CC BY
60
УДК 001:53(091); 62(091)(075.8)
Ретроспективный взгляд на развитие курса физики в техническом университете
А.Ф. СМЫК, д.ф.-м.н., доцент, завкафедрой физики
ФГБОУ ВО «Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет» (МАДИ) (Россия, 125319, Москва, Ленинградский пр., д. 64). E-mail: [email protected] A.B. ПАУТКИНА, к.ф.-м.н., доцент кафедры физики
ФГБОУ ВО «Московский государственный университет путей сообщения императора Николая II» (МГУПС (МИИТ)) (Россия, 127994, Москва, ул. Образцова, д. 9, стр. 9). E-mail: [email protected]
В статье рассмотрены вопросы истории создания отечественных учебных курсов физики, формирования методики преподавания физики от средней до высшей школы, а также проанализировано содержание курса физики в технических вузах в период с конца XIX до середины XX века.
Ключевые слова: физика, курс физики, высшее техническое образование, история науки, историко-индуктивный и дедуктивный методы.
Введение
Развитие высшего технического образования в России в конце Х1Х века привело к открытию новых высших учебных заведений, характерными примерами которых являются: Харьковский технологический институт императора Александра III (1885), Императорское Московское инженерное училище (1896), Санкт-Петербургский политехнический институт императора Петра Великого (1899) [1]. В этот период дисциплина «Физика» в учебных программах была выдвинута в группу основных дисциплин (сегодня - фундаментальных дисциплин). Ценность новой самостоятельной дисциплины была обусловлена не только практической стороной применения физических знаний, но и методикой преподавания физики, ставшей фундаментом для дальнейшего изучения инженерных дисциплин. Из учредительных документов Императорского Московского инженерного училища: «Подготовка инженеров-строителей по ведомству Министерства путей сообщения должна строиться на базе глубоких научных знаний по механике, математике, физике, химии при непосредственном участии учащихся в проектировании и строительстве».
Целии задачи физики
как учебной дисциплины
Наиболее точно цели и задачи дисциплины были сформулированы О.Д. Хвольсоном во введении к «Краткому курсу физики для медиков, естественников и техников»: «Физика в широчайшем смысле слова есть наука о неорганизованной материи и о происходящих в ней явлениях. Эти явления называются физическими. Все другие науки о материи имеют дело с материей организованной (биологические науки). Изучая явления, происходящие в неорганизованной материи, физика
имеет три задачи или цели: открыть, исследовать и объяснить явления» [2]. На этой триаде строились учебные курсы физики, включающие эмпирический (в первую очередь) и теоретический (скорее обобщающий).
Важно, что в научно-педагогическом сообществе физиков в конце Х!Х века существовало понимание гуманитарного потенциала физики, что целью формирования научных представлений о мире, в котором мы живем, есть служение воспитанию чувств и воли учащихся, повышение их интеллектуального уровня. О значении естественно-научного образования Н.В. Кашин писал: «Всякое понижение уровня положительных знаний в наших высших школах нельзя иначе назвать, как опасным, ибо вся материальная культура страны зависит от высоты этого уровня, мы видим, что народ, желающий сохранить свою независимость, должен иметь высокоразвитую материальную культуру для того, чтобы самостоятельно удовлетворять свои нужды» [3].
В первой половине XX века развитие физики привело к осознанию мо-дельности наших представлений и знаний об окружающем мире. Вышедшая на первые роли методология научного исследования - построение математических моделей - явилась результатом рождения и беспрецедентного по темпам развития атомной и ядерной физики. Достижения были настолько впечатляющими, что математическое моделирование стало универсальной методологией исследования не только физики, но и других областей естествознания. Компьютерные технологии обработки информации полностью отвечали этим потребностям.
Физическое образование от чисто информационного, заключающегося в сообщении конкретных знаний об окружающем мире, сместилось в сторону методологического, основанного
на развитии умений и навыков математического моделирования: создание модели и перевод этой модели на математический язык. Неотъемлемой частью курсов физики даже в технических вузах стали разделы из теоретической физики, насыщенные математическими выводами. На смену историко-индук-тивному способу умозаключений, опирающемуся на результаты опыта (более затратного по времени изучения), пришел дедуктивный метод построения учебного курса. Тогда же на первый план вышла тенденция дифференциации экспериментальной и теоретической физики [4].
Достижения отечественной
школы преподавания курса
физики
В Х1Х веке в России преподавание в высшей школе было принято сочетать с преподаванием в средней школе (гимназии, реальные училища, женские курсы), чем обеспечивалась преемственность образования. А университетские преподаватели, активно занимаясь научными исследованиями, уделяли большое внимание методике преподавания физики как дисциплины и, основываясь на опыте преподавания в университете, вносили изменения в учебники физики для средних школ.
Профессорами университетов были написаны многие ставшие известными учебники по физике для средних учебных заведений. К их числу относится учебник К.Д. Краевича (кроме средней школы К.Д. Краевич преподавал физику в различных высших учебных заведениях Санкт-Петербурга - в Николаевском инженерном училище, Горном институте, Морской академии). Первое издание «Учебника физики» Краевича состоялось в 1866 году. В предисловии к последнему вышедшему при жизни автора (11-е издание) он писал: «Выпуская каждое из десяти предыдущих
2■2017
История и педагогика естествознания
131
издании, я делал многие изменения, дополнения и сокращения сообразно открытиям, изобретениям и совершенствованиям научных и педагогических приемов, указаниям преподавателеи и собственному опыту. При всех этих изменениях я старался удовлетворить важнейшему правилу обучения: начинать с легчайшего и, восходя постепенно к труднейшему, упражнять умственные силы учащихся только предметами им доступными. Главная цель обучения в среднем учебном заведении есть не изучение наук, а наибольшее развитие учащихся» [5].
Учебники К.Д. Краевича оставались основными в средней школе на протяжении четверти века, выдержали многочисленные переиздания. Написанные талантливым ученым-педагогом, учебники вызывали одобрение и интерес известных профессоров и педагогов, которые приняли участие в их переработке:
- «Учебник физики» был переработан А.П. Афанасьевым и О.О. Соколовым при участии О .Д. Хвольсона, и в 1916 году вышло его 26-е издание;
- «Сокращенный учебник физики» также был переработан А.П. Афанасьевым и О.О. Соколовым при участии О.Д. Хвольсона, в 1916 году вышло 8-е издание;
- «Курс физики. Для средних учебных заведений» был переработан А.Л. Гершуном, в 1916 году вышло 5-е издание;
- «Основания физики. Курс женских учебных заведений» был пересмотрен и дополнен задачами А.Л. Гершуном, в 1916 году вышло 15-е издание.
Так достигалась преемственность курсов физики для различных уровней обучения - от всех ступеней начального изучения физики до университетского курса. Впервые в учебных изданиях авторы учили видеть и понимать физику «вокруг себя», а не воспринимать ее как отвлеченную от жизни науку. Именно эта цель достигалась наличием богатого иллюстративного материала -прежде всего это рисунки с натуры, на которых изображены люди в ситуациях, характерных для занятости разных слоев населения, или реальные приборы, устройства, производственные процессы. И часто как приложение или дополнительная литература издавались сборники вопросов и задач. Одной из таких интереснейших и востребованных является работа А.В. Цингера -аналог современного задачника [6]. Наличие большого иллюстративного материала было характерно для многих отечественных учебников физики в конце Х1Х века. Так, «Учебник физики» К.Д. Краевича (1880 год издания)
насчитывал свыше 600 страниц и был иллюстрирован 664 (!) рисунками и фотографиями. В учебнике А.Ф. Мали-нина «Курс физики для женских учебных заведений» (1897 год издания) 318 страниц учебника вместили 531 (!) рисунок [7]. Основные положения, на которых строилась методика отечественного преподавания курса физики, не устарели и сегодня: необходимость тренировки (упражнения) наблюдательности, сноровки (сегодня - умений и навыков) в эксперименте; пользование разными методами (в преподавании); необходимость личного участия обучаемых в эксперименте; разный возраст обучающихся - разная методика преподавания, разный фактический материал; необходимость дать элементарные сведения, ознакомить с принятыми терминами на начальном этапе обучения; ставить во главу угла не количество, а качество сообщаемых знаний. И -очень важное - возбудить интерес к содержанию физики.
«Превосходный учебник физики
Хвольсона»
Содержание учебного курса физики представляет собой своеобразный срез динамичного потока научных знаний, наработанных не одним поколением исследователей. У физики нет национальности, нет страны, где она возникла, нет страны, которая бы «правила бал». Физика - наука без границ. В учебнике должны быть отражены известные факты и законы, а также представлено современное состояние науки, включающее достижения ученых всего мира. При этом методика преподнесения материала всегда включала запросы общества, педагогики и психологии самого образовательного процесса.
Среди авторов, затративших немало сил, времени, таланта на написание учебников по физике (на рубеже Х1Х-ХХ веков), которые использовались в политехнических и технологических институтах, имена прежде всего физиков: И.И. Боргмана, О.Д. Хволь-сона, В.А. Михельсона, П.П. Лазарева, Д.А. Рожанского, А.Ф. Малинина, А.В. Цингера. Предшественником этих курсов являлся «Курс наблюдательной физики» в двух томах, изданный в Санкт-Петербурге в 1874 году профессором кафедры физики Петербургского университета Ф.Ф. Петрушевским [8].
На рубеже Х1Х-ХХ веков в вузах преподавалась классическая физика. Для России была характерна аналогичная другим европейским странам тенденция к историческому, индуктивному и исчерпывающему изложению материала в учебниках. Именно так был построен наиболее известный и
распространенный учебник «Курс физики», написанный О.Д. Хвольсоном
[9]. Курс явился первым отечественным учебником, охватывающим все разделы физической науки с 1895 года, когда вышел первый том, по 1926 год, когда была закончена работа над шестым томом. Долгое время «Курс физики» О.Д. Хвольсона оставался основным учебным пособием в вузах Российской империи, а затем в советских вузах. О.Д. Хвольсон сумел задать высокий уровень преподавания физики в инженерных вузах, определивший на многие годы стиль и методику написания учебных курсов. «Курс физики» Хвольсона отличался от других учебников почти энциклопедическим представлением накопленных к этому моменту знаний во всех областях физики учеными всего мира. По мере переработки томов «Курс физики» дополнялся новыми сведениями и на протяжении четверти века, по выражению Д.С. Рождественского, «оставался молодым и свежим»
[10]. Курс был издан на немецком, французском, испанском языках и был положительно воспринят европейскими физиками. В 1909 году А. Эйнштейн в своей статье отозвался о первом томе «Курса физики»: «превосходный учебник физики Хвольсона» [11]. Объем первого тома составлял 675 страниц. Это был не учебник, а скорее энциклопедия классической физики. Сюда вошли (по разделам): механика, измерительные приборы и методы измерений, учение о газах, учение о жидкостях, учение о твердых телах. По своим возможностям «Курс физики» О.Д. Хволь-сона заметно превосходил обычные, пусть даже замечательные учебники физики. Рассмотрение всех сколько-нибудь значащих физических открытий в их первозданном виде, обширные списки монографической и журнальной литературы к главам делали его не только учебником для студентов, но и повседневным руководством для физиков-исследователей. В силу именно этих качеств «Шесть томов «Курса физики», по образному определению С.И. Вавилова, составили ту лестницу, по которой физики и у нас, и за границей поднимались в область научного исследования» [12].
В 1920-е годы физика стала делиться на классическую (физику макромира) и современную (физику микромира). Появление новой физики не мог обойти и О.Д. Хвольсон - в предисловии к седьмому изданию автор подробно обосновывает необходимость введения в курс новых открытий. Именно с этого времени в курсы физики стали включаться методы теоретической физики, в отдельную главу (в дальнейшем
1з2
История и педагогика естествознания
2■2017
в отдельную дисциплину) были выведены вопросы эксперимента. Само изложение неклассической физики вызвало массу вопросов и споров, в первую очередь в силу ее незаконченности -квантовая механика была в начале становления. И актуальным стал вопрос о методике изложения нового, мобильно дополняющегося, а иногда и меняющегося материала.
Эта тема продолжает волновать и сегодня вузовских профессоров. Это прежде всего обоснование необходимости новой физики, сопряжение с физикой классической, перспективы развития современного курса физики. В 2013 году профессор Санкт-Петербургского университета Н.М. Кожевников говорил о том, что углубление наших знаний о микромире привело к отказу от нагляд-
ных представлений о физических процессах в природе: «Абстрактный язык и необычная логика рассуждений в неклассической физике, вызывающая отторжение даже у искушенных физиков, требуют особых педагогических подходов, суть которых, увы, до сих пор не сформулирована» [13-15].
Заключение
Долгий путь, пройденный в ходе становления учебного курса физики, показал необходимость разделения учебников по целевой аудитории: средняя школа, высшая школа (технические направления, физические направления обучения). В школьных учебниках, как правило, излагается готовый материал: формулируется закон, даются примеры его проявления, предлагается
(если это возможно в школе) экспериментальная проверка. Для будущих инженеров, которые используют законы в их прикладном значении, такое изложение материала также возможно. Выпускникам технических университетов важно не только знать физические законы, но и понимать как ими пользоваться. Для физиков - будущих ученых, планирующих работать в области фундаментальных исследованиях, этого недостаточно. Необходимо знать и тот путь, который был проделан и закончился открытием. Необходимо вникать в методику постановки экспериментов, логику исследования, уметь находить взаимосвязь с известными фактами, а также разбираться в рассуждениях, которые оказались неверными и т. д.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.Приходько В.М., Смык А.Ф. Становление высшего автомобильно-дорожного образования в России: моногр. М.: МАДИ, 2015. 164 с.
2. Хвольсон О.Д. Краткий курс физики для медиков, естественников и техников. Ч. 3. Учение о теплоте. СПб., 1900. 30б с.
3. Кашин Н.В. Очерки по истории методики физики / Н.В. Кашин; подг. к печати, сост. М.А. Бражников. М.: Изд-во Карпов Е.В., 2012. 97 с.
4. Смык А.Ф., Пауткина А.В. Вузовский учебник физики как объект изучения истории физики // История науки и техники. 2017. № 1. С. 18-28.
5. Краевич К.Д. Учебник физики. СПб: Типография Министерства Путей Сообщения (А. Бенке), 1880. 643 с.
6. Цингер А.В. Задачи и вопросы по физике М.: Типография В.М. Саблина 1913. 306 с.
7. Курс физики для женских учебных заведений / сост. А. Малинин. 22-е изд., перераб. М.: Университетская типография,1917. 356 с.
8. Петрушевский Ф.Ф. Курс наблюдательной физики: унив. чтения Ф.Ф. Петрушевского. Изд. 2-е, изм. и доп. Т. 1-2. СПб.: Тип. и литогр. А. Траншеля. 1874. 546 с.
9. Хвольсон О.Д. Курс физики. Изд.7-е, доп. Л.; М.: Государственно технико-теоретическое издательство. 1933. 665 с.
10. Физики о себе. Л.: Наука, 1990. 485 с.
11. Эйнштейн А. О развитии наших взглядов на сущность и структуру излучения // Эйнштейн А. Собрание научных трудов. Т. 3. М.: Наука, 1966. С. 181-195.
12. Соминский М.С. Александр Григорьевич Столетов. Л.: Наука, 1970. 315 с.
13. Кожевников Н.М. Неклассические идеи в современном курсе общей физики // Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского политехнического университета. 2014. № 1 (4). С. 236-242.
14. Актуальные проблемы истории естественно-математических и технических наук и образования: мат. Всерос. науч.-практ. конф. Елабуга: Изд-во ЕИ КФУ, 2014. 270 с.
15. Физическое образование: от прошлого к будущему: мат. Всерос. науч.-метод. конф. с междунар. участием памяти проф. Н.М. Кожевникова. СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2017. 297 с.
RETROSPECTIVE VIEW ON PHYSICS COURSE DEVELOPMENT IN TECHNICAL UNIVERSITY
SMYK A.F., Dr. Sci. (Ph.-m), Associate Prof., Head of the Department of Physics Moscow Automobile and Road Construction State Technical University (MADI) (64, Leningradskii Pr., 125319, Moscow, Russia). E-mail: [email protected] PAUTKINA A.V., Cand. Sci. (Ph.-m), Associate Prof. of the Department of Physics
Federal State Institution of Higher Education «Russian University of Transport» (RUT - MIIT) (9, b. 9, Obrazcova St., 127994, Moscow, Russia).
E-mail: [email protected] ABSTRACT
The article considers the history of creation of domestic training courses of physics, the formation of methodology of physics teaching from secondary to high school, as well as it gives a content analysis of the course of physics in technical universities in the period from the late nineteenth to mid-twentieth century.
Keywords: physics, physics course, higher technic education, history of science, historical-inductive and deductive methods. REFERENCES
1. Prikhod'ko V.M., Smyk A.F. Stanovleniye vysshego avtomobil'no-dorozhnogo obrazovaniya v Rossii [The formation of higher road and road education in Russia]. Moscow, MADI Publ., 2015. 164 p.
2. Khvol'son O.D. Kratkiy kurs fiziki dlya medikov, yestestvennikov i tekhnikov. Chast' 3. Ucheniye o teplote [A short course of physics for physicians, natural scientists and technicians. Part 3. Teaching about heat]. St. Petersburg, 1900. 306 p.
3. Kashin N.V. Ocherkipo istoriimetodiki fiziki [Essays on the history of physics techniques]. Moscow, Karpov Ye.V. Publ., 2012. 97 p.
4. Smyk A.F., Pautkina A.V. University textbook of physics as an object of studying the history of physics. Istoriya naukii tekhniki, 2017, no. 1, pp. 18-28 (In Russian).
5. Krayevich K.D. Uchebnik fiziki [Textbook of physics]. St. Petersburg, Publ. of the Ministry of Communications (A. Benke), 1880. 643 p.
6. Tsinger A.V. Zadachii voprosypo fizike [Tasks and questions on physics]. Moscow, V.M. Sablina Publ., 1913. 306 p.
7. Kurs fiziki dlya zhenskikh uchebnykh zavedeniy [Physics course for women's educational institutions]. Moscow, Universitetskaya Publ., 1917. 356 p.
8. Petrushevskiy F.F. Kurs nablyudatel'noy fiziki: Univ. chteniya F.F. Petrushevskogo [Course of Observational Physics: Univ. reading of F.F. Petru-shevsky]. St. Petersburg, Transhel' Publ., 1874. 546 p.
9. Khvol'son O.D. Kurs fiziki [Course of Physics]. Leningrad, Moscow, State technical and theoretical Publ., 1933. 665 p.
10. Fizikio sebe [Physicists about themselves]. Leningrad, Nauka Publ., 1990. 485 p.
11. Eynshteyn A. Sobraniye nauchnykh trudov. T.3. [Collection of scientific works.Vol. 3]. Moscow, Nauka Publ., 1966. pp. 181-195.
12. Sominskiy M.S. Aleksandr Grigor'yevich Stoletov [Alexander Grigorievich Stoletov.]. Leningrad, Nauka Publ., 1970. 315 p.
13. Kozhevnikov N.M. Nonclassical ideas in the modern course of general physics. Nauchno-tekhnicheskiye vedomosti Sankt-Peterburgskogopolitekh-nicheskogo universiteta, 2014, no. 1 (4), pp. 236-242 (In Russian).
14. Aktual'nyye problemy istoriiyestestvenno-matematicheskikh i tekhnicheskikh nauki obrazovaniya [Actual problems of the history of natural and mathematical and technical sciences and education]. Trudy Vserossiyskoy nauchno-prakticheskoy konferentsii [Proc. the All-Russian Scientific and Practical Conference]. Yelabuga, 2014, 270 p.
15. Fizicheskoye obrazovaniye: otproshlogo kbudushchemu [Physical education: from the past to the future]. Trudy Vserossiyskoy nauchno-meto-dicheskoy konferentsii s mezhdunarodnym uchastiyem pamyati prof. N.M. Kozhevnikova [the All-Russian scientific-methodical conference with international participation dedicated to N.M. Kozhevnikov]. St. Petersburg, 2017, 297 p.
2■2017
История и педагогика естествознания
