Чтение онлайн

Если мы работаем с закономерностями такого рода и стараемся, чтобы ученики их поняли, то мы очень скоро заметим, что вычисления играют второстепенную роль. Если в технике и в промышленности не считают нужным заниматься качественной стороной явлений учения о теплоте и ищут сотрудников, хорошо владеющих чисто математической стороной физики, то хотя бы здесь при постановке педагогической задачи нужно осознать, насколько важна эта качественная сторона.

Очень интересным и сложным предстает перед нами явление скрытой теплоты. Вещества поглощают значительное количество тепла, которое, однако, не проявляется в нагревании или охлаждении. Вместо этого изменяется агрегатное состояние вещества. Когда идет снег, то «не холодно», потому что освобождается скрытая теплота, теплота испарения, и согревает окружающую среду. Или когда мы промокаем, то начинаем мерзнуть, потому что теплота испарения в любом случае поглощается, в данном случае она берется из тела.

Расширение происходит всегда при нагревании. То есть тело поглощает тепло и реагирует на это увеличением объема. А если объем увеличивается без подвода тепла — что же тогда происходит? Тогда становится холоднее. Совсем не так легко объяснить это ученикам. Но происходит совершенно аналогичное явление: каждое увеличение объема требует тепла. Если же увеличить объем, скажем, за счет утечки газа из баллона со сжатым газом (автоклава), но при этом одновременно не подогреть его, то он теряет внутреннюю энергию и охлаждается. В теплой классной комнате можно запросто получить снег из углекислого газа.

С другой стороны, газ при охлаждении сжимается. Следовательно, уменьшение объема означает уменьшение тепла. Это объясняет нагревание газа при сжатии: выделяется тепло. Другими словами, затвердевание, сжатие и формообразование всегда означает потерю тепла. И наоборот, поглощение тепла связано с разрежением, распадом и разрушением. В этом смысле тепло можно было бы рассматривать как полную противоположность силы тяжести: тепло действует на вещество так, что оно становится легче, улетучивается, форма разрушается. А тяготение сжимает, упрочняет и придает форму.

Как можно определить единственный «истинный» размер тела? Практически никак.

На пути к решению вопроса о сути тепла важной вехой является следующее: тепло измеряют, нагревая определенное количество воды и определяя затем таким образом: если 1 грамм воды нагреть на 1 градус, то потребуется такое количество теплоты, которое называется одна калория.

Можно привести ряд расчетов, которые лучше сделать на текущих уроках математики. И здесь наглядно раскрывается основной мотив вальдорфской педагогики: в первую очередь важен живой интерес к явлениям природы и понимание взаимосвязей. Математизирование на втором месте.

Центр тяжести на уроках физики в 11 классе в отношении ведения тетради это технические эскизы. Здесь важно учиться заглядывать внутрь предметов повседневного быта, их конструкции, функциональных особенностей.

Генератор постоянного тока. Универсальный мотор постоянного и переменного тока.

Все учение о теплоте можно ввести без каких-либо попыток объяснить, что такое тепло. На вопрос, тепло ли заставляет молекулы двигаться или наоборот движение молекул проявляется как тепло, можно ответить несколькими годами позже, лучше всего в одиннадцатом классе. В девятом классе желательно остановиться на тех явлениях, которые дают достаточно поводов для удивления и собственных поисков.

Десятый класс

Этот возраст как никакой другой подходит для изучения классической физики со всей ее красотой и точностью. Созданы хорошие математические предпосылки: тригонометрия, квадратные уравнения, свойства параболы и эллипса, прогрессии (ряды), пропорции, логарифмы и логарифмические линейки дают основу для понимания физических законов Галилея, Кеплера и Ньютона. Пробужденное и развивающееся человеческое мышление все больше и больше проникало в космос, в планетные сферы Птолемея. Затем геоцентрическое мировоззрение сменяется гелиоцентрическим мировоззрением Коперника. Почему? Что здесь происходит?

Ученик переживает великое по-новому, его мысли становятся более ясными, логичными, они больше удовлетворяют его теперешнюю душу, чем прежде. С большим трудом удалось Птолемею объяснить с помощью круга, самой совершенной из всех геометрических фигур, петлеобразное движение планет по орбитам. Ученики рисуют и конструируют некоторые из этих интересных образований, которые открываются перед нашими глазами на небе в созвездиях из неподвижных звезд точно так же, как и во времена Птоломея. Эти движения не меняются уже в течение тысячелетий. Но человек рассматривает их все время с новых точек зрения. Коперник видит их из космоса, центр которого — Солнце. Так думать становилось естественнее — это стало очевидно человеческому духу, который тем временем научился обращаться с такими понятиями, как скорости и расстояния. Как это множество звезд могло описывать ежедневно этот огромный путь вокруг Земли? И все с одной скоростью? Трезвое мышление не хотело этого понимать. Но и Коперник не мог мыслить иначе. И только Кеплеру, который благодаря своей довольно своеобразной судьбе вовремя встретился с великим наблюдателем звезд Тихо Браге, удалось доказать, что все орбиты планет имеют форму эллипса (биографии таких людей очень хорошо подходят для объяснения ученикам, как возникает новое в физической картине мира).

Тем самым Кеплер как бы завершил божественную гармонию, т. е. с помощью математических законов проявил красоту гармонии сфер. Космос доказывает существование Бога, все упорядочено, ничего случайного. Ученики применяют законы Кеплера к лунам планет, даже к искусственным спутникам, и видят, что эти законы работают во всех случаях. Итак, человек хорошо знаком с закономерностями движения на небе. Если появится новая планета, то мы будем знать, что она будет двигаться по строго определенной орбите. По расстоянию можно определить время обращения и, наоборот, по времени обращения можно установить расстояние до Солнца. Именно в этом месте эпохи физики ученик может задать вопрос, важный и решающий для развития всего человечества. Именно теперь, когда человеку стали полностью понятны законы движения на небе, а благодаря Галилею и законы движения на Земле, когда в душах происходит почти религиозное переживание порядка миров, вот тут-то и возникает вопрос: почему действуют эти законы? Что является причиной этих движений?

На этом этапе развития физики появляется Исаак Ньютон. Падающее яблоко, благодаря которому (согласно легенде) он еще ребенком обратил внимание на явление тяготения, может действительно служить символом того, что человечество начало свое падение на Землю. Итак, причиной этих движений признается не что-то божественное, а так называемая гравитация. Тела движутся с помощью силы, тормозят их тоже силы, удерживают планеты на орбитах или смещают с орбит — тоже силы. Какие же? Силы инерции, силы тяготения, силы трения, центробежные силы — все эти силы являются основой ньютоновской механики.

Закон тяготения Ньютона становится универсальным законом в космосе: мы можем вычислить массу Солнца и других планет, не побывав там. С таким гордым чувством можно закончить эпоху физики в десятом классе.

Если есть такая возможность, то неплохо было бы закрепить учение о движениях и силах с помощью математических вычислений на параллелограммах сил и скоростей. Но это вычисление не должно опережать качественного понимания физических законов. Как показывает опыт, здесь есть много хороших возможностей для дифференциации.

Топографические измерения и эпоха географии как бы еще раз подчеркивают мысль, что человек находится в центре мира, на сей раз не геоцентрически в смысле физической Земли, а благодаря его сформировавшемуся индивидуальному мышлению. Ньютон поместил человеческий дух в центр космоса. С «пылинки Земля» мы можем рассчитать самые далекие Галактики и отвести нашей Солнечной системе ее определенное место.

Одиннадцатый класс

Именно на этом этапе учитель должен решить, что он выбирает из неограниченного по существу материала. Здесь в распоряжении учителя огромное множество экспериментов. Прямо или косвенно учение об электричестве, в своем практическом применении, связано также с большой промышленностью, занимающейся изготовлением приборов и машин.