Горбацевич С.А. К вопросу формирований познавательного интереса у учащихся при изучении физики

Автор анализирует причины снижения интереса учащихся к физике и предлагает подход, способствующих развитию познавательного интереса. В качестве примера рассматриваются явления, которые можно пронаблюдать у водоема и объяснить их на основе законов из различных разделов физики.

Радость видеть и понимать
есть самый прекрасный дар природы.
Эйнштейн

Начиная с 1977 года, с введением всеобщего среднего образования, курс физики, рассчитанный на изучение 30 % наиболее способных детей, стали изучать все 100 % учащихся. Сложилась ситуация, при которой физика в IX– XIклассах стала предметом, непосильным для усвоения большинством учеников. В то же время учитель физики находился в условиях, при которых был обязан обучить всех учащихся, игнорируя при этом их возможности. В результате резко снизился интерес учащихся к предмету [1, с. 5].

Такая же проблема просматривается в образовании ряда стран, и для ее решения предпринимаются определенные меры.

Специальная комиссия по школьному образованию США, во главе которой были такие известные ученые, как Д. Гарднер, Г. Сиборг, Дж. Холтон, обратилась в 1983 году к президенту, конгрессу и народу своей страны с докладом «Нация на грани риска». Вот несколько выдержек из доклада.

«Риск государства состоит в происходящем перераспределении в мире высокообразованных, высококвалифицированных кадров...

Знания, обучение, информация – это новый товар для международной коммерции, который распространяется столь же быстро, как наркотики, синтетические удобрения или голубые джинсы...

Лица, которые не достигнут необходимого уровня грамотности и образования, не смогут реализовать свои гражданские права не только в обеспечении материального благосостояния... но и в степени участия в жизни государства...» [2].

Вскоре в США было провозглашено: «Америка должна вступить в XXIвек с самым высоким в мире уровнем школьной подготовки по математике, физике, химии и биологии» [3, с. 3–5].

Снижению интереса к изучению предметов естественного цикла способствовала также гуманитаризация образования. «Процесс гуманитаризации образования осуществляется за счет механического увеличения числа часов на предметы гуманитарного цикла без должного внимания к развитию организации мышления учащихся, которое достигается в основном при обучении естественным предметам» [1, с. 7].

Для того чтобы приступить к решению создавшейся проблемы, нам нужно опираться не только на свой опыт, но и принимать во внимание выводы реформаторов других государств.

«Забавный парадокс состоит в том, что, в отличие от наших, реформаторы американской школы исходят из того, что современная физика лежит в ядре гуманитарного образования, поскольку, кроме физики, ни один другой предмет не дает такого ясного понимания процесса познания природы и общества» [3, с. 5].

Снижение познавательного интереса к изучению физики приводит к снижению уровня подготовки учащихся. А одной из главных причин наблюдаемого спада является «прекращение снабжения школьных кабинетов физики приборами и оборудованием... Раньше требовалось 15–16% учебного времени отводить на лабораторные работы, теперь об этом требовании никто даже, не вспоминает... Преподавание «меловой» физики в Европе и Америке закончились в 19 веке, в России – в 1900 году. В докладе по реформе школы тогда было сказано: «Преподавание физики, в котором эксперимент не составляет основы и краеугольного камня всего изложения, должно быть признано бесполезным и даже вредным» [3, с. 6].

Исходя из вышеизложенного считаю, что на начальном этапе изучения физики будет очень полезным проводить некоторую часть учебных занятий на природе. Прежде всего подобное изучение природных явлений имеет огромную познавательную ценность, развивает наблюдательность, интерес к изучению предмета. С другой стороны, используя природу – гигантскую физическую лабораторию, можно в какой-то мере скомпенсировать дефицит приборов и оборудования в кабинетах физики.

В качестве примера рассмотрим, какие физические явления можно наблюдать возле водоема.

Обратим внимание на плавающее на поверхности воды утиное перышко, один конец которого загнут кверху, как маленький парус. Подул ветерок, и перышко заскользило по воде, словно парусная лодка. Может, такое перышко наблюдал первобытный дикарь, который потом прикрепил к бревну звериную шкуру, чтобы ветер помог переправиться через реку? А от чего зависит скорость скольжения перышка по воде? {От силы ветра, от площади загнутого кверху конца перышка, от вязкости жидкости, от степени смачиваемости – утиное, куриное...)

Если поймать перышко, то можно обратить внимание, что оно совсем сухое: вода не смочила его жирной поверхности. Справедливо ли это явление (несмачивание) для всех птиц [4]?

Водоплавающие птицы не тонут в воде, так как их перья не смачиваются водой и между ними имеется воздух. Всякий раз до и после купания они обильно смазывают их жиром, который выделяется из желез. Выделяющийся жир птица захватывает клювом и втирает в оперение. Сила притяжения между молекулами воды велика, а взаимодействие между молекулами жира и воды мало, поэтому перья птиц, смазанные жиром, в воде не намокают. А между перьями и пухом находится воздух. Объем его довольно велик. У уток обычно между перьями и пухом содержится около 650 см³ воздуха. Именно воздух, содержащийся в оперении и внутри перьев, особенно сильно снижает среднюю плотность тела птицы, примерно до 0,6 г/см. Благодаря этому водоплавающие птицы не тонут в воде. Если же перья промыть обезжиривающим составом, утка едва держится на воде.

Умываясь, можно сделать наблюдение из области капиллярных явлений. Нужно бросить на поверхность воды комок мыльной пены. От него стремительно разбегаются во все стороны мелкие пузырьки – их тянет сила поверхностного натяжения, которая у чистой воды больше, чем у мыльной. (Для большей наглядности явления можно на поверхность воды набросать мелких сухих соломинок, травинок.)

Если ранним утром войти в воду (опустить руку), то вода кажется теплее, чем была вчера среди дня. Это значит, что за ночь воздух остыл больше, чем вода. Почему так происходит?

А если нырнуть поглубже (опустить термометр), то можно ощутить насколько вода холоднее в глубине (или снять показания термометра). Этот факт является убедительной иллюстрацией малой теплопроводности воды.

Можно проделать опыт и с собой, если волосы острижены не слишком коротко. Если голову погрузить в воду, то волосы торчат во все стороны, но, как только вынимаем голову из воды, волосы слипаются друг с другом и плотно прилипают к голове. Этот пример указывает на проявление поверхностного натяжения в капиллярных явлениях. Волосы слипаются не тогда, когда между ними вода, а когда между ними водяная пленка, стремящаяся сократиться. (Это явление можно пронаблюдать, используя акварельную кисточку: в воде расправляются волоски, а если кисточку извлечь из воды, то волоски сжимаются.)

Следует обратить внимание учащихся на мелких насекомых и паукообразных, для которых поверхностная пленка воды является опорой при движении. Известны водомерки, опирающиеся на воду только конечностями широко расставленных лапок. Лапка, покрытая воскообразным налетом, не смачивается водой. Поверхностный слой воды прогибается под давлением лапки, образуя небольшое углубление. Подобным образом перемещаются береговые пауки некоторых видов.

Обратим внимание на мягкие стебли водных растений, которые послушно гнутся по течению воды. Постоянно поддерживаемые выталкивающей силой окружающей воды, эти растения (в отличие от наземных) не нуждаются в прочных стеблях. Многие водные растения сохраняют вертикальное положение, несмотря на чрезвычайную гибкость их стеблей, потому что на концах их разветвлений находятся крупные пузыри воздуха, играющие роль поплавков.

Особенно любопытным водным растением является водяной орех – чилим. Его плоды (водяные орехи) достигают в диаметре 3 см и имеют форму, похожую на морской якорь. «Якорь» служит для того, чтобы удержать на необходимом уровне молодое подрастающее растение. Плоды могли бы потопить растение, но как раз в это время на черешках листьев образуются вздутия – «спасательные пояса». Тем самым увеличивается объем подводной части растений, следовательно, возрастает выталкивающая сила. Этим достигается равновесие между весом плодов и возникающей за счет вздутий выталкивающей силой [5].

Если понаблюдать за рыбами и пиявками, то легко можно заметить, что в процессе движения они отталкивают воду назад, а сами движутся вперед. Плывущая пиявка отталкивает воду назад волнообразными движениями тела, а плывущая рыба – взмахами хвоста. Таким образом, движение рыб и пиявок может служить иллюстрацией третьего закона Ньютона.

Можно предложить учащимся понаблюдать за предметами на дне водоема; например, выбрать один из них и попробовать попасть в него тростью. Попытки поразить цель не приносят успеха. Нетрудно обнаружить, что чем больше наклон трости к поверхности воды, тем дальше от цели касается трость дна водоема. Таким образом, можно убедиться в наличии преломления, т. е. изменении направления распространения лучей света при переходе из одной среды в среду с другой оптической плотностью.

Известно, что если из озера вытекает река, то практически всегда одна. Количество впадающих в озеро рек может быть каким угодно, но вытекает только одна. В Байкал впадает 336 рек, а вытекает только Ангара. Тот факт, что из озера может вытекать только одна река, нетрудно объяснить, проведя наблюдения на практике. Углубление в грунте заполняется водой. Когда запас воды в углублении (озере) невелик, то стока вод не происходит. Предположим, что в озеро поступает больше воды (углубление заполняем водой все больше), нежели испаряется с его поверхности, – в этом случае уровень воды в нем будет постепенно повышаться. Когда вода поднимется до уровня наиболее глубокого из возможных при данном береговом рельефе стоков, образуется река, вытекающая из озера. Как только начнется сток воды из озера (углубления), дальнейшее повышение воды в нем прекратится. Весь избыток поступающей в озеро (углубление) воды будет уходить через функционирующий сток. Все остальные потенциальные стоки так и остаются бездействующими. Вода в озере просто не поднимется до их уровня. Но если приток воды оказывается настолько большим, что один сток не справляется с ее избытком, то уровень воды в озере (углублении) будет продолжать подниматься и, возможно, сравняется с уровнем еще одного стока. Тогда из озера (углубления) будут вытекать уже не одна, а две реки. Однако это достаточно редкая, а главное – неустойчивая ситуация. Со временем русло, по которому проходит большой поток и где скорость воды больше, будет сильнее размываться, сток воды по нему возрастет. В результате уровень воды в озере (углублении) понизится, и сток по мелкой реке сначала уменьшится, а потом прекратится. В конечном итоге всегда остается только самая глубокая из вытекающих рек.

В заключение рассмотрим еще одно интересное явление, наблюдаемое на песчаном мелководье при слабом волнении. Дно покрывается множеством застывших песчаных волн, образующих ряды, ориентированные параллельно берегу. Эти неподвижные волны называют рифелями.

Каким образом образуются рифели? Перемещающиеся на мелководье водные массы совершают попеременно движения к берегу и от берега. Двигаясь к берегу, вода увлекает песчинки поверхности дна вперед, а двигаясь от берега, она увлекает их назад. Казалось бы, результат одного движения должен уничтожаться встречным движением. Откуда же берутся рифели?

Предположим, что горизонтальный поток воды, распространяющийся вместе с волной, скажем, слева направо, встречает небольшую песчаную горку – зародыш будущего рифеля. На левый склон зародившегося рифеля вода принесет песчинки, которые она увлекает за собой благодаря течению. В то же время над правым склоном рифеля возникает водяное завихрение, аналогичное воздушному завихрению. Оно будет наметать песчинки со стороны правого склона к вершине рифеля. Таким образом холмик будет расти как слева, так и справа. Но вот волна движется назад – справа налево. Теперь правая сторона рифеля будет расти за счет песчинок, увлекаемых течением, а левая – за счет завихрения. В результате профиль сформировавшихся рифелей оказывается симметричным холмиком [6].

Рассмотренные примеры не исчерпывают все явления, которые можно пронаблюдать у водоема и объяснить на основе законов из различных разделов физики. При изучении физики следует использовать разнообразные методы. Естественно, на первом месте должен быть учебник – основная книга, дающая систематизированные представления о физике, ее понятиях, законах, методах. Предложенный подход будет способствовать развитию познавательного интереса при изучении предмета, а, следовательно, помогать решать главные образовательные задачи.

1. Гербутов, В.Б., Горбацевич, С.А., Дынич, В.И. и др. Концепция физического образования // Фiзiка: праблемы выкладання. – 1996. – № 5.

2. A Nation At Risk: The Imperative for Educational Reform. – Washington, 1983.

3. Подготовка современного школьника по физике: проблема повышения качества обучения // Физика в школе. – 2000. – № 3.

4. Цингеръ, А.В. Начальная физика. – Петроградъ, 1916.

5. Кац, Ц.Б. Биофизика на уроках физики. – М., 1988.

6. Тарасов, Л.В. Физика в природе. – М., 1988.