Элементы научно-исследовательской работы на уроках физики
, учитель физики МКОУ
«Лесниковский лицей имени Героя России »
…и так мой бедный слог
Пестреть гораздо б меньше мог
Иноплеменными словами…
( «Евгений Онегин» Гл.1. XXVI).
В данной статье я хотел бы познакомить читателя с некоторыми моментами системы моей работы с языком науки, языком определений, как незаменимым помощником в преподавании предмета – физики.
Когда я обращаюсь к истории развития науки и образования в России, то с особой благодарностью всматриваюсь в век XIX. Это сейчас практически никто не заботится о попытке создания русских аналогов иностранных слов ни в науке, ни в экономике, ни в политике, ни даже в журналистике. В современных текстах полным-полно всяких «креативностей», «когнитивностей», «ребрендингов», «менеждеров» и прочей словесной инородчины. Большинство даже кичится тем, что берут иностранный термин на вооружение, хотя, чаще всего, есть вполне точный аналог этого слова на русском языке. Но в силу какого-то «врожденного» пренебрежения к родному языку считается, что использование иностранного словечка придает больший вес твоему выражению. История такого пренебрежения давняя. Началась она даже не в эпоху Петра Великого, а гораздо раньше, когда мы переняли веру православную от греков. Греческие имена Валентины, Татьяны, Сергеи…, а также «клиросы», «амвоны», «аксиосы» заполнили наш язык. Первая академия России была греко-латинской. Что ж, тогда это были международные языки науки и религии. Слава Богу, что были прежде Кирилл и Мефодий, а то бы и службы у нас вели бы на греческом языке. Но ладно об этом!
В XIX веке благодаря расцветшему славянофильству (это один из позитивных результатов наполеоновского нашествия) многие деятели науки постарались найти достойные налоги научных терминов на русском языке. Не будь этого периода, не знали бы мы таких красивых слов как «кислород», «водород», «углерод», а пользовались бы пресловутыми «оксиген», «гидроген», «карбоникум» и т. д. . В физике плодами этого периода явились слова и понятия: «давление», «сила», «напряжение», «теплоемкость» и т. д. Порой, трудно сказать, кто именно ввел эти слова, но я преклоняюсь перед настоящим патриотическим подвигом этих людей. И дело даже не столько в патриотизме, сколько в смысловом единстве языка и познания.
Сегодня, преподавая физику, я ставлю задачу не растерять это наследие, опереться на него. Приведу примеры, когда определения учебников создают смысловые, речевые противоречия (сознательно не применяю столь любимого многими словосочетания «когнитивный диссонанс») в сознании школьников, потому что не пытаются опереться на естественные языковые связи. Скажем, в учебнике 8 класса по физике (авт. Перышкин) дается такое определение удельной теплоемкости вещества: «Физическая величина, численно равная количеству теплоты, которое необходимо передать телу, массой 1 кг для того, чтобы его температура изменилась на 10С, называется удельной теплоемкостью вещества». Давайте вместе разберем это несколько нелепое сопоставление: теплоемкость – количество. Ниже я несколько подробнее разберу то, в чем состоит суть образования и познания с точки зрения единства определения и образа. Это, пожалуй, является ключевым в сфере познания. А сейчас покажу на данном примере, как разрывается данное единство в этом определении, и как его можно восстановить. «Теплоемкость» - какие ассоциации может вызвать это слово у человека, далекого от физики, но прекрасно знающего русский язык? Во-первых, понятно, что это некая способность. Сопоставьте слова «теплоемкость» и «способность» - они образованы по одному общему правилу и легко ассоциируются между собой в сознании русскоговорящего человека. А вот слова «теплоемкость» и «количество» как-то далековаты друг от друга, и связи между ними сразу не просматривается. Далее: корень «емкость» означает способность что-то вмещать, накапливать или удерживать в себе. Банка емкостью 3 литра может вместить не более 3 литров жидкости или сыпучего материала. Образ емкого объекта предстает как образ чего-то с большим объемом. «Емкость» и «объем» – однокоренные слова. Первый корень в слове «теплоемкость» - это «тепло». Значит, речь в этой способности идет о «вместимости» тепла веществом. Если попробовать дать определение, которое бы давало возможность обучающемуся опереться на естественные языковые связи, то можно сформулировать его примерно так: «удельная теплоемкость – это способность 1 кг вещества вмещать в себя определенное количество теплоты при нагреве его на 10С». И я вовсе не предлагаю однозначно заменить в учебниках физики первое определение теплоемкости вторым, но предлагаю дать и то, и другое ученикам на выбор. В этом, кстати, будет проявляться и т. н. «личностно-ориентированный» подход в образовании, который давно уже декларируется как главный в нашей системе образования. Одним ученикам легче понять и запомнить второе определение, чем первое, а некоторые предпочтут выверенное определение учебника. Но дальше – больше. При выяснении, почему в системе отопления в качестве теплоносителя используют именно воду, легче сориентироваться, ученику, который освоил второе определение, т. к. он, глядя в таблицу теплоемкостей (у воды самая большая теплоемкость среди других простых веществ), понимает, что 1 кг воды вмещает в себя наибольшее количество теплоты при нагреве на одинаковую температуру, а значит, и переносит его больше других. Т. е. словесно-логическая связь, заложенная определенным образом в определении, помогает в дальнейшем понимании и изучении предмета. В дальнейшем изучении физики я так же подхожу к формированию понятия «электроемкость». Поведите эксперимент. С помощью приведенных выше рассуждений попробуйте догадаться, что может скрываться за этим термином? Как бы вы представили себе, что за устройство характеризуется таким свойством? Когда мы переходим в этом разделе физики к изучению темы «тепловой двигатель», то, написав на доске название темы, я предлагаю ученикам дать свои версии определения этого устройства (попробуйте сами!). По-моему, очень важно приобщить учеников к пониманию того, как возникают определения в науке, какую смысловую нагрузку несет каждое слово в них, какие логические связки задаются. Мы обычно приучаем лишь к заучиванию определений. Они часто звучат для ученика как иностранная речь со знакомыми словами. Итак, «тепловой двигатель» - имеется два слова «тепловой», «двигатель». Тепло на первом месте – причина, «движение» на втором – следствие. Считаем версии: 1) устройство, в котором тепло порождает движение; 2) устройство – превращающее тепло в движение; 3) устройство порождающее движение из тепла (с помощью тепла). Возможны еще версии, но достаточно. Можно внести важные уточнения (лишь часть тепла превращается в энергию движения), которые помогут потом разобраться с величиной коэффициента полезного действия. Но это все уже нюансы. Главное в таком процессе порождения понятий ученик отчасти ощущает себя не просто потребителем готовых знаний, но сотворцом процесса познания. Из «конструктора» первичных слов, понятий и образов он учится собирать определения, как нечто важнейшее в процессе научного познания.
Вернемся к проблеме единства определения и образа, как сути познания. Определений процесса познания существует много, можно изобрести, вероятно, еще немало, но суть от этого не меняется. Не буду растекаться мыслью по древу, т. к. это заняло бы очень много места. Но тезисно я попробую пересказать здесь то, что я кладу в систему своего подхода к процессу образования. Об этом я даже очень коротко и в упрощенном виде информирую старшеклассников на самом первом уроке физики в учебном году. Я обычно говорю: «Сегодня я попытаюсь дать вам не знания по физике, а попробую обосновать, почему физику нужно изучать в процессе школьного образования, какой это имеет гуманитарный смысл для любого человека, независимо от гуманитарной или технической направленности его мировоззрения и рода будущих профессиональных занятий». Я рассказываю о том, что нейрофизиология обнаружила существенную функциональную асимметрию полушарий головного мозга человека. Что деятельность разных полушарий можно приблизительно охарактеризовать как эмоционально-чувственную и оперативно-волевую или логическую. Т. о. в человеке существуют как бы две личности, со своими предпочтениями, системой ценностей, воспоминаниями, способами поведения и т. п. Эти личности сотрудничают или соперничают между собой при естественной доминанте одного из них. Иначе при полной независимости обоих человек рискует стать шизофреником, у которого две личности враждуют и борются за человека, и при доминанте одной из них, другая полностью вытесняется из психического поля человека. Сотрудничество полушарий очень важно для внутреннего комфорта человека. Те, у кого налажен диалог полушарий, у кого доминирующее полушарие на подавляет ведомое, а старается учесть его позицию, мнение, не только испытывают внутренне больший комфорт, нежели другие, но и склонны также транслировать во вне такой тип социального поведения, где готовность к сотрудничеству, партнерству является ведущей. А вот те, у кого одно из полушарий, доминируя, подавляет другое, не учитывает его предпочтения, позицию, настроение, а реализует господство, противопоставляя свою позицию другому, они ведут себя аналогично и в социуме, являясь личностями конфликтными, эгоистичными. Обычно тип доминирования и взаимодействия полушарий предопределяется наследственностью и предсуществованием души (позволю, себе физику, такое мистическое «уклонение»). Можно ли как-то изменить тип отношения полушарий в сторону оптимизации, т. е. сотрудничества? – Можно! К этому предназначено все воспитание внутренней личности, а не чисто декларативное внешнее усвоение правил этикета. В школьной системе образования из всех наук, как показали психологические исследования, два предмета наиболее способствуют развитию такого внутреннего сотрудничества полушарий: геометрия и физика (см., например, «Правый мозг. Левый мозг». ). В физике сами задачи сначала и прежде всего формулируются на языке правого полушария - языке образов: «автомобиль движется по шоссе…». Далее задача формализуется, т. е. в соответствие характеристикам явления ставятся буквы и числа. Затем составляется уравнение, оно решается - это все работа левого полушария. Но после результат снова передается правому, чтобы превратить это в наглядный образ: доедет ли автомобиль вовремя до нужного населенного пункта? Полушария сотрудничают, поочередно и совместно решая поставленные задачи.
У каждого полушария и свой тип предпочтений в определениях объектов и явлений реальности. В. Соловьев в своей работе "Теоретическая философия" приводит эпиграф "Хорошо учит тот, кто хорошо различает", важнейшую средневековую (схоластическую) максиму, выражающую самую суть философствования. Давая определения, мы ставим некий предел
(о-пределение), выделяя некой границей из всего размытого бессистемного, хаотического множества образов восприятия окружающего мира и понятий ума конкретный объект, образ. Образное (обычно правое) полушарие предпочитает определения, в которых на первом месте стоят чувственные признаки предметов: форма, цвет, запах… и т. п., например, такой-то цветок выглядит так-то, запах такой-то, цвет такой-то… Левое (оперативно-логическое) полушарие предпочитает дать определение через набор возможных операций с предметом, через последовательность осуществления этих операций и т. п.(например, алгебра основывается только на таких определениях: четное число – число, которое делится на 2 без остатка, – здесь ведущей в определении является возможная операция деления). Самое лучшее определение – это определение, сочетающее и то, и другое т. е. единство образа и действия, образа и определения. Моя задача на уроках физики добиться того, чтобы за каждым определением стоял, во-первых как можно более конкретный образ, а во-вторых, было понятно, что можно с этим объектом или явлением делать (набор возможных операций). В этом может и должен помогать наш родной язык. Вот, скажем, при изучении темы «Напряжение» я задаю вопрос: почему именно так названо это свойство электрического поля? Что делает для нас с вами электрическое поле? – Ответ: «перемещает заряды, т. е. создает электрический ток, который уже приводит к появлению тепла, света, вращения электродвигателя и т. д.». Поле совершает работу. Вы, ученики, когда совершаете работу, напрягаете свои силы? – Да! Вот и поле напрягает, испытывает напряжение! Сильно напрягается – большую работу производит, и – наоборот! Термин «сопротивление» тоже прекрасно иллюстрирует, что за ним стоит. Не буду вдаваться в подробности, какими образами я наполняю этот термин. Но вот когда мы подходим к теме «Закон Ома для участка электрической цепи», то на вопрос о том, «от чего и как может зависеть сила тока на участке цепи?» обучающиеся, усвоившие образы и понятия «напряжение» и «сопротивлении», легко выдвигают гипотезу: чем больше напряжение – тем больше сила тока, и наоборот, чем больше сопротивление – тем меньше сила тока. Остается только эту гипотезу проверить в эксперименте, где она хорошо подтверждается.
Чтоб слишком не утомлять читателя образами и понятиями из физики, приведу еще пару примеров, где без иностранных слов обойтись не удается. Изучаем явление электромагнитной индукции. Первое, что делаю на уроке, даю (обязательно, под запись) перевод слова «индукция» - наведение. Слово «наведение» требует в русском языке нескольких пояснений: наведение чего? наведение чем? наведение в чём? Ответив на три эти вопроса, мы дадим определение явлению электромагнитной индукции, а уже затем, будем уточнять условия возникновения явления. (Кстати, когда мы только начинаем изучение физики, то говорим о том, что в курсе физики изучают природные явления. Потом мы часто употребляем словосочетание «открыл явление». Явление – это что? - чего-то не было и вот оно явилось. Это нечто, что по своему названию происходит в природе только при определенных условиях. Вот определить эти условия, уметь их изменять – это и есть путь к открытию явления и управления им, обращение его на пользу человеку – что и является главной целью любой позитивной практической науки). Но вернемся к электромагнитной индукции – это «наведение» чего – есть первый корень «электро-» . «Электро-» в физике бывает или заряд или ток. Но наведение заряда уже изучалось в самом начале темы электричества – это явление электризации, значит, остается электрический ток. Итак, это наведение электрического тока… Чем? – второй корень «-магнитная» - значит, чем-то магнитным … – полем (другого не дано). В чем? Ток может протекать только в проводящей среде – в замкнутом проводящем контуре. Соберем все вместе: электромагнитная индукция – наведение электрического тока магнитным полем в замкнутом проводящем контуре. При условии… Многие физики понимали, что эл. ток можно навести (создать) с помощью магнитного поля при определенных условиях, но заслуга Фарадея в том, что он первый открыл эти условия, сформулировал их и изучил, как они влияют на само явление. Другое важное понятие «валентность». Оно изучается и используется в школьном курсе химии гораздо раньше, чем в физике и гораздо чаще, но когда я спрашиваю, что такое «валентность» на уроках физики, то чаще всего слышу что-то маловразумительное или вообще пожимание плечами, дескать, ну Вы и спросили!? Тогда я спрашиваю, как переводится имя Валентин? Опять тот же недоуменный взгляд. Вот то, о чем я говорил в начале. Имя, которое должно, по идее, отражать самое главное, что имеет объект, субъект (имя – иметь), является для нас некоей формальной меткой, тогда как для наших далеких предков славянские имена несли некоторую информацию об их владельце или хотя бы о претензиях его родителей. Валентин – переводится, как «сильный». Отсюда – валентность – сила удержания электронов атомом на внешнем слое. Отсюда вытекает, что столкнувшись оболочками, два атома с разной валентностью произведут их перераспределение. Более сильный обязательно отнимет один-другой электрон у слабейшего (постараясь, завершить свою оболочку) – законы природы! А если валентность одинакова, то владеть они будут парой внешних электронов совместно – возникнет ко-валентная связь (латинская приставка «ко» заменима на русскую «со» или «с»).
Возвращаясь к термину «явление», я стараюсь в курсе изучения физики ввести т. н. «глоссарий» науки. Делаю это по-разному, в зависимости от уровня обучения и подготовленности учеников к такой работе. Я стараюсь пояснить целые классы используемых в науке терминов. Например: такие русские слова как «плавление», «кипение», «отвердевание», «излучение», т. е. оканчивающиеся на –ие означают некое явление и в тоже время могут быть использованы как характеристики этих явлений: «давление», «ускорение»… Значит, если вам задают вопрос: «Что такое «…- ие?»,- то вы начинает ответ со слов – «это физическое явление»… или это «физическая величина, характеризующая такое-то явление»… Латинский же аналог нашего «…-ие», закачивается на «…-ия»: «индукция», «интерференция», «дифракция»… Иногда для обозначения явления еще применяют слово «эффект». Если вопрос содержит слово «…-ость» - то это способность или свойство тела, вещества или явления. Бывают, конечно, и исключения, но их мало. По такому же принципу учу различать названия приборов: «…скоп» - «скопео» - «наблюдаю» - прибор только для наблюдения, следовательно, шкалы не имеет. «Термоскоп», «электроскоп», «телескоп», «фильмоскоп»… - в их простейшем виде предназначены для наблюдений соответствующих объектов или явлений «термо» - тепло. Термоскоп предназначен для наблюдения степени нагретости тел. Электроскоп - для наблюдения электрического заряда. Микроскоп – для наблюдения мелких объектов. Приборы, оканчивающиеся на «…метр» - приборы для измерения (отличительный признак – наличие шкалы измерений, если прибор не цифровой). Электрометр, термометр, микрометр, телеметр... Наконец, приборы, названия которых оканчиваются на «…граф», способны еще записывать (от «графео» – пишу, описываю) показания. Спектроскоп записывает показания, тогда как спектрометр за вас ничего не запишет, а только позволит измерить спектр. Зная такие простые вещи, гораздо легче ориентироваться в многообразном мире научной аппаратуры.
В целом, я хотел бы, чтобы наши коллеги дорожили нашим языком, сделали бы из него друга, который максимально облегчит понимание, обучение, запоминание, освоение научных данных. Освоение и означает, что во внутренней образно-языковой среде человека научные данные и определения не будут стоять неким особняком, «колом» из непонятных и ненужных словосочетаний, а встанут в словесно-языковую систему на свое необходимое место, станут своими – родными. Такое отношение приведет и наших учеников не только к бережному отношению к каждому словечку, но пониманию, что язык – великая сила в «умных руках».
