С чего начинается физика?

Физика – термин

Термин «физика» впервые фигурирует в сочинениях одного из величайших мыслителей древности – Аристотеля (IV век до нашей эры). Древнегреческие слова φύση, φύσις переводятся как «природа», φυσική, φυσικός – природный, естественный. Греческое φυσική по-русски и звучит как «физика».

В русский язык слово «физика» было введено М. В. Ломоносовым, который перевел с немецкого языка и издал  в 1746 году первый в России учебник физики  «Вольфианская экспериментальная физика» Х. Вольфа. Первый оригинальный учебник физики на русском языке «Краткое начертание физики» написал и издал в 1810 году П. И. Страхов – физик, профессор и ректор Московского университета [1] .

В типовом учебном плане современной российской школы учебный предмет «физика» появляется лишь в седьмом классе. Но молодой человек знакомится с физикой (точнее с физическими явлениями) гораздо раньше.

До школы

Начиная с рождения, все мы за два-три года усваиваем солидный курс физики – привыкаем к простым вещам и явлениям вокруг нас. Так, мы узнаём, что предмет всегда падает вниз, что есть твёрдые предметы, о которые можно удариться, что огонь может обжечь и т. д. [Мякишев. 10 кл. 2010 г.]

Физика – наука о природе, одна из естественных наук (естествознание, природоведение). Более того, слова «физика» и «природа» фактически синонимы (по крайней мере в греческом языке). Человек окружен природой и начинает знакомиться с ней (природой – физикой) с момента своего рождения. Первый сигнал о появлении в мире нового человека – плач, крик (звук, колебания, акустика).

С точки зрения физики человек – открытая система, т. е. его жизнедеятельность связана с обменом между ним и средой веществом (пища) и энергией (тепло, одежда). На начальном этапе необходимые условия обмена ребенку обеспечивают другие люди (родители). Настоящее знакомство с миром начинается с проявлением деятельности органов чувств: тактильные ощущения, слух, зрение (всё это физика), затем обоняние и вкусовые ощущения (это уже химия). Потом движение, бег, физкультура, спорт, музыка, рисование….

Ещё до поступления в школу ребенок знакомится со всеми основными физическими явлениями, но не знает, что они так называются. Отсюда первая задача изучения учебного предмета «физика» – ознакомиться с физической терминологией и освоить правила обращения с ней.

Начальная школа

Учебный план начальной школы содержит предметы: Русский язык, Иностранный язык, Математика, Окружающий мир, Изобразительное искусство и музыка, Труд (технология), Физическая культура. Хотя учебного предмета «физика» в начальной школе настолько нет, но каждый из имеющихся предметов в той или иной мере, прямо или косвенно содержит элементы физических знаний.

Русский язык

Учебный предмет «Русский язык» в первом классе начинается с темы: «Слово как название предмета, признака предмета, действия предмета». Физика как наука начинается с придания некоторым словам статуса «термин». Проблемы физической терминологии обсуждены в статье [2]. Во втором классе разбирается тема «Однозначные и многозначные слова (простые случаи, наблюдение)». О неоднозначности терминов шла речь в той же статье [2].

Иностранный язык.

Многие физические термины исторически пришли в русский язык из других языков, прежде всего из древнегреческого и латинского, в связи с тем, что системная европейская наука начиналась в древней Греции и Риме. Затем ещё во времена Исаака Ньютона научные работы публиковались преимущественно на латинском языке, от которого пошли многие современные языки, в том числе и наиболее распространенный английский.

Окружающий мир.

Федеральная рабочая программа учебного предмета «Окружающий мир» в качестве одной из целей его изучения называет формирование целостного взгляда на мир [3], что полностью совпадает с основной целью изучения физики.

Рассмотрим некоторые положения (темы) программы предмета «Окружающий мир»

Первый класс.

На вопрос «Что такое окружающий мир?» рабочая программа даёт ответ: Мир — это всё, что нас окружает, мы сами — часть мира.» Заменив слово «мир» на слово «материя», получим определение базового понятия физики.

Дальше идет формулировка: «Природа — это всё, что нас окружает, но не создано руками человека». Таким образом происходит первичная структуризация мира (материи) – деление на две части: естественную (природу) и искусственную (технику)[1].

Тема «Неживая и живая природа» – другой принцип структуризации мира (материи).

«Природные материалы. Растительный мир. Мир животных.» – следующий уровень структуризации мира (материи).

Материя естественная и искусственная, неживая и живая – это начало общей картины мира, пока ещё не научной, но уже и не обычной, обиходной.

Второй класс – фрагменты базовой картины мира: основы астрономии – звёзды и созвездия, планеты, наблюдения звёздного неба. Карта мира.

Третий класс. Темы: Вещество. Разнообразие веществ в окружающем мире. Твёрдые тела, жидкости, газы. Воздух, вода. Круговорот воды в природе. Горные породы и минералы.

Взаимосвязи в природном сообществе. Человек – часть природы.

Четвертый класс. Смена дня и ночи на Земле. Вращение Земли как причина смены дня и ночи. Обращение Земли вокруг Солнца и смена времён года. – представление о времени.

Таким образом, в результате изучения учебного предмета «Окружающий мир» у школьника формируется первичная обобщенная картина мира.

Кроме того, в первом классе появляется тема «Погода и термометр. Определение температуры воздуха (воды) по термометру» – процедура измерения. Программой второго класса предусмотрено определение сторон горизонта при помощи компаса и ознакомление с методами изучения (познания) природы: наблюдения, опыты, измерения. В третьем классе – измерение температуры тела человека, частоты пульса. Всё это элементы экспериментальной физики.

Технология.

Технология – это, главным образом, прикладная физика.

В блоке «Технологии ручной обработки материалов» рассматриваются: общее понятие о материалах (т. е. веществах), их происхождении и их практическое применение; исследование элементарных физических, механических и технологических свойств материалов, используемых при выполнении практических работ. Прохождение этих тем создает основу для изучения основ физического материаловедения в десятом классе.

В блоке «Конструирование и моделирование» представлены темы: общее представление о конструкции изделия, детали и части изделия, их взаимное расположение в общей конструкции, правила создания гармоничной композиции; симметрия. Всё это элементы картины мира – строение, структура объектов, порядок и беспорядок в материи.

Темы «инструменты и приспособления», «использование измерений и построений для решения практических задач» – элементы экспериментальной физики.

Изобразительное искусство.

Перечислим темы, имеющие прямое отношение к физике.

Цвет как одно из главных средств выражения в изобразительном искусстве. Три основных цвета. Цвета основные и составные. Цвет тёмный и светлый. – Физическая оптика, спектральный анализ.

Представления о симметрии и наблюдение её в природе. Пропорции – соотношение частей и целого. – Структура объектов.

Правила линейной и воздушной перспективы: уменьшение размера изображения по мере удаления от первого плана, смягчения цветового и тонального контрастов. – Геометрическая оптика.

Математика

Физика и математика настолько близки, что в номенклатуре научных специальностей они объединены в одну группу – физико-математические науки.

Система связей между математикой и физикой даже в начальной школе настолько широка, что её удобнее представить следующей таблицей.

Выдающийся российский математик, физик, философ, академик Александров А. Д. в своем учебнике геометрии высказал следующую интересную мысль. «Геометрия, возникая из практики, появилась, можно сказать, как первая глава физики: ее предмет составляли реальные пространственные отношения и формы тел. За ней логически следует вторая глава – механика: если геометрия трактует общие законы возможного взаимного расположения тел, то законы изменения его со временем входят в предмет механики.» (4).

Необходимо помнить, что геометрия имеет дело с идеальными объектами, в природе не существующими. Геометрическую линию нельзя увидеть, так как она не имеет толщины. Ни один мастер не сможет изготовить цилиндр с идеально гладкой поверхностью, что всегда можно обнаружить, используя оптику с достаточным увеличением. Физики-экспериментаторы работают с реальными объектами и явлениями, с тем, что можно увидеть, ощутить.

Резюме.

После завершения обучения в начальной школе и переходу в пятый класс школьник жизненно знаком со многими природными (физическими) явлениями, из школьной программы знает (по крайней мере должен знать) некоторые фактически физические понятия. В пятом и шестом классах эти понятия закрепляются и уточняются, так что изучение физики в седьмом классе начинается уже далеко не с чистого листа. Отсюда следует, что первая задача учителя физики не ознакомление учеников с этим учебным предметом, а восстановление в памяти полученных ранее знаний, приведение их в систему, начиная с уточнения и закрепления физической терминологии.

Источники.

1. https://ru.wikipedia.org/wiki/Физика
2. В. И. Ивлев. Физика (химия, математика, информатика, …) и русский язык / https://socpedagog13.edurm.ru/articles/16613-fizika-himija-matematika-informatika-i-russkii-jazyk.html
3. Федеральная рабочая программа | Окружающий мир. 1–4 классы. 2022.
4. Александров А. Д. Основания геометрии: Учебн. пособие для вузов. – М.: Наука. 1987.– 288 с.