МАРАФОН-2002
АПК и ПРО РФ, г. Москва
О школьных учебниках
Степанова Г.Н. Физика-9. – С.-Пб.: Валери СПД, 2001.
В настоящее время для основной школы разными авторами написано много учебников физики, часть из которых подробно обсуждались в журнале «Физика в школе» и в газете «Физика».
Совсем недавно появились новые учебники для 7–9-го класса Г.Н.Степановой, известной учителям по «Сборнику задач для 10–11-го кл.» (М.: Просвещение) и «Сборнику вопросов и задач для основной школы» (С.-Пб.: Валери СПД). Мне довелось рецензировать учебник для 9-го класса и хотелось бы поделиться своими впечатлениями. Этот учебник выгодно отличается от существующих, по крайней мере, пятью особенностями.
Первая: в учебнике параллельно даны два ряда. Первый – вербальный, в нем представлена учебная информация. Ширина строки текста сделана такой, чтобы целиком помещаться в зрительном поле учащегося, в результате ребенок меньше утомляется. Второй ряд – зрительный, это сюжетные рисунки, схемы, графики, таблицы, формулы, фотографии и много опорных сигналов. Этот ряд позволяет на уроке организовать предварительное обсуждение учебного материала, создать зрительное впечатление, активизировать зрительную память.
Вторая: каждая учебная глава начинается предисловием, в котором показано, почему именно этот материал теперь будет рассматриваться. В заключительном разделе каждой главы «Подведем итоги» приведен список основных понятий темы, снабженный указанием «Пишите правильно». Учитель может использовать этот список на последнем уроке изучения темы для обобщения учебного материала. Вообще работа с понятиями в этом учебнике проводится систематически, последовательно и довольно многообразно.
Третья особенность: в учебнике отсутствуют столь привычные вопросы и упражнения после каждого параграфа. Вопросы включены в текст – они появляются в том месте, где по смыслу нужно или можно их обсудить. Таким образом, сами вопросы становятся предметом обсуждения и позволяют учащимся в нужном месте текста сделать смысловую паузу, воспользоваться своим жизненным опытом, полученными раньше знаниями или попытаться предсказать что-то. В каждом случае создается возможность сделать ученика своим собеседником.
В конце каждой главы есть «Практикум по решению задач», в котором автор не просто проводит подробный разбор решения типовых задач, а показывает систему рассуждений и форму записи каждого утверждения. Так что в конце появляется возможность увидеть традиционную форму записи решения задачи.
Задачи в практикуме удачно подобраны и расположены по степени нарастания сложности. Интересно, что в практикумах рассматриваются не только расчетные задачи, но и качественные. Ведь именно их запись представляет для учащихся значительную трудность.
Четвертая особенность: при обучении решению качественных задач автор реализует еще одну свою задумку: учить школьников «транслировать информацию из одного вида в другой» (по выражению самой Галины Николаевны). Когда начинаешь читать учебник, понимаешь, что идея научить школьников воспринимать, перерабатывать и представлять информацию в разных формах проводится через весь курс.
Наконец, пятая особенность: реализация идеи: никакое знание не дается учащимся в готовом виде. Описание демонстрационного и фронтального экспериментов, рассуждения, вопросы, – все вместе направляет поиск нового знания. При этом везде, где это возможно, проводится сопутствующее повторение, сравнение новых знаний с полученными ранее, проведение аналогий. Далее автор систематически пользуется при изложении материала методом научного познания: от опыта –к постановке вопроса, к проведению эксперимента, выявлению закономерностей, введению необходимых физических величин, формулировке гипотез и конструированию моделей, теоретическому обобщению полученного знания, объяснению при помощи теории известных фактов и предсказанию новых Думаю, это очень полезный прием. Он может существенно повлиять на усвоение учащимися метода научного познания, что предусмотрено современными требованиями к уровню подготовки выпускников основной школы.
Теперь о содержании курса. В 9-м классе изучаются следующие разделы: электростатическое поле, постоянное магнитное поле, колебания различной природы, волны различной природы, оптика. В предисловии автор вспоминает все, что уже изучено в предыдущие годы, и доказывает, что предыдущих знаний мало, нужны новые знания. Первая глава – «Электродинамика». В предисловии автор напоминает, по какому принципу ранее изучались механика, молекулярная физика, атомная и ядерная физика. В зрительном ряду помещены опорные сигналы по каждому разделу. Принцип построения этих сигналов одинаковый, и поэтому основные принципы и различия разделов просматриваются сравнительно быстро. Ключевые слова выделены, благодаря этому их легко найти и выяснить их смысл.
В параграфах разбираются основные понятия раздела, даются четкие и простые определения. В зрительном ряду – схемы, формулы, константы, таблицы. Каждая формула имеет пояснения, что способствует усвоению ее физического смысла. Объясняя взаимодействие неподвижных точечных зарядов, автор подробно и полно объясняет механизм притяжения и отталкивания заряженных тел, включая и перераспределение зарядов (у других авторов об этом почти не говорится или говорится очень мало). Рассказывая о крутильных весах, автор вспоминает о силе упругости, обращается к графикам. В заключение параграфа дана историческая справка. Весь рассказ о взаимодействии неподвижных точечных зарядов занимает 6 страниц (напомним, текст дается укороченной строкой, примерно на 2/3 ширины страницы). Думаю, что на его изучение одного урока будет мало, но содержание параграфа очень интересно и полно.
Рассказывая об электрическом поле, автор проводит сравнение вещества и поля. Опорные сигналы хорошо поясняют сказанное в параграфе. Рассказ о характеристиках электрического поля – напряженности, потенциале и разности потенциалов – постоянно сопровождается сравнением с аналогичными понятиями из курса механики; в зрительном ряду появляются векторы: в тех случаях, которые уже ранее рассматривались в механике, и в новых. Все это идет в сравнении. Электроемкость конденсатора вводится как свойство, которое обнаруживается у тела, когда ему сообщают электрический заряд. Это очень интересный подход. Заканчивается глава рассмотрением вопроса о движении заряженных частиц в электрическом поле. Здесь вместе «работают» механика и электродинамика. Надо полагать, что при изложении материала этой главы автор преследует сразу три цели. С одной стороны, учащимся нужно вспомнить то, что изучалось в 7-м классе, с другой – ввести по аналогии новые понятия в новой области знаний, с третьей – обнаружить отличия. Это позволяет существенно развить и углубить физические понятия.
Вторая глава – «Постоянное магнитное поле». В предисловии автор предлагает учащимся вспомнить о постоянном электрическом токе. В зрительном ряду – некоторые важные формулы и опорные сигналы. Это те понятия, которые ранее изучались, а сейчас будут развиваться и углубляться. Сначала рассматриваются постоянные магниты и их взаимодействие, использование человеком магнитных явлений, магнитное поле Земли, намечаются межпредметные связи. В следующем параграфе обсуждается магнитное поле постоянного тока: рассматривается опыт Эрстеда, магнитное поле изображается при помощи силовых линий, вводится правило буравчика. Практические применения магнитного поля тока иллюстрируются на примере электромагнита. От исторического открытия Араго автор приводит учащихся к современному использованию электромагнитов. Текст иллюстрируется великолепными по смыслу рисунками на полях. Рассказывая далее об опытах Ампера, вводя силу Ампера, автор подробно разбирает механизм появления силы, рассматривает следствия, подробно обсуждает правило левой руки. Формула силы Ампера появляется в самом конце, когда на качественном уровне все закономерности взаимодействия проводника с током с магнитным полем изучены. При этом наиболее трудный материал несколько раз повторяется в сравнении с изученным ранее материалом. Как приложение рассматривается вопрос об электродвигателе и электроизмерительных приборах. Так же, как в предыдущей главе, рассматривается движение заряженной частицы в поле, но теперь – в магнитном. Оно сравнивается с движением заряженной частицы в электрическом поле. Это позволяет обнаружить принципиальное отличие магнитного поля от электростатического: его вихревой характер.
Далее рассматривается явление электромагнитной индукции. Сначала вводится понятие потока магнитной индукции, затем рассматриваются опыты Фарадея. Это позволяет учащимся самим высказать гипотезу о том, что появление индукционного тока связано с изменением потока магнитной индукции, пронизывающего витки катушки. Правило Ленца вводится как проявление закона сохранения энергии и логически завершается формулировкой и математической записью закона электромагнитной индукции. Опорный сигнал в зрительном ряду позволяет провести сравнение вихревого электрического поля с электростатическим. Как приложение обсуждается вопрос о генераторе переменного тока, начиная с рассмотрения вращения рамки в постоянном магнитном поле до выяснения, почему получаемый в ней ток переменный. При рассмотрении явления самоиндукции обнаруживаются и обсуждаются различия в поведении катушки обычного проводника в изменяющемся со временем магнитном поле. Так вводится понятие индуктивности катушки: не как коэффициент пропорциональности, а как свойство проводника, которое обнаруживается, когда он находится в переменном магнитном поле. В зрительном ряду появляется информация: один и тот же проводник обладает электрическим сопротивлением, электроемкостью и индуктивностью. Каждое из этих свойств он проявляет в определенных условиях. Очень интересный и продуктивный подход! Ведь и сопротивление, и электроемкость, и индуктивность зависят только от формы, геометрических размеров, среды (рода вещества). Замечательные аналогии.
В третьей главе – «Колебания различной природы» – сначала рассматриваются механические колебания, вводится понятие колебательной системы, разбираются условия возникновения колебаний и основные характеристики гармонических колебаний. На примере колебаний пружинного и математического маятников подробно рассматриваются вопросы кинематики и динамики гармонических колебаний, превращения энергии в колебательных процессах, автоколебания и резонанс. Обсуждается также вопрос о фазе колебания. Как и раньше, в зрительный ряд вынесены таблицы, графики, рисунки и опорные сигналы, математические формулы. При обсуждении материала этой главы широкая опора делается на повторение курса механики. Удачным является прием введения необходимых формул после обстоятельного качественного обсуждения материала и рассмотрения графического описания движения. Это должно облегчить восприятие трудного материала, но, по нашему мнению, в этой части материал перегружен математикой (ведь речь идет о девятиклассниках!).
Электромагнитные колебания рассматриваются по аналогии с механическими. Правда, сначала автор рассматривает вынужденные электромагнитные колебания (переменный ток) и только потом предлагает перейти к рассмотрению свободных колебаний в колебательном контуре. Читатель помнит, что ранее этот материал изучался в 11-м классе, и его рассмотрение всегда вызывало трудности у учащихся. Г.Н.Степанова помещает его в девятый класс, что вызывает сомнения в возможности его усвоения. Но следует заметить, что само изложение материала очень последовательно, логично и обосновано, постоянно делается опора на ранее изученный материал. Этим обеспечивается многократная цикличность в изложении. Очень удачна и многообразна в этой главе поддержка зрительного ряда.
В четвертой главе рассматриваются «Волны различной природы». Здесь автор дает определение волновому процессу, рассматривает его основные характеристики, механизм образования продольной и поперечной волн, вводит понятие фронта волны и луча, на примерах, качественным образом, рассматривает свойства волн, даже интерференцию и дифракцию. Эти последние вопросы, вообще говоря, не входят в минимум содержания образования, и нам кажется, что будут возникать трудности, связанные с нехваткой времени. Удачно и полно изложен материал о звуковых волнах, зрительный ряд содержит много дополнительной информации, понятной и интересной.
В трех параграфах разбираются электромагнитные волны, их свойства и применение, в том числе принципы современной радиосвязи. Сам материал изложен ясно и доступно, без вульгаризации, но рисунки в зрительном ряду, по нашему мнению, перегружены информацией. Очень удачно написан раздел «Подведем итоги».
Наконец, заключительная – пятая глава – «Оптика» – очень интересна, и нам кажется самой удачной в данном учебнике. Во-первых, рассматривается свет как главный источник информации об окружающем мире, подробно и оригинально дается механизм видения. Во-вторых, свет сразу рассматривается как электромагнитная волна. Законы геометрической оптики (закон прямолинейного распространения света и отражения) рассматриваются подробно и удачно иллюстрируются рисунками и историческими справками. Настоящей находкой является описание опыта, демонстрирующего отличие зеркального и диффузного отражений света. Описание построения изображений в плоском зеркале сопровождается серией удачных рисунков и схем, так что понять смысл терминов расходящиеся лучи, мнимое изображение, область видения становится довольно просто. Подробно рассматривается применение плоских зеркал. Многое из этого не разбиралось в старых учебниках, но в жизни об этом приходится слышать, и знать нужно.
По праву много места отводится на изучение преломления света. Закономерности этого явления изучаются подробно, так что становится понятным, как построить ход светового луча при переходе из одной среды в другую. Выявить, какая из двух сред является оптически более плотной, помогают сведения из таблицы скоростей света в различных средах. Сравнение этой таблицы с таблицей значений углов преломления света в зависимости от угла падения позволяет выяснить смысл показателя преломления одной среды по отношению к другой и перейти к рассмотрению явления полного отражения.
Далее рассматриваются линзы: собирающая и рассеивающая. Подробно, детально и очень полно изучаются основные точки и линии линз, способы построения изображений в линзах, показан даже вывод формулы тонкой линзы. В качестве приложения рассматриваются вопросы об устройстве фотоаппарата и проекционного аппарата. При этом автор идет от их функционального назначения к обсуждению свойств изображений и только после этого выбирает и обсуждает, какие линзы позволят получить именно такое изображение. При изложении материала о строении глаза человека большое внимание уделяется вопросам гигиены зрения, предупреждению близорукости и дальнозоркости.
Физическая оптика сначала представлена параграфами о дисперсии света, ультрафиолетовом и инфракрасном излучениях. Материал объемнее, чем в традиционном учебнике для 11-го класса, но изложен яснее. Обсуждаются многочисленные следствия и применения дисперсии и невидимых излучений.
Далее рассматриваются дифракция, интерференция и поляризация света. Изложение сопровождается интересными историческими справками, просто, доступно и при этом без вульгаризации. В завершение обсуждается шкала электромагнитных излучений, прекрасно иллюстрированная рисунками из зрительного ряда и форзацами учебника.
Наконец, подробно обсуждается вопрос о том, как происходит излучение света. Автор возвращается к вопросу о строении атома (эта тема изучалась ранее, в 8-м классе), начинается изложение материала интересно и понятно, но изложение квантовых постулатов Бора, по нашему мнению, сложно для учащихся.
Завершает учебник параграф, в котором рассматриваются способы регистрации ионизирующих излучений. Автор делает попытку ответить на вопрос, как можно изучать явления микромира, идет от сравнительно простой информации к более сложной. При этом все время опирается на ранее изученный материал, повторяет, обобщает его, рассматривает под другим углом зрения.
В целом курс физики 9-го класса Г.Н.Степановой позволяет повторить практически весь ранее изученный материал. Это очень полезно, в особенности учащимся, которые выбирают экзамен по физике.
Владимир Николаевич Комиссаров уже пятьдесят лет работает в системе образования Российской Федерации. В настоящее время В.Н.Комиссаров – доцент кафедры естественно-математического образования АПК и ПРО РФ. Он является членом федерального экспертного совета Министерства образования РФ.