§ 7. Опыт и теория в курсе физики

1. Опыт в курсе физики. В преподавании физики физический эксперимент играет определяющую роль, являясь основой изложения физики. Особо важное значение имеет эксперимент в курсе начальной физики при формировании первых и основных понятий. Теория же, вследствие возраста учащихся и малого запаса и знаний, не может получить такого широкого развития, как это оказывается возможным во втором концентре физики средней школы, т. е. в 8-10 классах. Однако, было бы совёршенно неправильно считать, что в 6 и 7 классах учащиеся знакомятся с физикой только как с экспериментом. Опыты превратились бы тогда в занимательные фокусы и пустые манипуляции с приборами, если их содержание не раскрывалось бы разъяснением связи явлений между собой, т. е. не сопровождалось бы известными теоретическими предположениями. На основе же эксперимента производится обобщение и установление физических положений и законов.

Для всякого обобщения, в первую очередь, необходимо знание соответствующих фактов, и чем шире и глубже выводимые на их основе теоретические сведения, тем большим количеством фактов должны располагать учащиеся.

1) В начале курса физики учащиеся, ранее не изучавшие её, всё же обладают знанием некоторого количества физических фактов, почерпнутых ими из их обыденной жизни и при начальном обучении в школе. С некоторыми физическими явлениями учащиеся оказываются знакомыми настолько, что они становятся для них привычными, а их объяснения, иногда неправильные, само собой разумеющимися. Однако, этот жизненный опыт очень неполон и несистематичен а объяснения его часто могут быть совсем неверны. Объём и глубина этого жизненного опыта зависят от окружения учащихся и от постановки преподавания в начальных классах. С наличием этих сведений нельзя не считаться, но на них нельзя всецело опираться при изучении физики. Кроме того, одних жизненных наблюдений далеко недостаточно для построения курса физики; по некоторым же разделам наблюдения могут совершенно отсутствовать. Поэтому на жизненный опыт учащихся надо смотреть как на вспомогательный материал; его надо обязательно привлекать на уроках физики и уточнять, прибегая к повторным наблюдениям в классе при посредстве эксперимента. Основным же источником фактов служат опыты, непосредственно воспроизводимые учителем или самими учащимися. При этом, как бы ни были просты физические явления, всё же их надо обязательно воспроизвести и на основе наблюдения их учащимися построить соответствующие объяснения или обобщения.

2) При всяком опыте, будет ли он поставлен как демонстрационный (показываемый преподавателем) или лабораторный (выполняемый самими учениками), можно различить три стадии:
а) Ознакомление с аппаратурой, рассмотрение её, название и описание частей аппаратуры и разъяснение назначения.
б) Осуществление явления или показ самого опыта.
в) Выводы из опыта, установление связей явлений, участвующих в опыте.

Первая стадия является подготовительной; в ней производится объяснение устройства применяемой аппаратуры для того, чтобы учащийся узнал, при помощи каких средств может быть воспроизведено данное физическое явление. Назначение и устройство всех частей применяемой аппаратуры должно быть объяснёно; их следует назвать соответствующими терминами. В результате преподаватель должен получить полную уверенность, что с каждым названием у учащихся соединяются совершенно определённые и правильные представления. Проделывая такую работу систематически с самого начала обучения, преподаватель получит полную гарантию, что ученики станут всегда понимать его при описании опыта и сами будут сознательно его описывать.

Вторая и третья стадии естественно переходят друг в друга и иногда меняются местами, т. е. преподаватель может предупредить о результате опыта до того, как он его воспроизведёт. Объяснения опыта имеют целью переход от конкретных «единичных восприятий тех явлений, которые в данное время показываются, к абстрактному пониманию. Ученик должен рассматривать опыт, который он наблюдает, только как пример большого количества аналогичных опытов, производимых при подобных же условиях. Объяснения преподавателя должны те восприятия, которые получаются у учащихся, перевести в понятия, имеющие «всеобщий характер». В частности, в значительном количестве физических опытов нужно бывает выделить в явлениях особые понятия - величины и найти их соотношения. Это и будет значить, что ученик не только будет «смотреть» на опыт, но и «поймёт» его назначение. Таким образом, при физическом эксперименте элементы абстрактного мышления неотделимы от непосредственных впечатлений.

В процессе прохождения курса физики всё чаще и чаще в первую стадию опыта или даже до неё будет входить элемент «предвидения» результатов опыта. Опыт не должен ставиться как бы случайно, наоборот, он должен иметь определённую цель. Упражнения учащихся в проектировании опыта или в отыскании вариантов показанного опыта крайне важны, так как в значительной мере способствуют не только лучшему усвоению, но и развитию мышления. В самом начале куса или в начале каждого нового отдела в течение некоторого периода опыты служат, главным образом, для накопления фактического материала, но по мере развития темы сейчас же следует переходить от обдумывания уже проделанных опытов к задумыванию новых, побуждая к этому самих учащихся.

По мере прохождения курса и ознакомления учеников с большим количеством экспериментов у них должна вырабатываться способность «вообразить» себе тот или иной эксперимент по рисунку или по описанию. Эта способность, имеющая очень важное значение для облегчения усвоения физики, не создаётся у учеников сразу. Нельзя все существующие на свете эксперименты показать и тем более самому проделать; о многих придётся только прочесть или услышать. Если у учащихся имеется уже в прошлом знакомство с экспериментом, то они могут «вообразить» новый, невиданный эксперимент, пользуясь аналогиями.

Это обстоятельство повышает значение первой стадии ознакомления с экспериментом и делает особо важным показ большого количества опытов в начале курса физики.

2. Назначение и способы постановки опытов. Из изложенного в предыдущем параграфе вытекает возможность различной постановки опыта как со стороны техники его осуществления, так и ёго использования в процессе обучения физике. При этом надо иметь в виду, что целевое назначение опыта, сопровождающие его объяснения и внешнее оформление опыта в значительной мере связаны между собой. Прежде чем определить целевое назначение и способ постановки опыта, следует подчеркнуть неразрывную связь опыта и теории. Эта связь будет выяснена при рассмотрении значения теоретического элемента в процессе обучения физике (§ 8).

Опыты в процессе преподавания можно разделить на три группы:
а) Опыты для ознакомления с явлениями, например: плавание, кипение, теплопроводность, конвекция и т. п., или с аппаратурой, создающей те или иные физические условия (например, рассмотрение действия воздушного насоса, устройства гальванического элемента и т. д.).
б) Основные опыты, устанавливающие новые связи между явлениями, или закономерности, ещё не знакомые учащимся (например, прогибание упругой плёнки; магдебургские полушария при изучении атмосферного давления; действие электрического тока и т. д.).
в) Опыты, служащие для вывода следствий из изученной закономерности или показывающие применение закономерности (например, горение электрической лампочки как следствие теплового действия тока; водяные насосы; электрический звонок и т. д.).

В связи с приведённой классификацией находятся способы постановки опытов в процессе обучения, а именно:
а) Опыт ставится для обнаружения того или иного физического явления как известного, так и незнакомого учащимся, или для установления закономерностей; при этом опыт сопровождается такими манипуляциями с аппаратурой и объяснениями преподавателя, в результате которых учащиеся получают исчерпывающее представление о явлении или связи явлений. Преподаватель сам показывает опыт, объясняет его, делает выводы, всецело руководя мыслью учащихся, — таков распространённый способ обучения физике, который можно условно назвать догматическим».
б) Поставив опыт, можно подготовить почву для вывода, но всё же не делать этого вывода; такая постановка называется эвристической. Она позволит учащимся самим найти вывод в посильных для них условиях.
в) Опыт ставится с целью показать те или иные явления без предупреждения учащихся о том, как будет протекать явление или идти его объяснение. Наблюдение, объяснение и некоторые последующие выводы должны по замыслу преподавателя сделать сами учащиеся, которые таким образом ставятся в положение исследователей. Такая постановка называется условно исследовательской.

Вопрос о назначении эксперимента и его видах рассмотрен более подробно в т. II, § 1-3. Здесь же следует отметить, что каждый из пунктов первой и второй классификации самих опытов и способов их постановки вносит совершенно особые черты в те объяснения, которые сопровождают опыт, благодаря чему одна и та же аппаратура, почти одинаково используемая, может быть применена с различными целями.