Еще раз об истории физики в школьном курсе физики в. Е. Фрадкин, зам директора рцокоиИТ

Вид материала

Подобный материал:

ЕЩЕ РАЗ ОБ ИСТОРИИ ФИЗИКИ В ШКОЛЬНОМ КУРСЕ ФИЗИКИ

В.Е. Фрадкин,

зам директора РЦОКОиИТ,

ст. науч. сотр. Учреждения РАО ИПО,

канд. пед. наук

В настоящей статье автор не ставит себе задачу рассмотреть конкретные формы и методы использования историко-биографического материала в школьном курсе физики. Задача автора в том, чтобы показать, что история науки является необходимой частью современной методической системы преподавания физики, без которой невозможно достижение целей школьного образования.

Читая работы выдающихся ученых физиков, их воспоминания или биографии, каждый раз поражаешься тому, насколько блестяще большинство из них знали не только труды, но и биографии своих предшественников. Многие ученые часть своих сил отдали на создание работ, посвященных истории возникновения идей, истории физических открытий и жизнеописанию их творцов. Так, великий Максвелл несколько лет своей короткой жизни потратил, разбирая бумаги Кавендиша, Сергей Вавилов написал замечательную книгу о Ньютоне. Макс фон Лауэ, Луи де Бройль, Альберт Эйнштейн оставили замечательные работы об истории и эволюции физических идей. Объяснение этому мы находим в словах того же Максвелла: «Наука нас захватывает только тогда, когда, заинтересовавшись жизнью великих исследователей, мы начинаем следить за историей их открытий».

Казалось бы, после глубоких методических работ Б.И. Спасского [1], Е.В. Савеловой и В.Н. Мощанского [2] убеждать учителей физики в полезности регулярного использования материалов по истории физики в учебной и внеклассной работе, необходимости нет. Казалось бы, сейчас, когда в значительной части классов физика изучается на базовом уровне, т.е. уровне, предполагающем в первую очередь формирование общекультурной компоненты знаний, историко-биографический материал должен быть особенно востребован... Однако опыт показывает, что в реальной практической деятельности современного учителя работа с историческим материалом занимает все меньшее место. И проблемы здесь связаны не только с уменьшением количества часов по физике.

Обычно в разговорах с учителями на различных конференциях и курсах повышения квалификации выдвигается несколько причин, не дающих, по мнению самих учителей, широко использовать историко-биографический материал на своих занятиях.

Многие учителя говорят о том, что у них нет возможности говорить с учащимися об истории открытий и об ученых из-за того, что и без того количество часов на изучение материала ограничено.

С одной стороны – это правда. Однако наша педагогическая задача отнюдь не только в том, чтобы сообщить некую сумму знаний в области физике. Мы, надеюсь, уже поняли и приняли то, что учитель перестал быть просто источником информации, тем более единственным и самым авторитетным. А что тогда? Альберт Эйнштейн писал в ответ на вопросы одного корреспондента: «У меня нет таланта, я просто всегда был очень любопытен». Любопытство, любознательность – очень детская черта. Не бывает нелюбопытных детей. Но со временем часто любопытство куда-то исчезает. Чтобы сделать физику интересной детям, увлечь их ею, нам самим надо не растерять эту черту.

В основе любого открытия лежит любознательность и чувство удивления. Научить детей удивляться, видеть как простое, привычное, обыденное сверкнув в работе ученого новыми яркими красками, приводит к созданию тех тысяч, как теперь говорят «гаджетов», которыми мы пользуемся постоянно.

"Когда происходит открытие – мир меняется" – писал наш великий философ Мераб Мамардашвили. И неважно, кто совершает это открытие маститый ученый или маленький ребенок. И неважно, какое открытие мы совершили: большое или маленькое, в физике или истории, главное, что мы стали чуть богаче, что нам есть теперь чем поделиться с окружающими и над чем поразмыслить самим.

Когда думаешь о том, как скрупулезно проводил свои тысячи опытов Фарадей, как вдохновенно трудился Ампер, как учились считать сцинтилляции в темной комнате Гейгер и Марсден, как мучился Больцман, столько сделавший для великой классической физики и для рождения новых идей, но так и не сумевший примирить их в своей душе, по-другому смотришь на то, о чем говоришь с детьми на уроке. И дети, которые увидели с нашей помощью работу ученых, по-другому относятся к нашей науке.

И не только так называемые «технари», но и «гуманитарии». Разве нельзя назвать величайшим поэтом Петра Николаевича Лебедева, «взвесившего» луч солнца или Эрнста Резерфорда, заглянувшего внутрь атома. Разве не был великим музыкантом Нильс Бор, раскрывший секреты водородного спектра ("наивысшая музыкальность в области физики", отозвался об этой работе великий Эйнштейн). Сколько цветов может различить профессиональный художник? Семь? Двадцать? Шестьдесят? А Кирхгоф, создавший спектроскоп, научил человечество видеть их тысячи. Современный компьютер позволяет создать миллионы оттенков.

Невозможно научить детей видеть красоту эксперимента или научной теории, ценить изящество решения сложной задачи без разговора о «драме идей» в познании природы, без разговора о судьбах их творцов.

Многие учителя жалуются на нехватку литературы историко-биографического содержания. Действительно, сказать, что книг соответствующей тематики в настоящее время издается много, нельзя. Был определенный всплеск сразу после введения стандартов 2004 г., когда появился ряд элективных курсов и изданий, специально рассчитанный на использование в школе [3, 4, 5, 6, 7], но в настоящее время не существует серий, подобных выпускавшимся в советское время издательством «Просвещение» серии для школьников «Люди науки», или издательством «Знание» – популярной серии «Творцы науки и техники», .

Но, во-первых, значительное количество книг доступно теперь в электронном виде на многочисленных сайтах в Интернете (например, на сайте кабинета физики СПб АППО в разделе, специально посвященном истории физики: elfa.net/Interest/biography/Main.htm).

Во-вторых, и в журнале «Физика в школе» и в газете «Физика» (приложение к «1 сентября») из номера в номер печатаются материалы, связанные с историей физических понятий или биографические материалы, специально ориентированные на использование учителями.

В-третьих, за последние годы издано множество биографий, посвященных великим физикам. Так, вышли переиздания книг Я.Г. Дорфмана [8, 9], Ф. Розенбергера [10], В.И. Лебедева [11], книги В.П. Милантьева [12, 13], изданы исторические работы А.Г. Столетова [14], многочисленные биографии М.В. Ломоносова [15, 16], Менделеева [17], Ландау [18,19,20,21,22,23], Теслы [24,25, 26] и др., книги из серии «100 великих». Все это доступно и в библиотеках и в магазинах.

В-четвертых, огромную помощь оказывает телевидение. Учитель вполне имеет возможность записать на видео или предложить учащимся посмотреть и записать программы документального сериала «Энциклопедия», познавательного цикла «Академия», мультсериала «Жили-были первооткрыватели», «Секретные физики», демонстрировавшиеся на канале «Культура», а также программ «Гении и злодеи», «Как это работает», «Галилео» и др., идущих по различным каналам. И, надо отметить, некоторые учителя сами собирают эти материалы и активно приучают смотреть и, главное, обсуждать эти передачи своих учеников.

Одной из основных трудностей, на мой взгляд, является сегодня адекватное представление исторических событий. Дело в том, что в советских и российских школьных учебниках сложились устойчивые стереотипы того, какие имена и события указывать, а какие – нет. Многие из привычных для нас в этом смысле вещей имели определенное идеологическое обоснование.

Приведу лишь один пример. Обычно, при изучении фотоэлектрического эффекта, его законы мы называем «Законами Столетова» и указываем, что фотоэффект был подробно изучен именно Александром Григорьевичем Столетовым, который открыл его основные закономерности. Да, действительно, Столетов изучал фотоэффект, обнаружил некоторые его свойства, например, безынерционность, им придумана схема установки, которую мы изображаем, получен ряд важных результатов: он установил роль освещения отрицательного электрода, пропорциональность силы фототока интенсивности света, создал один из первых фотоэлементов и открыл явление фотоэлектрического утомления, обнаружил и исследовал фототок насыщения. Но мы забываем, что во времена Столетова еще даже не был открыт электрон, сам Столетов не пользовался понятием «фотоэффект», которое появилось позже, а называл явление «актиноэлектрические явления». Роль Столетова в изучении внешнего фотоэффекта весьма значительна, но она не является определяющей.

Решающая роль принадлежит немецкому физику Филиппу фон Ленарду, который начинал работу как ассистент Г. Герца и именно за работы по катодным лучам и фотоэффекту получил Нобелевскую премию в 1905 г. В своих работах Ф. Ленард доказал, что при освещении металлов из них испускаются электроны (хотя сам он этот термин не признавал) иэкспериментально показал, что скорость фотоэлектронов зависит только от частоты света. Именно на работах Ф. Ленарда основывался А. Эйнштейн при построении теории фотоэффекта.

Однако в Советском Союзе имя Ленарда практически находилось под запретом в виду его активной поддержки в последующем фашистского режима. Однако сегодня не говорить о нем было бы неверно. И наоборот, в мировоззренческом плане было бы правильно рассказывать о выдающихся заслугах Ф. Ленарда в науке с одной стороны, и о его сложном завистливом характере из-за которого, начав с травли В. Рентгена, он докатился до прямой поддержки Гитлера.

Надо сказать, что на примере фотоэффекта можно говорить и о полноте представления истории открытий в школьном курсе физики.

На мой взгляд, необходимо подчеркивать, что открытие Генрихом Герцем фотоэффекта произошло в ходе выполнения подробного исследования электромагнитных волн. Действительно, с одной стороны рассказ об этом покажет насколько тщательно Герц проводил свои исследования – ведь он обнаружил и исследовал все свойства электромагнитных волн: отражение, преломление, интерференцию, дифракцию, поляризацию. После работы Герца в этом смысле физикам уже ничего не надо было делать. А с другой стороны, доказав волновую теорию Максвелла, Герц в том же исследовании открыл явление, которое можно объяснить исключительно с квантовых позиций! Для формирования мировоззрения школьников это крайне важно!

Но на фоне триумфального открытия электромагнитных волн, открытие фотоэффекта оказалось незамеченным и его пришлось переоткрывать В. Гальваксу! Мы представляем учащимся историю так, что после экспериментальных работ Г. Герца, В. Гальвакса, А. Риги, Ф. Ленарда и теоретического объяснения фотоэффекта А. Эйнштейном все стало ясно. Но это совсем не так! В теорию Эйнштейна мало кто верил. Опровергнуть Эйнштейна взялся Роберт Милликен, который в серии своих знаменитых опытов (о которых мы рассказываем в связи с измерением элементарного заряда, но не в связи с фотоэффектом) он экспериментально проверил уравнение Эйнштейна для фотоэффекта в видимой и ультрафиолетовой областях спектра. Нобелевская премия Р.Милликена была уже третьей после Ленарда и Эйнштейна, полученной за исследования фотоэффекта.

И вот еще один исторический парадокс: в наших учебниках Обычно говорится об опытах «Иоффе-Милликена», что выглядит весьма неточно. Во-первых, и методологически и хронологически работы Милликена предшествовали работам Абрама Федоровича Иоффе. Во-вторых, опыты Иоффе, продолжая работы Милликена, имели принципиально другую цель: в отличие от Милликена и ряда других ученых, Иоффе удалось исследовать элементарный фотоэффект, т.е. вылет одного электрона под действием одного фотона! При этом он установил статистический характер вылета отдельных электронов при внешнем фотоэффекте.

Но и на этом исследования внешнего фотоэффекта не закончились. В 1928 г. замечательным советским физиком Петром Ивановичем Лукирским теория Эйнштейна была проверена с очень высокой точностью, в том числе и на уровне элементарного фотоэффекта, а в 1931 году Игорь Евгеньевич Тамм и Семен Петрович Шубин создали современную квантовую теорию фотоэффекта!

К этой истории многое еще можно было бы добавить, но, думаю, она и в таком варианте дает огромную пищу для размышлений и учителям и школьникам. При этом если говорить о воспитании патриотизма, то здесь замечательно можно показать настоящие заслуги российских и советских ученых, их реальный вклад в создание современной картины физики.

На мой взгляд, учащиеся должны видеть, что любое научное (не только физическое) открытие – это длительная и кропотливая работа многих людей, что оно не делается в один день случайно, по наитию свыше. Они должны понимать, что автор открытия или теории получает и формулирует их зачастую совсем не в том виде, к которому мы привыкли. Нет готовых решений, нет готовых формулировок. Наука – плод длительных трудов и раздумий, радостей и мучений, счастливых озарений и преодоления трудностей многими людьми, работавшими одновременно или ничего не знающими друг о друге. Но обсуждение проблем возникновения научного знания, истории открытий и формирования понятий помогает увидеть науку живой и развивающейся.

К сожалению, при обращении к историческим фактам нами допускаются многочисленные неточности, например при рассказе об открытии Дж.Дж. Томсоном электрона или опытах Э. Резерфорда, но еще более обидно то, что большинство открытий или вообще остается без исторического комментария или вовсе оказывается для наших учеников безымянными, хотя существуют работы, из которых мы достаточно просто можем получить необходимые сведения [27, 28, 6].

Это не значит, что мы всегда сами должны об этом говорить. Пусть это делают ученики в виде привычных для нас докладов, рефератов, газет и т.п. Задача здесь заключается в том, что нам надо сначала помочь учащемуся выделить то главное, что должно быть отражено в его работе, а это отнюдь не перечисление дат жизни и открытий. Прежде всего, учащиеся должны увидеть процесс формирования мысли, тщательность работы, психологические особенности творческой жизни человека, о котором они читают и говорят. Но для этого мы сами должны свободно ориентироваться в истории преподаваемой нами науки.

В рамках одной статьи невозможно рассмотреть все многочисленные аспекты поднятой темы, однако, хотелось бы остановиться еще на одном.

В каждом регионе России существует учебный предмет, на котором учащиеся изучают вопросы истории и культуры региона. В нашем городе этот предмет называется «История и культура Санкт-Петербурга». По сложившейся исторической традиции в рамках этого предмета не рассматриваются вопросы, связанные с развитием науки. Не анализируя причин этой ситуации, скажу только, что она не может считаться нормальной. Для нас это значит, что мы сами обязаны восполнить это упущение частично на уроках, частично – за счет внеклассной работы. Это тем более важно, что в 2011 г. мы отмечаем несколько юбилейных дат, связанных с историей российской физики, в частности 300-летние юбилеи Георга Вильгельма Рихмана (в июне) и Михаила Васильевича Ломоносова (в сентябре), 310 лет исполняется со дня рождения Георга Вольфганга Крафта (в июле).

Наш город – родина российской физики. Здесь сохранились здания, в которых жил и работали крупнейшие российские ученые, многие из которых теперь покоятся на петербургских кладбищах. Рассказать о том, как возникла российская школа физики, как непросто она развивалась, каких высот достигла – наш долг. Тем более, что работы многих замечательных ученых логично связаны с изучаемым материалом.

Так, Г.В. Крафт изучал смешивание жидкостей разных температур и получил первую эмпирическую формулу для температуры смеси. Именно о был инженером при создании знаменитого «Ледяного дома» и провел для него все расчеты и испытания. Именно Крафт учил физике М.В. Ломоносова и написал первый учебник для российских студентов (переведенный на русский язык Ломоносовым). Именно Крафт создал тот физический кабинет, которым гордилась Петербургская Академия наук, лучший в Европе, и который во многом позволил достаточно быстро сделать физику в России интересной не только для небольшого количества ученых мужей. На 7 линии Васильевского острова сохранился дом, в котором он жил.

Г.В. Рихман, которого мы почему-то чаще вспоминаем как друга Ломоносова, стал первым российским академиком. Он изучал испарение жидкостей с поверхности. Формула для температуры смеси, которой мы пользуемся при проведении лабораторной работы по изучению смешивания однородных жидкостей различной температуры в научной литературе носит название формулы Рихмана. Он создал один из первых практически пригодных электрометров, независимо от других открыл явление электростатической индукции.

Друг Рихмана и Ломоносова Иосиф-Адам Браун впервые в мире в Санкт-Петербурге 14 декабря 1759 г. получил ртуть в твердом состоянии.

О работах Леонарда Эйлера Михаила Васильевича Ломоносова, Василия Владимировича Петрова, Павла Львовича Шиллинга, Эмилия Христиановича Ленца, Бориса Семеновича Якоби известно значительно больше. А ведь сохранились и дома, где они жили и их могилы на петербургских кладбищах, нуждающиеся в уходе, который могли бы взять на себя и мы со своими учениками.

Кроме этих великих и хорошо известных имен нужно говорить и о Николае Прокофьевиче Щеглове, блестящем лекторе, популяризаторе науки, первом заведующем кафедрой физики Петербургского университета, во многом продолжившем дело Ломносова. А глава Российской физики Федор Фомич Петрушевский, учивший всех российских физиков второй половины 19 в., создатель в России системы физического практикума, друг Д.И. Менделеева и Крамского, написавший книгу о восприятии цветов и смешивании красок, которой художники пользуются до сих пор! А Иван Иванович Боргман, первый выборный ректор Университета, который создал Институт физики при Университете, ввел в российскую науку теорию Максвелла, осуществил первые в России опыты по изучению рентгеновских лучей и радиоактивности! А выдающийся педагог Орест Данилович Хвольсон, автор лучшего в первой половине 20 в. курса общей физики, переведенного на 7 иностранных языков, по которому учились практически все не только российские, но и зарубежные физики! А сколько выдающихся советских ученых работали в нашем городе: А.Ф. Иоффе и Л.Д. Ландау, П.Л. Капица и Я.И. Френкель, Д.С. Рождественский и С.И. Вавилов, И.В. Курчатов и М.П.Бронштейн, В.А. Фок и Ж.И. Алферов… Этот список можно продолжать и продолжать.

Наша задача в том, чтобы наши ученики умели ценить научный труд, научный подвиг, понимали роль науки в жизни. А это без истории науки невозможно.

Литература

Спасский, Б.И. Вопросы методологии и историзма в курсе физики средней школы. – / Б.И. Спасский – «Просвещение», М.: 1975.
Мощанский, В.Н, Савелова, Е.В. История физики в средней школе. / В.Н. Мощанский, Е.В. Савелова – «Просвещение», М.: 1981.
Пурышева, Н.С., Шаронова Н.В., Исаев Д.А. Фундаментальные эксперименты в физической науке. Элективный курс: Учебное пособие / Н.С. Пурышева, Н.В. Шаронова, Д.А. Исаев – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2005.
Кабардин, О.Ф. История и развитие представлений о мире: элективный курс: 10-11 класс: учеб. пособие / О.Ф. Кабардин. –М.: АСТ: Астрель: Транзиткнига, 2005.
Позойский, С.В., Галузо, И.В. История физики в вопросах и задачах: пособие для учителей учреждений, обеспечивающих получение общ. сред. образования / С.В. Позойский, И.В. Галузо. – Мн.: Выш.шк., 2005.
Фрадкин, В.Е., Иконников, Г.М. Имена и даты на уроках физики. 7-11 классы. / В.Е. Фрадкин, Г.М. Иконников. – М.: Чистые пруды, 2006.
Ильин, В.А. История физики / В.А. Ильин – М.: Издательский центр «Академия», 2003.
Дорфман, Я.Г. Всемирная история физики: С древнейших времен до конца XVIII века / Я.Г. Дорфман – ЛКИ, 2010.
Дорфман, Я.Г. Всемирная история физики: С начала XIX до середины XX вв. / Я.Г. Дорфман – ЛКИ, 2010.
Розенбергер, Ф. История физики в четырех книгах. Пер. с нем. / Ф. Розенбергер – М.: Книжный дом «ЛИБРОКОМ», 2010
Лебедев, В.И. Исторические опыты по физике. / В.И. Лебедев – М.: КомКНига, 2007.
Милантьев, В.П. История и методология физики / В.П. Милантьев – М.: Российский университет дружбы народов, 2007.
Милантьев, В.П. История визникновения квантовой механики и развитие представлений об атоме / В.П. Милантьев – М.: Книжный дом «ЛИБРОКОМ», 2009.
Столетов, А.Г. Ньютон, Гельмгольц, Ковалевская: Избранные работы по истории науки – М.: Книжный дом «ЛИБРОКОМ», 2010.
Шубинский, В.И. Ломоносов: Всероссийский человек / Валерий Шубинский. М.: Молодая гвардия, 2010. (ЖЗЛ)
Ломоносов: Краткий энциклопедаческий словарь – М.: ОГИ, 2009
Беленький, М.Д. Менделеев / Михаил Беленький – М.: Молодая гвардия, 2010. (ЖЗЛ)
Горобец, Б.С. Круг Ландау: жизнь гения. / Горобец Борис Соломонович – М.: Издательство ЛКИ, 2008
Горобец, Б.С. Круг Ландау: физмка войны и мира. / Горобец Борис Соломонович – М.: Издательство ЛКИ, 2009
Горобец, Б.С. Круг Ландау и Лифшица. / Горобец Борис Соломонович – М.: Книжный дом «ЛИБРОКОМ», 2009
Бессараб, М. Лев Ландау. Роман-биография. – М.: Издательство «Октопус», 2008
Горелик, Г.Е. Советская жизнь Льва Ландау / Геннадий Горелик. – М.: Вагриус, 2008
Советская жизнь Льва Ландау глазами очевидцев: сборник / сост. Г.Е. Горелик и Н.А. Шальникова. – М.: ЗАО «Плюс-Минус», 2009
Ржосницкий, Б.Н. Никола Тесла / Борис Ржосницкий. – М.: Яуза; Эксмо, 2009
Образцов П.А. Никола Тесла. Ложь и правда о великом изобретателе / Петр Образцов. – М.: Яуза; Эксмо, 2009
О’Нил, Джон Дж. Гений, бьющий через край. Жизнь Николы Теслы. Пер.с англ. – М.: Саттва, 2006
Храмов, Ю.А. Физики: Биографический справочник. / Ю.А. Храмов – М.: Наука, Глав. ред. физ.-мат. лит-ры, 1983
Храмов, Ю.А. Биография физики: Хронологический справочник. / Ю.А. Храмов – К.: Технiка, 1983.

Blog

Еще раз об истории физики в школьном курсе физики в. Е. Фрадкин, зам директора рцокоиИТ