Интересные опыты

interesnie-opiti

Традиционно опыты входят в любое обучение физике. Важно понимать, какие цели ставятся при этом.

Один вариант: вы просто стараетесь через зрелищные, необычные, запоминающиеся опыты пробудить у ребенка интерес к изучению физики.

Существует много таких видео – хорошо поставленных и впечатляющих. Есть и немало книг с описанием опытов по физике, которые можно поставить дома своими силами. Все это полезно, разумеется.

Однако данный путь совершенно не гарантирует того, что дети будут хорошо понимать смысл всех этих опытов, что они в итоге будут лучше знать законы природы.

Второй вариант: вы стараетесь системно обучать ребенка основам физики – и при этом используете опыты как иллюстративный материал к той или иной теме, как один из постоянных элементов общей структуры вашей учебной работы. То есть примерно как в школе: опыты – часть учебного процесса.

На мой взгляд, второй путь существенно лучше – с точки зрения стратегического построения всей системы занятий год за годом.

Впрочем, если вы рассказываете детям о физике в свободном режиме (ориентируясь в основном на их вопросы в текущих ситуациях), то не очень ясно, как последовательно и системно вводить в такие занятия еще и специальные опыты. Ведь весь учебный процесс происходит в существенной степени спонтанно…

Лично я в практике домашних занятий показывал своим детям не так уж много физических опытов. Лишь некоторые самые простые и наглядные. Но мы при этом их подробно обсуждали – что там происходит и почему.

Сейчас я даже и не припомню все те конкретные ситуации… Качающийся маятник (гайка на ниточке, перекинутой через перекладину домашнего спорткомплекса), простейшие рычажные весы (из обычной ученической деревянной линейки), что-то плавающее и тонущее в воде…

Гораздо больше я рассказывал об интересных и наиболее значимых опытах из истории физики.

Правда жизни состоит в том, что абсолютное большинство настоящих физических экспериментов – это весьма сложные приборы, это очень точные измерения, это особая изобретательность ученых… Дома такое не организуешь. На то и существуют веками специальные физические лаборатории.

Самые яркие, самые удивительные и самые неожиданные опыты из истории физики почти всегда были сложными в проведении.

Но про них можно рассказывать!

И их можно нарисовать на бумаге!

Обратите внимание: традиционные школьные лабораторные работы (классически входящие в курс обучения) и показательные популярные физические опыты (которыми наполнен Интернет и которые призваны развивать интерес к науке) – это довольно простые схемы. Их специально делают максимально наглядными и понятными.

А вот настоящие (и особенно “эпохальные”) физические эксперименты – это совсем иная история!

Иногда их готовят годами (а то и десятилетиями). Их выдумывают наиболее изощренные умы человечества. И очень-очень часто в них получают совершенно неожиданные и непонятные результаты – вовсе не те, которые предполагали получить. И это каждый раз поворачивают всю историю развития науки.

Вы чувствуете разницу?

Я, разумеется, полностью за обычные школьные и домашние опыты по физике. А также за иллюстративные популярные опыты. Но, по-моему, главное не в них…

Основная информация, основная энергия и основной драйв содержатся именно в ключевых экспериментах из истории физики. Поэтому, как мне кажется, их целесообразно изучать с детьми в первую очередь.

Где про это узнать? В любом школьном учебнике есть краткие описания некоторых таких “эпохальных” опытов. Ну и Википедия и другие ресурсы в Интернете, а также множество специальных книг дадут вам подробный материал, если немного поискать.

И дело вовсе не в том, чтобы изучить с ребенком много разных исторических физических экспериментов. Выберите те, которые почему-либо вызывают интерес лично у вас и у ваших детей, которые вам достаточно понятны. И вникните подробно в каждую такую историю.

Нюансы очень важны!

Например, опыт Кавендиша (измерение притяжения друг к другу тяжелых металлических шаров). Там было важно изолировать эти подвешенные на проволочках шары от сквозняков – чтобы движение воздуха не вносило искажений в тончайшие измерения. Во как!

А для знаменитой первой проверки отклонения луча света в сильном гравитационном поле (предсказанного общей теорией относительности) дожидались солнечного затмения и отправляли специально экспедицию в Южную Америку.

В классическом школьном курсе физики каждый такой “эпохальный” эксперимент размещен в соответствующую учебную тему. Но в реальности любой физический опыт – это сразу множество тем из физики, переплетенных друг с другом, неразрывно связанных между собой. И с детьми как раз лучше обсуждать всю эту палитру сразу – весь набор законов природы, которые работают в данном конкретном исследовании.

Например, закон Кулона (притяжение и отталкивание неподвижных электрических зарядов) был получен на установке с крутильными весами. Почему именно крутильные весы? И что это вообще за штука такая, как она работает?

Ценно и то, что мы можем предлагать детишкам придумывать многие экспериментальные решения – как будто бы они сами планируют и проводят физические исследования. Ведь что-то ребенок и сам может сообразить, если его слегка к этому подвести…

Есть и немного иной путь: разбирать с детьми не какие-то знаменитые исторические опыты, а реальные примеры из обычных трудовых будней ученых-физиков.

Обсудить во всех деталях устройство работающей физической экспериментальной установки – это всегда интересно для ребенка. Это живая энергия развития науки. Она всегда завораживает – стоит лишь внимательно к ней отнестись.

Например, я много рассказывал своим детям про то, как несколько лет во время обучения в вузе работал в настоящей физической лаборатории, как постепенно вникал в теоретические модели и в устройство приборов, как потом писал об этом диплом…

Я рисовал картинки с летящим в вакууме в сторону кристалла пучком электронов. И рисовал, как влетевшие в кристалл электроны по-всякому в нем тормозились, отклонялись и рассеивались, а потом выскакивали обратно в вакуум.

Я рассказывал, как выскочившие обратно из кристалла электроны собирали специальным детектором, поворачивая его под разными углами.

Я объяснял про то, как картина менялась в зависимости от тех или иных примесей в кристалле, от различных дефектов его строения, от энергии электронного пучка…

Я жаловался на то, как плохо работал старинный компьютер, на котором я тогда проводил расчеты для своего диплома, как он постоянно выключался в самый неподходящий момент, стирая все вычисления…

Заодно мы говорили и о способах получения вакуума внутри физических приборов, и о черно-белых изображениях на старинных осциллографах, и о том, как я отлынивал от всей этой работы в теплые летние дни, когда мне хотелось побольше гулять и поменьше возиться с длинными нудными формулами…

Возможно, если не вы сами, то кто-то из ваших знакомых может рассказывать детям такие реальные подробные истории из жизни обычной науки.

А многое можно и в Интернете или в книжках найти.

Скажем, про Большой адронный коллайдр. Это же такая потрясающая конструкция!

Глубоко под землей проложен туннель длиной почти 27 километров. Он идет по кругу, причем немного наклонно. И там разгоняют заряженные частицы. И еще интересно, что рядом с трубой, по которой летят протоны с почти световой скоростью, есть еще и просто дорожка для рабочих и ученых – чтобы ходить там везде, если это нужно.

Мы можем для занятий с детишками вообще пропустить всю сложную физику, ради которой соорудили такое чудо экспериментальной техники. Достаточно просто обсудить общее устройство Большого адронного коллайдра, некоторые основные идеи его работы.

Главное – представить во всей красоте всю ситуацию: глубокий и длинный туннель, летящие и сталкивающиеся пучки энергичных протонов, мощные сверхпроводящие магниты, глубочайший вакуум…

Физический эксперимент – это интересно. Вот что должно быть центральной линией любого такого рассказа, любого домашнего опыта, любого обсуждения лабораторных исследований из истории науки, любого просмотра видео с популярными опытами по физике.

Собственно, вся физика родилась из экспериментов. Иногда теории опережали ход событий. Но их всегда и обязательно проверяли в опытах. Физика существует и развивается именно как экспериментальная наука.

В то же время, очень важно показывать детям систему физики целиком – как единого свода законов, как общего подхода к изучению и описанию правил устройства природы. Мы можем видеть это на примере каждого конкретного эксперимента – классического исторического или простейшего домашнего. Мы можем видеть, как в нем работают все эти законы и правила.

На самом деле, здесь присутствует некий парадокс.

Чтобы готовить и ставить по-настоящему важные и ценные для науки физические эксперименты, надо быть фанатом, надо годами вникать в малейшие нюансы, надо изучать кучу всего сложного, надо много-много времени проводить в лабораториях…

Однако для того, чтобы просто рассказывать детям об основах физики, вовсе не обязательно быть таким уж увлеченным экспериментатором. Вполне достаточно понимать общие идеи каждого конкретного физического исследования и уметь говорить с ребенком, уметь объяснять простыми словами самую суть дела.

Упрощая и сокращая, переводя на детский неформальный язык, рисуя множество картинок, делая экскурсы в параллельные темы… – мы вполне можем показывать даже маленьким детишкам красоту и смыслы физических опытов. Это по-настоящему интересно! Это живая ткань мироздания!