Слабое место школьных учителей физики - это ТО?

[epros]

Munin, вот Вы много букв написали про то, что ТО в школе не нужна, но почему-то не убедили совершенно.

[Munin]

Да я бы за ТО в школьной программе. Но:
1. Прежде всего. За нормальное изложение ТО. Это минимум: 4-мерное пространство-время (можно на 2-мерном примере), понимание преобразований Лоренца как не меняющих в некотором ("псевдоевклидовом") смысле геометрию пространства-времени, действие преобразований Лоренца на мировые линии частиц, часов, стержней, физических величин из механики точки (без момента импульса, он тензорный). Умение перейти в другую СО для любого описания последовательности событий (кинематика) и механических объяснений (динамика). Понимание законов сохранения энергии и импульса. Возможно, намёк на взаимное преобразование электрического и магнитного поля.

2. Без выпячивания ТО как "главного достижения человеческого разума". Да, это крупное достижение. Но одно из многих крупных достижений. И несправедливо одному из них посвящать целую главу учебника, а про множество других - не упоминать вообще в принципе.

Следствием этих двух положений является разрастание всей школьной программы по объёму в ~ 5-10 раз. Чего, разумеется, она не выдержит, и никто на это никогда не согласится :-)

Так что, я только в этом смысле "против ТО в школьной программе".

[epros]

Munin в сообщении #745224 писал(а):

Это минимум: 4-мерное пространство-время (можно на 2-мерном примере),

Ну, это не проблема.Старшеклассники графики уже понимают, можно и координатные оси провести, мировые линии порисовать. Но по-моему это не главное. Это всё математические игры, к которым у учащихся не будет доверия, пока им не объяснят, откуда берутся соответствующие аксиомы.

Я помню как нам в школе объясняли относительность одновременности на известном примере, когда две молнии одновременно бьют в переднее и заднее колёса вагона. Типа, до пассажира в середине вагона свет дойдёт не одновременно, поскольку пассажир уже успеет уехать из того места, где два импульса света встретятся. И я помню закономерный вопрос, который сразу у меня тогда возник: а причём тут свет? Растолковали бы тогда сначала про необходимость второго постулата, всё было бы ясно…

Munin в сообщении #745224 писал(а):

понимание преобразований Лоренца как не меняющих в некотором ("псевдоевклидовом") смысле геометрию пространства-времени,

Ой, вот про псевдоевклидовы геометрии точно не надо.

Munin в сообщении #745224 писал(а):

действие преобразований Лоренца на мировые линии частиц, часов, стержней, физических величин из механики точки (без момента импульса, он тензорный). Умение перейти в другую СО для любого описания последовательности событий (кинематика) и механических объяснений (динамика).

Необходимость всего этого представляется мне довольно спорной. Разве что если демонстрировать все эти преобразования наглядно с помощью какой-нибудь анимированной графики. А пытаться это объяснить путём размахивания руками или даже писания формул с корнями на доске — точно не стоит.

Munin в сообщении #745224 писал(а):

Понимание законов сохранения энергии и импульса. Возможно, намёк на взаимное преобразование электрического и магнитного поля.

Энергию и импульс определить будет непросто. Возможно, что это — предмет для факультатива. А про электромагнитные поля лучше вообще умолчать.

Munin в сообщении #745224 писал(а):

2. Без выпячивания ТО как "главного достижения человеческого разума". Да, это крупное достижение. Но одно из многих крупных достижений. И несправедливо одному из них посвящать целую главу учебника, а про множество других - не упоминать вообще в принципе.

Следствием этих двух положений является разрастание всей школьной программы по объёму в ~ 5-10 раз. Чего, разумеется, она не выдержит, и никто на это никогда не согласится

Ну какое там выпячивание и разрастание? По-моему, одного параграфа на СТО вполне хватило бы. Тема всё же довольно важная, уж не менее важная, наверное, чем какой-нибудь закон Бойля-Мариотта.

Мне вот кажется что Вы трактуете ТО как какую-то навороченную математику. И преподавать хотите так же. А по-моему, важна не математика, а простые базовые принципы: те, которые даже малышам в детском саду на пальцах можно объяснить. Причины плохой совместимости традиционного образования с ТО по моему мнению заключены не в «сложности» ТО, а в ущербности образовательных концепций, построенных на устаревших идеях: Т.е. сначала ученику вместе с механикой Ньютона вбивают в голову идею абсолютной одновременности, а потом мы удивляемся, что он плохо воспринимает идею относительности одновременности. А не надо было ему в шестом (или каком там?) классе вбивать в голову устаревшие идеи…

[Nemiroff]

epros в сообщении #745246 писал(а):

Т.е. сначала ученику вместе с механикой Ньютона вбивают в голову идею абсолютной одновременности, а потом мы удивляемся, что он плохо воспринимает идею относительности одновременности. А не надо было ему в шестом (или каком там?) классе вбивать в голову устаревшие идеи…

Ага, прям вбивают. Никто ничего не вбивает, на это не обращают внимания. Физика вообще преподается плохо, нет там идей и концепций.
"А если движение происходит с постоянным ускорением, то вот к этой формуле еще а-тэ-в-квадрате-пополам добавляется."

[epros]

Nemiroff в сообщении #745254 писал(а):

Ага, прям вбивают. Никто ничего не вбивает, на это не обращают внимания. Физика вообще преподается плохо, нет там идей и концепций.

В задачах по механике — изначально абсолютное время. И ученику изначально никто не попытался объяснить, что это за «время» такое, которое «одинаково» и в пункте А, и в пункте Б. Если, не объясняя, сразу начинают давать задачи, то, по-моему, это и есть «вбивание».

[superVasya]

Nemiroff в сообщении #745254 писал(а):

epros в сообщении #745246 писал(а):

Т.е. сначала ученику вместе с механикой Ньютона вбивают в голову идею абсолютной одновременности, а потом мы удивляемся, что он плохо воспринимает идею относительности одновременности. А не надо было ему в шестом (или каком там?) классе вбивать в голову устаревшие идеи…

Ага, прям вбивают. Никто ничего не вбивает, на это не обращают внимания. Физика вообще преподается плохо, нет там идей и концепций.
"А если движение происходит с постоянным ускорением, то вот к этой формуле еще а-тэ-в-квадрате-пополам добавляется."

У меня в школе на физике было что-то непотребное. Когда через несколько лет решил посмотреть на физику (простую, первый-второй курс вуза наверное. Фейнмановские лекции и прочие), внезапно оказалось, что в школе говорили совсем НЕ ТО, и остаточные знания мало того, что не пригождаются, но и мешают. Вместо "производная" у нас говорили "штрих". Никто никому так и не сказал, что это означает. "ю + ю штрих" и "у тебя ошибка в уравнении - ты забыл поставить здесь штрих" - это просто отлично.

Поэтому, кстати, создалось ощущение, что вузовские курсы (и наши, и американские) по физике будто специально заточены под то, что в школе студенту могли втереть любую ересь.

[Nemiroff]

epros в сообщении #745269 писал(а):

В задачах по механике — изначально абсолютное время. И ученику изначально никто не попытался объяснить, что это за «время» такое, которое «одинаково» и в пункте А, и в пункте Б. Если, не объясняя, сразу начинают давать задачи, то, по-моему, это и есть «вбивание».

А по-моему, это просто игнорирование. Я почти уверен, что большинство учеников (и учителей) не задумываются над этим. Это просто отдается на откуп интуиции.

(Оффтоп)

Цитата:

Поэтому, кстати, создалось ощущение, что вузовские курсы (и наши, и американские) по физике будто специально заточены под то, что в школе студенту могли втереть любую ересь.

Да-да, припоминаю похожие ощущения. В школе ненавидел физику, ЕГЭ сдал с помощью репетитора. А вот в вузе полюбил этот предмет.

[Munin]

epros в сообщении #745246 писал(а):

Ну, это не проблема.Старшеклассники графики уже понимают

О нет. От "графики уже понимают" (шиш они понимают!), до преобразований координат - дистанция огромного размера. Надо объяснить зависимость пары переменных от пары переменных. Это немалая часть линала, собственно.

Я пробовал, увы.

epros в сообщении #745246 писал(а):

Я помню как нам в школе объясняли относительность одновременности на известном примере, когда две молнии одновременно бьют в переднее и заднее колёса вагона.

Я помню много таких дурацких примеров, и не только по школе. Вся их проблема - в непонятности. Ну вот есть какая-то шняга загадка, и чо с ней делать? Разум противится, и всё.

Начинать надо с того, чтобы чётко объяснить математический смысл интуитивных представлений о скорости и одновременности (которые тоже усваиваются в школе с трудом, по крайней мере, галилеев закон сложения скоростей в задачах с текущими реками и прочими закидонами). И после этого: "мы думаем, что природа устроена так, но может случиться, что природа устроена и по-другому, хотя в быту это нам незаметно".

epros в сообщении #745246 писал(а):

Ой, вот про псевдоевклидовы геометрии точно не надо.

Либо так, либо никак. СТО - это псевдоевклидова геометрия и есть. В точности. Точнее, это декларация о том, что пространство-время в реальном мире - псевдоевклидово.

epros в сообщении #745246 писал(а):

Необходимость всего этого представляется мне довольно спорной.

Ну значит, мы с вами о взглядях на ТО в школе не сойдёмся. Можно и закончить на этом.

Но моя мысль о том, что преподавание ТО в школе служит источником массового "эйнштейно-опровергунства", основана именно на том, что СТО в школе преподают непонятно, именно избегая ясной псевдоевклидовой геометрической картины.

Если бы школьники СТО понимали, они бы её не опровергали, ни после школы, ни в пенсионном возрасте. Настолько она очевидно стройна, логична и непротиворечива (а экспериментальные подтверждения на эту стройность ложатся как по маслу).

epros в сообщении #745246 писал(а):

Разве что если демонстрировать все эти преобразования наглядно с помощью какой-нибудь анимированной графики. А пытаться это объяснить путём размахивания руками или даже писания формул с корнями на доске — точно не стоит.

Можно анимированной графикой. Можно и просто рисованием картинок на доске. Разумеется, именно картинок, одних формул остро недостаточно - тут я согласен. Вообще, абсурдно объяснять геометрию без картинок.

epros в сообщении #745246 писал(а):

Энергию и импульс определить будет непросто.

Ну, я не предлагаю их дефинировать аккуратно и строго. Стандартные ньютоновские в школе тоже не дефинируются. Их можно точно так же дать как факт: вот формула, вот они сохраняются. Но объяснить, что они образуют единый 4-вектор, и что в нерелятивистском пределе они дают ньютоновские энергию и импульс, и добавку $mc^2,$ надо.

epros в сообщении #745246 писал(а):

А про электромагнитные поля лучше вообще умолчать.

Про них и так в школе говорят, что они взаимосвязаны. А тут прекрасный шанс показать, как именно. Можно без тензорных формул, без уравнений Максвелла (они в школе и так не даются). Но хотя бы на уровне силы Лоренца: вот, в одной ИСО ускорение строго поперечное, и называется магнитным полем, а в другой имеет продольную составляющую и электрическое поле...

epros в сообщении #745246 писал(а):

По-моему, одного параграфа на СТО вполне хватило бы.

Ну давайте. Приведите пример такого параграфа. В школьном учебнике по физике один параграф в среднем - это 3-5 страниц формата A5, включая картинки, выключные формулы, вопросы и т. п. (иногда с широкими полями).

Обычно в школьных учебниках СТО излагают всё-таки в 5 параграфах (базовый уровень) или в 10 (профильный уровень). Мне интересно, как это можно в 1 параграф впихнуть, и с какими жертвами.

epros в сообщении #745246 писал(а):

Тема всё же довольно важная, уж не менее важная, наверное, чем какой-нибудь закон Бойля-Мариотта.

Важная для чего?

epros в сообщении #745246 писал(а):

Мне вот кажется что Вы трактуете ТО как какую-то навороченную математику.

Бред. Математика там элементарная. И куда важнее переворот физического мироощущения. И математика в этом повороте помогает, а не мешает: она демонстрирует, что новый вариант математически более прост и гармоничен, чем то, что было.

epros в сообщении #745246 писал(а):

А по-моему, важна не математика, а простые базовые принципы: те, которые даже малышам в детском саду на пальцах можно объяснить.

Эти "базовые принципы" так в школе и преподают. И последствия, как я уже сказал, разрушительные: армия "антиэйнштейновцев".

Не доходят до школьников принципы. Принципы - это нечто абстрактное. Принцип "очкарики дураки, Эйнштейн был неправ, я лучше знаю, это же очевидно" куда более популярен... :-(

epros в сообщении #745246 писал(а):

Причины плохой совместимости традиционного образования с ТО по моему мнению заключены не в «сложности» ТО, а в ущербности образовательных концепций, построенных на устаревших идеях: Т.е. сначала ученику вместе с механикой Ньютона вбивают в голову идею абсолютной одновременности, а потом мы удивляемся, что он плохо воспринимает идею относительности одновременности.

Вот уж абсолютную одновременность вбивать не надо, она и так самоочевидна. Вбивают только галилеев закон перехода между ИСО и сложения скоростей. И даже его многие не знают (знают на двойки и на тройки). Что уж там о более высоких материях говорить...

Nemiroff в сообщении #745254 писал(а):

Физика вообще преподается плохо, нет там идей и концепций.

Не с идей и концепций надо физику преподавать. По крайней мере, в школе. Если идти от идей и концепций, то это очень длинная логическая цепочка получается, а к длинным логическим цепочкам школьники не приучены (и студенты в большинстве своём тоже). Надо быть проще и нагляднее.

-- 12.07.2013 00:45:16 --

epros в сообщении #745269 писал(а):

Если, не объясняя, сразу начинают давать задачи, то, по-моему, это и есть «вбивание».

Ну, вы настоящего "вбивания" не видели... :-)

Если, не объясняя, сразу начинают давать задачи, это просто плохо объяснили...

superVasya в сообщении #745270 писал(а):

Когда через несколько лет решил посмотреть на физику (простую, первый-второй курс вуза наверное. Фейнмановские лекции и прочие), внезапно оказалось, что в школе говорили совсем НЕ ТО, и остаточные знания мало того, что не пригождаются, но и мешают.

Ага, типичная картина.

superVasya в сообщении #745270 писал(а):

Поэтому, кстати, создалось ощущение, что вузовские курсы (и наши, и американские) по физике будто специально заточены под то, что в школе студенту могли втереть любую ересь.

А что делать? Надо как-то приспосабливаться к реалиям.

[epros]

Nemiroff в сообщении #745271 писал(а):

А по-моему, это просто игнорирование. Я почти уверен, что большинство учеников (и учителей) не задумываются над этим. Это просто отдается на откуп интуиции.

Если человека надо в чём-то убедить, то самый надёжный психологический приём для этого — не высказывать ему соответствующее утверждение напрямую (тогда он ещё, не дай Бог, начнёт вопросы задавать, требовать обоснований…), а неявно заложить соответствующее утверждение в какие-нибудь вопросы на якобы совсем другие темы. «Вы уже перестали пить коньяк по утрам?» — вопрос задан якобы о нынешних привычках собеседника, но неявно предполагает утверждение о его прошлых привычках.

Вообще, насколько я понимаю, есть два противоположных подхода к обучению: Пытаться включить у ученика мозг, поощряя его к собственным вопросам, либо прибегнуть к «дрессировке», требуя «правильные» ответы на стандартные вопросы. Во втором случае цель наоборот заключается в том, чтобы мозги выключились и ответы давались автоматически. Конечно, нет никакой злонамеренности в том, что ученикам во всех задачах на движение неявно «подсовывают» абсолютное время. Образовательная традиция такая: считается, что не нужно пудрить мозги ученикам «сложными» вопросами о том, как убедиться в том, что на разных часах одинаковое время. Но по сути получается, что «пробуждению мозга» предпочли «дрессировку».

[Nemiroff]

(Оффтоп)

Munin в сообщении #745275 писал(а):

Не с идей и концепций надо физику преподавать. По крайней мере, в школе. Если идти от идей и концепций, то это очень длинная логическая цепочка получается, а к длинным логическим цепочкам школьники не приучены (и студенты в большинстве своём тоже). Надо быть проще и нагляднее.

Я имел в виду скорее не "к сожалению нет", а "уж точно нет".

Munin в сообщении #745275 писал(а):

Обычно в школьных учебниках СТО излагают всё-таки в 5 параграфах (базовый уровень) или в 10 (профильный уровень). Мне интересно, как это можно в 1 параграф впихнуть, и с какими жертвами.

Я, интереса ради, заглянул в несколько. У меня голова взрывается: как авторы умудряются одновременно, буквально на подряд идущих страницах писать $E=mc^2$ и $E^2=(pc)^2+(mc^2)^2$?

[Denis Russkih]

Ненуачо, если $p = 0$, то всё правильно. :) Или я чего-то не понимаю?

-- 12.07.2013, 12:41 --

Кажется, понял, первая формула должна выглядеть как $E_0=mc^2$.

[Munin]

epros в сообщении #745290 писал(а):

Если человека надо в чём-то убедить, то самый надёжный психологический приём для этого — не высказывать ему соответствующее утверждение напрямую (тогда он ещё, не дай Бог, начнёт вопросы задавать, требовать обоснований…), а неявно заложить соответствующее утверждение в какие-нибудь вопросы на якобы совсем другие темы. «Вы уже перестали пить коньяк по утрам?» — вопрос задан якобы о нынешних привычках собеседника, но неявно предполагает утверждение о его прошлых привычках.

Не-а. Убедить это не помогает. Если человек не пил коньяк по утрам, и точно это знает, то он будет просто возмущён такой формулировкой, и всё.

Но вы правы, что проблемы школьного курса - в немалой степени психологические. Именно психологическую проблему я вижу в сложившемся преподавании в школе "ТО и КМ" (точнее, всего лишь некоторых представлений о СТО и КМ). Школьникам не дают полной связной картины некоторой теории, а показывают только отдельные кусочки паззла, причём не все. Про остальные кусочки не упоминают даже намёками, а те, которые даются, не складываются в "загадочную сложную теорию - величайшее достижение человеческого разума", а складываются во что-то попроще (с нестыковками, но их школьники не замечают, а пенсионеры - бывшие школьники - и тем более). Отсюда и вытекают два основных убеждения, с которыми школьники остаются после школьного курса физики:
1. "Эти физики сами не понимают, что там такое" (а школьные учителя часто и не понимают);
2. "Там всё просто на самом деле, и нечего огород городить".
Причём, что парадоксально, эти два убеждения чаще всего без проблем уживаются в одной голове, несмотря на их очевидную взаимную противоречивость. Именно эти два убеждения - тот порох, который от любой искры превращается в "эйнштейно-опровергательство".

И именно этих двух убеждений необходимо в школьном курсе физики избежать. Обязательно - обоих. Можно дорогой ценой (например, не рассказывать про ТО вообще).

На полях замечу, что есть области физики, в которых "физики сами не понимают, что там такое". Скрывать их существование от школьников неправильно, разумеется. Но это совсем другие области, не пройденные сто лет назад. И здесь крайне важно вносить ясность и расставлять акценты совершенно чётко.

epros в сообщении #745290 писал(а):

Вообще, насколько я понимаю, есть два противоположных подхода к обучению: Пытаться включить у ученика мозг, поощряя его к собственным вопросам, либо прибегнуть к «дрессировке», требуя «правильные» ответы на стандартные вопросы. Во втором случае цель наоборот заключается в том, чтобы мозги выключились и ответы давались автоматически.

Это сильное упрощение, ошибочное. На самом деле, довольно большую роль играет подход, внешне сочетающий признаки этих описанных: даются "стандартные" вопросы, выглядящие как "дрессировка", но на самом деле, эти вопросы подобраны так, чтобы ученик включил мозг, и давал правильные ответы осознанно. Такой подход помогает выработать у ученика некоторые навыки и привычки, именно навыки и привычки работы мозга. Например, после большого числа казалось бы, однообразных упражнений, мы не испытываем сложностей с разложением выражения на множители или со взятием производной (или со взятием интеграла, но это уже не у всех), что с одной стороны, подразумевает всё-таки думание, а с другой - полезно как доведённый до автоматизма навык, сильно облегчает жизнь.

epros в сообщении #745290 писал(а):

Но по сути получается, что «пробуждению мозга» предпочли «дрессировку».

На самом деле, граница между "пробуждением мозга" и "дрессировкой" не такая чёткая и однозначная. Мозг "до пробуждения" - обычно слаб и неумел, и одного "пробуждения" мало, надо дать ему направления и стимулы, куда развиваться. Мне видится довольно чёткой аналогия с тренировкой атлета. На беговую дорожку выходят толстяки и задохлики. Им мало сказать "беги, ты же можешь", их надо погонять, чтобы привести хоть в какую-то форму. После этого, им станет легче двигаться, они станут чаще бегать не по принуждению (например, на игровой площадке или за автобусом), хотя от "стандартного дрессировочного бега по дорожке" не будут испытывать удовольствия ни они, ни их тренер.

(Оффтоп)

Nemiroff в сообщении #745309 писал(а):

Я, интереса ради, заглянул в несколько.

А назовите, в какие? Я толком и не собрал коллекцию школьных учебников...

[Nemiroff]

(Оффтоп)

Munin в сообщении #745376 писал(а):

А назовите, в какие?

Зашел сюды: http://www.alleng.ru/edu/phys1.htm - сайт ужасный, конечно, но ссылки на скачку работают.
И скачал Мякишева-Буховцева-Чаругина (вроде бы, самый известный и распространенный), Мякишева-Синякова (этот повышенный), Касьянова (по этому я в школе учился, только там СТО в 10 классе, кошмарный учебник) и незнакомого мне Анциферова.

[Munin]

(Оффтоп)

Спасибо.

[epros]

Munin в сообщении #745376 писал(а):

epros в сообщении #745290 писал(а):

Если человека надо в чём-то убедить, то самый надёжный психологический приём для этого — не высказывать ему соответствующее утверждение напрямую (тогда он ещё, не дай Бог, начнёт вопросы задавать, требовать обоснований…), а неявно заложить соответствующее утверждение в какие-нибудь вопросы на якобы совсем другие темы. «Вы уже перестали пить коньяк по утрам?» — вопрос задан якобы о нынешних привычках собеседника, но неявно предполагает утверждение о его прошлых привычках.

Не-а. Убедить это не помогает. Если человек не пил коньяк по утрам, и точно это знает, то он будет просто возмущён такой формулировкой, и всё.

Этот пример, конечно, утрированный. Тот, кто точно знает, что не пил, разумеется, будет возмущён. А вот представьте, что спрашивают не про Вас, а про некоторого мистера X. Если Вы не знаете, пил он раньше коньяк по утрам или нет, то вполне можете поверить, что пил.