем к формированию у учащихся образа единого и неделимого на отдельные учебные предметы мира.Любое явление в мире многогранно, и чем больше каналов (интеллектуальных, эмоциональных, сенсорных) мы задействуем для восприятия и описания этого явления, тем полнее и глубже наше понимание мира. В мастер-классе была предпринята попытка такого многостороннего осмысления музыкального звука и соответственно формирования многогранного образа этого явления. Параллельно хотелось обратить внимание учащихся на роль и универсальность циклических процессов в мире – от колебаний маятника и механических волн до исторических циклов в развитии человеческого общества (последнее отнесено к той части мастер-класса, которую представлял историк) и таким образом внести свой скромный вклад в построение целостного образа мира.В основу мастер-класса была положена теория построения музыкальных созвучий (консонансов), предложенная по преданию Пифагором и развитая пифагорейцем Архитом (подробнее см. А.В.Волошинов «Математика и искусство», М., Просвещение, 2000 г.). Авторы теории подметили, что две звучащие струны дают приятные слуху сочетания звуков лишь тогда, когда их длины соотносятся как целые числа, образующие «магический треугольник» пифагорейцев – тетрактис (десять точек, выстроенных на плоскости в равносторонний треугольник). Эти соотношения – «совершенные консонансы» – позднее получили латинские названия: 1/2 – октава, 2/3 – квинта, 3/4 – кварта. Заметим, что в сумме числа, образующие соотношения, дают 10 (1+2+3+4=10) и располагаются по строчкам тетрактиса. Такое удивительное соответствие между нашим эмоциональным восприятием звуковых интервалов и строгими математическими отношениями, лежащими в их основе, до сих пор поражает воображение вдумчивого наблюдателя. Пифагорейцы же нашли здесь подтверждение всей своей философии: ЧИСЛО правит миром! Распространив закон музыкальных отношений везде, где только возможно, они оставили нам в наследство идею «музыки небесных сфер», развивая которую, Иоганн Кеплер сформулировал законы движения планет и непосредственно подвел человечество к открытию закона всемирного тяготения, и целый набор мистических символов, многие из которых мы, сами того не подозревая, используем в своей повседневной жизни (например, пятиконечная звезда (пентаграмма) или знак радиоактивной опасности образуются из комбинаций линий в тетрактисе и несут свою смысловую нагрузку в различных мистических течениях).С другой стороны, указанные соотношения хорошо и доступно объясняются условиями образования стоячей волны в струне. Поэтому, используя этот материал на уроке физики, мы получаем возможность не только ввести чисто физические понятия, связанные с механическими колебаниями и волнами, но и продемонстрировать причудливое переплетение древнейших идей и современного знакомого нам мира, взаимосвязь концепций, развиваемых в различных областях знаний, вызывая у неподготовленного слушателя любопытство и интерес к теме, а значит, и желание самостоятельно в чем-то разобраться. Мастер-класс начинается с эмоциональной настройки аудитории. На экране подбирается соответствующий видеоряд, звучит хорал Баха. Аудитории предлагается ответить на вопрос: почему музыка так сильно влияет на наше эмоциональное состояние? Каким образом различные наборы звуков управляют нашим настроением? Совместный поиск ответа в виде эвристической беседы с аудиторией приводит нас к необходимости разобраться в том, что такое звук, – понять анатомию звука.На этом этапе мы переходим к физической части урока. Поскольку мастер-класс рассчитан на неподготовленную аудиторию, он содержит минимум математического аппарата, но при этом должен быть максимально нагляден. Введение таких понятий, как источник звука, частота колебаний, длина волны, сложение волн, узлы, пучности, стоячая волна, сопровождаются анимацией на экране и демонстрационными опытами с камертоном, демонстрацией распространения волны в шнуре, акустического резонанса в длинных колбах, наполненных водой, стоячей волны в трубке Рубенса (трубки, заполненной горючим газом от туристической горелки). Последняя демонстрация потребовала самостоятельного изготовления трубки Рубенса.Трубка Рубенса представляет собой закрытую с одной стороны метровую дюралевую трубу, положенную на горизонтальную подставку. В верхней части трубы просверлено сто отверстий с шагом 1 см диаметром 1 мм. С открытого конца трубки устанавливается динамик, подключенный к звуковому генератору. Трубка заполнена горючим газом от газовой горелки. При включении генератора на определенных частотах в трубке устанавливается стоячая волна давлений. Там, где у волны пучность, газ выдувается из миллиметровых отверстий с большим напором, где узел – истечения газа почти нет. Если теперь поджечь газ по длине трубки, то язычки пламени различной длины обрисуют картину звуковой волны в трубке, создавая впечатляющий зрительный образ невидимого звука.Хорошего результата на этом этапе можно добиться, подготовив для аудитории вопросы к демонстрациям так, чтобы основные понятия и термины рождались при обсуждении увиденного в самой аудитории и лишь потом подкреплялись анимацией с соответствующими дополнительными построениями и более строгими определениями. После усвоения основных представлений о музыкальном звуке как о физическом явлении мы расширяем наше представление о звуке, переходя к обсуждению устройства народных музыкальных инструментов и к упомянутой выше пифагорейской концепции построения консонансов. Заканчивается урок демонстрацией завораживающего «танца маятников» – 14 шариков, подвешенных на нитях разной длины к общей штанге. В теневой проекции можно наблюдать, как запущенные одновременно маятники постоянно перестраиваются в удивительно слаженные фигуры, самоорганизуясь за счет несовпадения частот их собственных колебаний. Быть может, колебательный процесс – один из механизмов построения нашего сложного самоорганизующегося мира?.. Удачно проведенный урок не только способствует формированию у учащихся многогранного образа колебательных процессов в природе, но и порождает множество вопросов, пробуждая познавательный интерес и поисковую активность школьников. И в этом, пожалуй, его главная ценность – ведь на свете так много людей, которым никто не помог пробудиться! Юрий БОБРИНЕВ, учитель физики гимназии №1514