Школьная механика как точная наука (Погорелов Е.Н.) (Таганрогский государственный радиотехнический университет) (УДК 373. 54)

(На основе анализа опыта работы подготовительных курсов лицея ТРТУ обсуждается проблема, достаточно типичная для преподавания школьного курса механики: она состоит в том, что, с одной стороны, жесткие требования, предъявляемые к точности формулировок (основные понятия, определения, законы механики), оказываются для школьников непривычными и неудобными, а с другой стороны, пренебрежение точностью неизбежно приводит к утере ясности в понимании материала.)

1. Особая роль механики в школьном курсе физики определяется рядом обстоятельств. В практическом плане, безусловно, важно, что простые механические модели, такие, например, как набор конечного числа материальных точек, оказываются при всей своей наглядности достаточно универсальными и используются практически во всех разделах физики. С другой стороны, именно универсальность механических моделей, т. е. обширность методов решения совершенно различных, на первый взгляд, задач свидетельствует о том, что здесь мы имеем дело с наукой. Физика как точная наука впервые предстает перед школьником в образе механики (школьная механика - это не введение в "настоящую физику"', это уже "настоящая физика") - здесь пора определять приоритеты, классифицировать задачи и формулировать стандартные методы решения.

В силу особой роли механики нам представляется чрезвычайно важным добиваться при изложении материала максимальной ясности: относительная простота и наглядность механических явлений и простота соответствующего математического аппарата позволяют просмотреть любую проблему в подробностях, ничего не оставляя "за кадром''.

2. Опыт преподавания механики на подготовительных курсах лицея показывает, что к такому простому подходу школьники 9-х классов, как правило, не готовы. Многие убеждены, что успех в решении задач гарантируют запоминание формул и некоторая здоровая интуиция (качество распространенное только у профессионалов достаточно высокого уровня но никак не у детей, делающих первые шаги в науке). Точных определений физических величин значительная часть школьников не знает вовсе; другие, согласно старой (и очень, кстати, вредной) традиции, вместо простых и ясных математических соотношений формулируют их словесный эквивалент, который сами, как правило, не понимают, при этом чем в более причудливую форму выльется такое "определение", тем большее удовольствие это доставляет самому автору, что вполне понятно, ибо, полагая определение элементом декоративным, здесь он выступает именно как декоратор. Вопросы типа: "Что за уравнение вы написали и почему?" - часто ставят школьника в тупик - он не может идентифицировать уравнение, а о проблеме области применимости никогда не задумывался. Если к этому добавить распространенное убеждение, что импульс - скаляр, а выражение для потенциальной энергии П=mgh - нашли в капусте, то мы получим практически полную характеристику примерно четверти контингента наших подготовительных курсов. Основной недостаток аудитории - пристрастие к интуитивным движениям при решении конкретных задач. Причина на наш взгляд, неверная ориентация при изучении материала и как следствие, отсутствие ясности в его понимании.

3. Мы полагаем, что школьную механику нужно и можно преподавать так, чтобы тех, кто всерьез намерен изучать естественные науки, не пришлось впоследствии переучивать. Это достигается известным способом, т. е. работой по стандартной схеме: определение физической величины (причем точное, с указанием ее математического характера и обсуждением вариантов знака или направления) - экспериментальный факт-закон-область применимости закона - обсуждение подробностей, примеры ситуаций, когда закон работает на решение задачи (чем больше примеров, тем лучше) - типы задач, решаемых соответствующим методом. Главное здесь не упрощать, лучше потратить лишнее время на обсуждение, все, что можно вывести, выводить, физические понятия не адаптировать: например, потенциальная энергия механической системы, понятие, фигурирующее школьном курсе, так и в университетском курсе аналитической механики, - это одна и та же величина. Ее точное определение само по себе представляет определенную проблему, но эту проблему надо решать, иначе школьник останется в убеждении, что потенциальная энергия - это нечто, характеризующее способность системы совершить работу. Имея на руках такое "определение", никакой задачи, разумеется, решить нельзя.

4 Реализация приведенной схемы наталкивается, как минимум, на две проблемы. Первая состоит в том, что точное изложение материала предполагает использование адекватного математического аппарата: необходимо владение векторной алгеброй и знание основ тригонометрии, однако достаточный объем сведений по математике школьники 9-х классов получают с некоторым опозданием. Вторая проблема - недостаток времени.

5. Мы надеемся, что приведенные соображения могут представить интерес прежде всего для преподавателей физико-математических классов и факультативов. Во-первых, здесь проблема недостатка времени, отведенного на изучение физики, отсутствует, и преподаватель имеет возможность часть его использовать для изложения необходимого математического аппарата. Во-вторых, серьезное изучение физики, в том числе и на школьном уровне, требует колоссальных затрат труда, и работать в соответствующем режиме могут только те молодые люди, которые нацелены на систематические занятия естественными науками или техническими дисциплинами в будущем.