Введение

Вы вновь приступаете к изучению физики. Уровень обучения в высшей школе, естественно, гораздо выше, чем уровень обучения в средней школе. Здесь вы должны освоить теоретические методы современной физики и применять их для описания различных явлений. Но, самое главное, вы должны научиться обнаруживать новые явления, создавать новые знания. Для этого необходимо овладеть экспериментальным методом физики, проникнуться его идеологией. Этому служит особый вид учебных занятий, называемых лабораторным практикумом.

          

Зачем нужен лабораторный практикум

Для понимания важной роли лабораторного практикума при изучении физики в высшей школе, его необходимости для завершения формирования современного грамотного естествоиспытателя, способного к самостоятельной творческой работе, интересно проанализировать процесс обучения физике вами раньше. Это тем более интересно, поскольку в основных своих чертах этот процесс воспроизводит путь, которым прошла западная цивилизация при создании так называемого научного метода, научного мировоззрения.

Еще в раннем детстве все вы усваиваете достаточно солидный "курс физики", привыкая к различным простым вещам и явлениям вокруг. Этот "курс" запоминается гораздо прочнее всего того, что вы узнаете в дальнейшем, поскольку повторение его идет непрерывно. Так вы узнаете, что камень падает вниз, что есть твердые предметы, о которые можно ушибиться, что огонь может обжечь и т.д.

Однако, как не важны подобные знания, это лишь частные правила, касающиеся течения отдельных событий. Они формируют некий набор условных рефлексов, который определяет наше поведение в тех или иных условиях. (Подобный опыт приобретают и многие животные вскоре после своего рождения, хотя их поведение в гораздо большей степени, чем у человека, определяется врожденными инстинктами.) Такие знания говорят о том, что произойдет в определенных условиях, но не отвечают на вопрос, почему те или иные события происходят вообще, какова их причина. Они также не позволяют предсказать, что произойдет при новых, изменившихся условиях. Такие знания, можно сказать, еще "не осознаны". Они не являются наукой вообще, это, так сказать, "нулевой" уровень освоения физики.

Сознательное, рассудочное понимание вещей и явлений вы начинаете осваивать в средней школе в курсе естествознания. Вас пытались научить, как внимательно наблюдая происходящее в окружающем мире, различать отдельные явления, выделять их из непрерывного ряда сменяющих друг друга событий. Вы старались увидеть нечто общее в разрозненных событиях, пытаясь тем самым обнаружить причины тех или иных явлений. Другими словами вы приступили к освоению приемов абстрагирования, расчленяя единое целое на части, обрезая связи, которыми объединено конкретное явление со всеми остальными. Пользуясь этими приемами, вы обучались делать конкретное явление удобным для дальнейшего интеллектуального, рассудочного рассмотрения.

На этом этапе вам удается классифицировать явления по их признакам и свойствам. Вы начинаете различать явления механические, тепловые, электрические и т.д. (хотя ни те, не другие не третьи в чистом виде не встречаются). При этом вы знакомитесь со способами построения простейших, очень грубых физических моделей этих явлений. В результате формируются первые представления о понятиях и методах физики. Полученные на этом этапе знания имеют иллюстративный характер, это скорее рассказ о некоторых явлениях и методах их описания, чем изучение самих методов физики. Такого рода знания о физике можно назвать, продолжая начатую классификацию, "первым" уровнем изучения физики.

"Второй" уровень обучения физики начинается в старших классах средней школы. Здесь изложение принимает более серьезный систематический характер. Более строго определяются понятия физических величин (скорость, температура, напряженность и т.д.). Вводятся понятия элементарных физических объектов, таких как материальная точка, точечный заряд и т.п., для которых формулируются основные законы физики (законы Ньютона, начала термодинамики, закон Кулона и т.п.). Вы учитесь формулировать эти законы на математическом языке, т.е. в виде уравнений, связывающих между собой разные физические величины (или их изменения). Решая эти уравнения, вы получаете зависимости этих величин от времени и координат или выражения одних физических величин через другие. Поскольку на этом этапе обучения высшая математика вам практически неизвестна, то решения удается получить лишь для простейших объектов и движений.

При изучении физики в старших классах вам постоянно говорили, что законы физики есть следствие опыта, что они представляют собой обобщение экспериментальных результатов. Вам демонстрировались различные опыты, подтверждающие те или иные законы или их следствия. Вы пытались проделывать такие опыты сами, иногда называя это лабораторными работами. Однако эти манипуляции являются лишь иллюстрациями, при помощи которых вас убеждают вас поверить в справедливость законов физики. Этой веры достаточно лишь тем, кто в будущем видит себя только потребителем результатов, получаемых современным естествознанием.

Те же, кто в будущей своей деятельности хотят профессионально применять физические методы, очевидно, не удовлетворятся подобными иллюстрациями, поскольку они достаточно быстро обнаруживают, что практика с ее многочисленными источниками ошибок находиться в некотором противоречии (а иногда и весьма существенным) с простыми и элегантными законами, используемыми в теории. Снятие этих противоречий возможно на пути тщательного анализа условий опыта, способов представления результатов и их обобщения, но этот путь лежит вне рамок изучения физики средней школы. Необходимо выходить на "третий" уровень изучения физики - уровень высшей школы. Именно здесь, выполняя лабораторный практикум, можно уяснить причину противоречий между опытом и теорией, понять важнейшую роль и плодотворность разрешения этих противоречий в развитии физических воззрений и тем самым получить представление о том, что называется научным методом изучения природы.

Можно утверждать, что работа в лаборатории позволяет наилучшим образом освоить экспериментальный метод физики, предоставляя вам тем самым возможность встать двумя ногами на путь научного познания природы, на путь, продуктивность которого была осознана еще 500 лет назад титанами эпохи Возрождения и постоянно подчеркивалась выдающимися естествоиспытателями прошлого.

Изучение физики в высшей школе включает в себя прослушивание лекций, в которых формулируются основные понятия и законы физики, излагаются методы анализа явлений на основе этих законов. Эти приемы конкретизируются при решении задач на практических занятиях. Кроме того, изучение физики предполагает обязательное выполнение лабораторного практикума.

Лекционные курсы и практические занятия имеют своей целью дать представление о теоретических методах физики. Эти виды учебных занятий являются во многом продолжением способов преподавания физики в средней школе за исключением, естественно, глубины и строгости изложения и использования серьезного математического аппарата.

Напротив, лабораторный практикум, является новым и, как следствие, непривычным, по сравнению со школой, способом изучения физики, поскольку при выполнении его вы осваиваете методы, практически неизвестные выпускникам средней школы, методы экспериментальные физики. Только выполняя лабораторный практикум, вы сможете понять, что такое физическая модель объекта, явления или процесса, изучить методы создания таких моделей, определяя реакцию объектов и явлений на целенаправленное воздействие. Очевидно, что это предполагает освоение экспериментальных методик и устройств, при помощи которых фиксируются реакции объектов. Тем самым, выполняя лабораторный практикум, вы сможете научиться грамотно формулировать вопросы, задаваемые природе, научиться правильно понимать ее ответы.