автор:
Синцова Юлия Валерьевна
учитель физики Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение «Лицей №131» Вахитовского района г. Казани
Заяц Алексей Евгеньевич
учитель физики Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение «Лицей №131» Вахитовского района г. Казани
Физика XX века в школе
Физика ХХ века в школе
Заяц А. Е., Синцова Ю. В.
МАОУ «Лицей №131» Вахитовского района г. Казани
В настоящее время существует разрыв между физикой ХХ-ХХI веков и ее отражением в школьной программе. Прошедший ХХ век можно назвать веком прорыва в науке: люди побывали в космосе, освоили новые виды энергии, исследовали атомное ядро и открыли сотни элементарных частиц. Наука и образование всегда были неразрывно связаны друг с другом. Без качественного образования в школе невозможно дальнейшее развитие науки в стране. Система образования должна доводить до учащихся современное состояние науки и техники, чтобы способствовать их дальнейшему развитию. Знание современной физики необходимо ввиду качественного различия в законах микромира и макромира. Современная физика – это не очередная глава в разделе классической физики, а «революция в физике», как ее определил Луи де Бройль. Поэтому, учащихся нужно уже на школьной скамье приобщать к знакомству с передовыми открытиями, что в дальнейшем может им помочь в выборе образования.
Следует отметить, что некоторые открытия физики ХХ века находят более-менее полное отражение в классическом школьном учебнике по физике: это элементы специальной теории относительности, основы атомной и квантовой физики, включающие гипотезу Планка, свойства фотонов, теорию фотоэффекта, давление света, опыт Резерфорда, модель атома водорода по Бору, гипотезу де Бройля и др. В физику атомного ядра включены темы, связанные со строением ядра, взаимным превращением ядер, ядерными реакциями и некоторыми представлениями из физики элементарных частиц (см., например, [1]).
Однако темы, упомянутые выше, по большей части, относятся к научным открытиям, совершенным более ста лет назад, в начале ХХ века. А явления, открытые после 1940-х – 1950-х годов и вовсе остаются за бортом школьной программы. Хотя знания школьников по физике могли бы быть углублены, изучай они эффекты Доплера, Мессбауэра, Зеемана, Комптона, туннельный эффект, явление электронного парамагнитного резонанса. К необходимым для современного школьника знаниям мы также предлагаем отнести теоретические знания, связанные с физикой современных приборов: полупроводников, свето- и фотодиодов, всех разновидностей лазеров и современных микроскопов. Ведь знания, закладываемые в школе, являются фундаментом научного мировоззрения человека.
Очевидный вопрос, возникающий сразу в ответ на подобное предложение – где же на всё это взять «часы»? К сожалению, с введением поголовного Единого государственного экзамена учителя вынуждены в 11 классе львиную долю времени готовить школьников к этому экзамену, решать его типовые задания, нежели разбирать какие-то факультативные темы, которых «нет в ЕГЭ». Более того, по той же причине «под нож» иногда идут специальная теория относительности, волновая оптика и некоторые другие разделы физики, на которые «дают мало задач». Поэтому изложим своё видение путей выхода из сложившейся ситуации.
Первое, учитель должен сам интересоваться своим предметом: научными новостями (например, на сайте nplus1.ru), читать, хотя бы, научно-популярные статьи (журналы «Квант», «Потенциал», сайт elementy.ru). По возможности, ходить на научно-популярные лектории или смотреть видео с них. Тогда ученики, видя заинтересованность учителя, будут стараться следовать его примеру.
Второе, которое следует из первого, нужно обсуждать с учениками новости физики, последние открытия, открытия, номинированные на Нобелевскую премию. Например, премия 2014 года была присуждена за создание синих светодиодов. Вполне разумно на уроках, посвященных теме p-n перехода, обсудить, чем так значимо это изобретение, какие бытовые приборы появились благодаря ему и тому подобное. Можно давать детям делать краткие сообщения об этом, стимулируя их познавательную активность в области физики.
Третье, при недостатке времени на уроках, определённые знания можно передавать в виде задач «повышенной сложности». Так получение формулы эффекта Комптона легко сформулировать в виде задачи, объединяющей СТО и квантовую физику (задача №14.5.23 из [2]). То же касается и эффекта Доплера (задача №1.1.7), и закона Хаббла в космологии (задача №2.6.29). Имея под руками подборку таких заданий, можно расширять кругозор своих учеников и, опять же, стимулировать их активность в изучении не только школьного материала.
И четвёртое, на дополнительных уроках, кружках и факультативах (если они есть, конечно) нужно выделять время не только на подготовку к ЕГЭ, решение олимпиадных задач, но и на изучение дополнительных тем, официально не входящих в школьный курс. Материал можно брать, адаптируя вузовские учебники, или из тех же научно-популярных журналов (например, статья об эффекте Мессбауэра [3]). Так авторы настоящей статьи на кружках по физике в Лицее №131 г. Казани разбирают с учениками эффекты Доплера и Комптона (в виде задач), методы комплексных амплитуд в электротехнике (попутно объясняя значимость комплексных чисел в науке) и так далее, сами читают научно-популярные лекции. Разумеется, можно приглашать сторонних лекторов – специалистов в данной области. Но с этим вдали от крупных научных центров – большая проблема.
В заключение, хотелось бы обратиться к ещё одной трудности, не позволяющей в полной мере включать в школьную программу элементы современной физики – к недостаточному математическому аппарату учащихся. Программа по математике не всегда соответствует потребностям других предметов, в особенности, физики. Варианта, собственно, два: или учитель физики сам объясняет (пусть, «на пальцах») азы тригонометрии, векторной алгебры, математического анализа, или пытается обойтись без этого, постулируя формулы равноускоренного движения, выражение для кинетической энергии и так далее. Первый вариант, разумеется, более предпочтителен, а это значит, что учитель физики должен быть и немного математиком. Но даже это не спасёт, когда зайдёт разговор с учащимися о теории чёрных дыр (нужна риманова геометрия и тензорный анализ), о квантовой механике (дифференциальные уравнения, матрицы). Ведь, как писал К. Прутков, нельзя обнять необъятное. Но направить ученика и зародить у него интерес к этому необъятному, конечно, можно и нужно.
Литература
[1] Мякишев, Г. Я. Физика. 11 класс: учеб. для общеобразоват. учреждений / Г. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев, В. М. Чаругин – М.: Просвещение, 2019. – 436 с.
[2] Задачи по физике: учебное пособие / О. Я. Савченко (ред.). – СПб.: Издательство «Лань», 2001. – 368 с.
[3] Самарский, Ю. А. Эффект Мёссбауэра / Ю. А. Самарский // Квант. – 1983. – № 3. – С. 7-14, 30.
