Анатолий Шапиро 

Занимательное учебниковедение

Учебник из двадцати учебников. У меня есть давний замысел, возникший из долгих размышлений о том, чего мне дольше всего не хватает на уроках. Это мечта о кассетном учебнике. Когда по всем основным темам существует набор брошюр и пособий - про одно и то же, но с очень разных точек зрения, с совершенно разными заданиями, контекстами, стилями изложения. Одна серия рассчитана .на оголтелого филолога-книжника, другая - на самородка-математика, третья - на ребенка, увлекающегося техникой, четвертая - на будущего медика. А каким великолепным может быть курс, идущий через историю науки! А как важны книжки для учеников с золотыми руками, которые не стремятся ни к какому высшему образованию, - ведь их большинство, а школа ими почти не интересуется.

То, о чем я говорю, не совсем соответствует нынешним разговорам про физику для гуманитариев и физику для технарей. Мол, гуманитариям - без формул, но с философией, а технарям - с цифрами, но без лишних мудрствований. Но разве только гуманитариям нужно знать философию науки? А что такое физика без математического аппарата? Это иная, неведомая наука. Другое дело, что можно и очень сложные вещи выводить на пальцах. Да можно и сложными уравнениями - только не требуя их запоминания. Что за дурацкое отношение к учебнику - будто в нем все должно быть выучено наизусть.

Примитивным делением на гуманитариев и технарей вопрос не решается, палитра должна быть гораздо более многообразной. Тогда она будет и по-настоящему действенной. Как физическая задача должна решаться многими подходами, так и каждый раздел науки должен открываться со множества сторон. Тогда он дышит, сверкает, вызывает удивление и восхищение.

Потерявшийся эксперимент. Провозглашено, что школьный курс строится не как теоретический, а как экспериментальный, ключевые его положения должны выводиться из соответствующих опытов. Декларация замечательная. Но каково воплощение! Только два или три классических эксперимента вскользь упомянуты в учебнике. Это опыты Кулона, Кавендиша и Майкельсона. А все прочие опыты, послужившие основой для фундаментальных знаний, вовсе не приводятся и не анализируются.

Язык физики - это язык эксперимента. Физическое мышление - это в немалой мере умение придумывать и осмысливать опыты. Когда показываешь ученикам, как можно поставить опыт и что из него извлечь, когда они узнают о муках исследователя, о постепенных путях совершенствования моделей великих экспериментов - вот тогда речь идет о научном подходе к изложению, здесь и зарождается то, что мы называем мышлением естествоиспытателя.

В этом смысле американским учебникам повезло. В Америке есть разные программы, в каждом штате свои. Но во многих американских учебниках описаны классические опыты, их анализ и выводы по ним. Например, вот такой рассказ: "Представьте, что у вас есть теннисные мячики и вы их бросаете. Если перед вами нет стены, они никогда не вернутся, если есть - отскочат. А если стена с дырками? Возвращаться будет часть. А если перед вами стена, имеющая форму вогнутого зеркала? Понятно, что мячики будут отскакивать в центр, подобно тому, как лучи света собираются в фокусе зеркала. А теперь сделайте вывод, как устроен атом, если только одна альфа-частичка в опыте Резерфорда отразилась на задний экран, а все остальные попали на боковые экраны". Вот такая небольшая преамбула показывает, почему Резерфорд, обстреливая золотую фольгу, догадался, что атом пуст, что ядро занимает лишь ничтожную его часть.

Такие описания делают физику понятной. Наши авторы учебников часто говорят о желании облегчить курсы, полагая сокращение синонимом упрощения. Но нельзя же сокращать принципиальные методы, нельзя же сокращать саму науку. Да, учебник должен быть достаточно кратким, но учебники-то пухнут, тяжелеют, скучнеют, наполняются совершенно второстепенной информацией. И при этом ничего нового в них по большому счету тоже не появляется!

Дистанция между дистанциями. Есть много остроумных способов заинтересовать ученика наукой. Я всегда считал, что лучшим способом служит язык самой науки. Обсуждение гипотез, обнажение противоречий, постановка проблемы в том виде, как она была, - это интересно и драматично. История любой науки - потрясающий воображение детектив с поисками неизвестных, с отвлекающими обстоятельствами, с удачными и ложными находками, которые приближают или удаляют от цели.

Когда-то период между открытием и техническим его применением исчислялся десятилетиями. Сегодня техническое освоение почти всех совершающихся открытий сократилось до пяти, максимум до десяти лет. Дистанция до внедрения открытия в практику резко сократилась, зато до отзвука в школе -колоссально увеличилась. Между жизнью науки и современным школьным ее изложением дистанция по крайней мере длиною в пятьдесят-сто лет.

Посмотрим на старый курс физики, написанный еще самим Хвальсоном. За исключением совсем небольшого числа параграфов материал этих книг не отличается от сегодняшнего материала и методов изложения. Только текст ухудшен - сокращен до невнятности, насыщен терминами и наукоподобным изложением простых вещей.

Отсутствуют яркие примеры, образные выражения, нет эмоций, нет описания борьбы идей, анализа гипотез. Дело не просто в отсутствии у авторов литературного таланта. Это следствие самой системы изложения, создающей впечатление, что все так просто и логично открывалось без ошибок и заблуждений, что наука не искривляла своего движения, что перед ней не вырастали пропасти, ей не случалось робко обходить трудные и непонятные места... Путь науки представлен в учебнике как прямая, без колебаний и сомнений, стержневая линия. Но это псевдостержень. Единство науки не в ее монументальной непогрешимости, а в живой, динамичной связи открытий!

Придет ли конец XVII веку? Существует такая точка зрения на тему нашего разговора. Ладно, всем с физикой все равно не освоиться, но с механикой, электротехникой встретятся в своих профессиях сотни тысяч выпускников. А с ядерной физикой - единицы. А со слабыми взаимодействиями - и того меньше. Потому оставим в школьном курсе то, что потребуется многим, что важно для сотен инженерных специальностей. А ядерных физиков пусть учат в вузах.

Такая позиция редко провозглашается вслух, но, похоже, она и определяет нынешнее содержание школьного курса. Но ведь школьная физика - это не первый этап профессиональной подготовки инженеров! Это прежде всего серьезная встреча подростков с современными воззрениями на мир.

Мы науку семнадцатого века изучаем в тысячу раз тщательней, чем современную. Как жить в двадцать первом веке тем. кого мы готовим к мышлению семнадцатого? Ну ладно, ну не новейшие достижения, но нельзя же не говорить о давно всеми признанной теории относительности! В семнадцатом веке не было жидких кристаллов - давайте не упоминать и о них? Хотя наши школьники столкнутся в жизни с десятками бытовых приборов на жидких кристаллах.

Но, возможно, подростки и должны изучать старые теории, а студенты - современные? Такому взгляду нельзя отказать в праве на существование, здесь определенная логика есть. Но люди, которые не будут никогда заниматься физикой профессионально, должны тоже иметь пусть не глубокое, но правильное представление о современной науке. Как быть с теми, кто не пойдет в институт и на всю жизнь останется на уровне науки XVII века?

Когда мы хотим укорить кого-то в примитивности подхода к делу, мы говорим: "Он мыслит механистически". Но только такие, механистические воззрения может воспитать школьный курс физики у добросовестного середнячка. И это в лучшем случае, при хорошем учителе - не то в голове останется просто хаос.

Физика вообще развивает мышление, хорошо развивает. Но для нормального своего становления мысль должна чувствовать современную динамику развития науки, быть знакома с близкими к современности витками познания. Не стоит ли начинать разговор о науке как раз с рассказа о пределах современного знания?

ПОИСКИ ВОЗДУШНОГО СТОЛБА

Как не последовать за астрономией? Я очень консервативно отношусь ко всем изменениям в школе. Они должны быть продуманы, взвешены. Любые положительные сдвиги трудны, требуют серьезных душевных усилий, бессонных ночей, волнений и мучительных раздумий. Решиться на них - это серьезный жизненный выбор, а для начальства лишняя головная боль. Куда легче рубануть с плеча, что-нибудь упразднить, переставить, сократить. Такие инновации всегда идут на ура. Таких подавляющее большинство.

Мне очень больно, что мы почти отказались от астрономии, она как-то стала необязательной. Не лишаем ли мы тех же гуманитариев, о которых якобы заботимся, мира поэзии звезд? А какую вековую культуру хранит астрономия! Включение же в курс физики нескольких примеров из астрономии выглядит настолько жалким...

Я не берусь пересматривать классический, десятилетиями устоявшийся подход. Я говорю, что его можно сделать более занимательным, более действенным, более соответствующим духу науки и современности.

Но, главное, я против того, чтобы одинаково повторять классический подход на всех уровнях. О чем речь? Сейчас к изучению физики подходят дважды: ознакомительный цикл в седьмом-восьмом классах - и, начиная с девятого класса, повторное изучение примерно тех же вещей, но более широко, с применением более серьезной математики.

Возможно, на втором этапе стоит выстроить другую структуру. Мне кажется, основой ее должен стать сквозной курс, в котором бы перекликались между собой основные физические теории, где через ту или иную идею было бы показано, как одни и те же понятия живут в разных разделах, скрепляют их в единую науку.

Сегодня в школьной физике все разваливается, каждый раздел сам по себе. Непонятно, имеют ли вообще разделы отношение друг к другу или это просто разные науки под одной условной крышей?

Для чего парашюту дырка? Каждая наука имеет свою терминологию. При всем разнообразии терминов есть некоторые понятия, которые являются главными, есть небольшое число законов, исходя из которых можно объяснить множество явлений. Это и есть суть науки, ее каркас.

Зачем в парашюте дырка? Оказывается, она нужна для того, чтобы столб выходящего воздуха придавал совокупности большого полотна, натянутых нитей и парашютиста устойчивость. Воздушный столб - он невидим и в то же время создает воздушный стержень для равномерного опускания с небольшими качаниями.

Парад мировых констант. Я долго думал над тем что же служит таким воздушным столбом в физике. Совершенно убежден, что эту роль лучше всего выполняют фундаментальные физические постоянные. До обидного мало уделяется им внимания в учебном курсе. Они случайные гости при изучении отдельных тем. Как из немногих аксиом в геометрии разворачиваются десятки теорем, так каждая фундаментальная постоянная сплавлена с определенными теориями нерушимой связью. В молекулярной физике - это число Авогадро и постоянная Больцмана, в электродинамике - заряд электрона, в квантовой физике - постоянная Планка Вся космология опирается на гравитационную постоянную, теория относительности немыслима без константы скорости света. Эти мировые константы - Маяки Вселенной.

Через эти шесть миров (констант всего-то шесть!), через их нахождение, через связь между собой можно построить курс школьной физики. Изучение фундаментальных констант - это ведь и есть изучение физических теорий. Молекулярно-кинетическая теория, электронная теория еще как-то нашли свое место в учебниках, о квантовой узнают лишь старшеклассники и то поверхностно, теория относительности изучается четыре часа в ознакомительном порядке, а космология не изучается вообще. Поверхностно и неквалифицированно написаны главы, связанные с теорией сильного взаимодействия И, самое главное, о том, что наука развивается, ученик узнает едва ли не на последних страницах учебника одиннадцатого класса.

ЗАКОНЫ СОХРАНЕНИЯ

Могут ли быть другие подходы для сквозного, связывающего различные теории школьного курса? Конечно. Бесспорной заслугой ныне действующих программ является разговор о законах сохранения. Эти законы занимают центрального положения в школьной физике, но хоть какое-то существенное место нашли. А как красиво могло бы быть, если стержнем изложения стала бы цепочка законов| сохранения: массы, энергии, заряда, импульса, момента импульса, закона сохранения четности...

Вернем времени былую славу! Другая волнующая идея: взять какое-то важное понятие, например массу, и понаблюдать за его поведением в разных разделах. В Международной системе единиц (СИ) таких основных величин семь: время, длина, масса, температура, освещенность, количество вещества, сила тока. Чрезвычайно интересно проследить за понятием скорости: скорость движущегося тела, скорость движения молекул, скорость электронов, релятивистской скорости, скорости распространения фотонов света...

А время! Времени вообще не повезло. Понятие времени, центральное и в философии, и физике, и в истории, в школьном курсе осваивается как служебное, придаточное. Почти не говорится о его сущностных связях с пространством, размерами, скоростью.

Стоит-таки изучать современную теорию физики. Может быть, не четыре урока на теорию относительности, а сразу взяться именно за нее? Узнать, что, кроме обычной массы и времени, есть релятивистская масса, относительное время. Не попытаться ли сразу правильно установить понятие, а не вводить его по-новому в каждом разделе?

КАНОНЫ ГРАМОТНОСТИ

Все чаще можно услышать рассуждения о том, каков тот минимум, который школа обязана предоставить всем. Можно согласиться с важностью постановки вопроса. Но ответ на него совсем не там, где его ищут творцы всевозможных стандартов, во всяком случае, не в тех или иных нормах заучивания материала.

Есть учителя, которые на всех контрольных работах разрешают пользоваться любыми справочниками и книгами. Дело ведь в том, на что направлен наш вопрос: на воспроизведение цитат и образцов или на что-то другое.

Все нормы информации для заучивания смешны. Важно где искать эти знания в нужный момент и как ими пользоваться. мы с упорством, достойным лучшего применения, учим запоминать цифры, формулы, определения. Да и какой инженер садится за работу, не обложившись книгами и справочниками, словарями и таблицами... Надо дать знание подходов к науке, ключи к ней, а не подбирать к стандартным задачам вызубренные формулы. С ключами - проблема. Любой серьезный физик найдет способ разобраться в художественной литературе, в истории или в искустствоведении. А физика для людей с гуманитарным образование - terra incognita. Это почти oбщее правило.

Максимума образованности быть не может. Но и минимум образованности нельзя связывать с заучиванием определений из механики и термодинамик Это все-таки многоплановое видение физической картины мира. Конечно, в данном случае речь пойдет не о глубоком понимании, а только о неискаженно видении. Глубины не всегда удается достичь, но широту кругозора нужно предоставить обязательно. Если мы не научили этому - мы не научили ничему.