Как подготовиться к ЕГЭ по физике и не стать идиотом

Цель этой статьи — не разбор минусов и плюсов ЕГЭ, не объяснение, почему такова эволюция образования, и не прогноз. Задача — предложить возникший в процессе многолетнего преподавания, не слишком сложный метод уменьшения вреда от натаскивания на ЕГЭ. То есть это не наука, а инженерия, причем примитивная — опирающаяся не на академические знания, как должно быть при более серьезном подходе, а на эмпирию, опыт. Тема касается только физики, хотя идея предложенного метода может быть применена для преподавания любого естественно-научного предмета. И даже гуманитарного, если в процессе обучения используются задачи.

Главное отличие школьного предмета «физика» от физики в следующем. Школьный предмет предполагает, что у каждого процесса есть объяснение, что это объяснение состоит в каком-то одном или двух законах физики, сформулированных в учебнике и применимых всегда, что подстановка одного закона в другой и данных в условии чисел в полученную формулу закрывает вопрос. Это может не утверждаться прямо, но такова учебная практика — а значит, и формирующийся в итоге взгляд на мир. Этот стиль — «единственного правильного объяснения» — возобладал в российском образовании не так давно: примерно лишь век назад (см. «Химия и жизнь», 2019, № 9, с. 16 «Физика — полтора века в школе», статья есть в Интернете).

Даже если автор задачи пытается сделать нечто менее тривиальное (поскольку считается, что в задачнике и на ЕГЭ должны быть задания разной сложности), он фактически сшивает несколько разных подпроцессов последовательно — пуля сначала попадает в маятник, он ее тормозит, чешет затылок и потом отклоняется. Жидкость сначала нагревается до кипения, а потом начинает обреченно испаряться. В более серьезных учебниках (Е. И. Бутикова и А. С. Кондратьева; Г. Я. Мякишева и А. З. Синякова) есть отступления от всей этой доктрины — вводятся понятия «модель» и «точность», указывается, что в зависимости от поставленной задачи могут потребоваться разные модели. Однако всё это забывается под давлением суровой реальности — необходимости вызубрить кодификатор и писать законы именно так.

Физика предполагает, что у любого закона ограничена точность, которая зависит от области применения, и поэтому есть, ­условно говоря, границы применимости, за которыми использование других законов становится более эффективным. Мы можем не знать ограничений точности и границ, но мы всегда должны помнить о том, что они есть. Физика наступила на противопехотную… нанообласть, когда оказалось, что звук передается через вакуум, трение и тепловое излучение ведут себя не так, как в больших масштабах, и т. д. «Глубинные» физические законы при этом остаются на месте, но их проявление зависит от размера объекта, и это приводит к нетрадиционному поведению.

Ситуация может измениться (не обязана, но может), если будет построена так называемая «теория всего». Но пока этого не видно даже в самых отчаянных мечтах, и при нас этого не произойдет. Жалеть об этом не стоит — и потому, что Вселенной безразличны наши чувства, и потому, что нашим потомкам тоже должны достаться интересные задачи. Мы ведь хотим им — и потомкам, и задачам — хорошего, правда?

А теперь к делу. Метод, который я предлагаю, таков: после решения егэшной задачи так, как это принято в школе, и с соблюдением всех канцелярских правил ЕГЭ (те, кто имеет касательство к ЕГЭ, уже всё поняли), школьнику бережно задаются вопросы. Вводить их надо капельно, а не струйно, внимательно следя за пульсом и давлением. Дозу можно медленно увеличивать от занятия к занятию, не допуская передозировки и бегства ученика к другому преподавателю, который не будет тратить время на глупости.

Вот варианты этих вопросов.

— Как могут изменяться в задаче значения исходных величин? А промежуточных величин? А ответа?

Пример: может ли в задаче про блок и два груза (над которой потел, как я помню, еще Тутанхамон) размер, вес, плотность грузов быть на N порядков больше и меньше?

— Какими процессами вы пренебрегли при решении задачи, что еще могло повлиять на ход процессов и ответ?

Пример: опять блок и два груза — а теперь и сила Архимеда?

— Какова точность полученного ответа — ограниченная не точностью исходных величин, а моделью и законами?

Пример: снова блок и эти два, в самых обычных условиях — какова точность? А если грузы на существенно разной высоте?

— Чем ограничена точность и применимость законов физики, которые вы вообще используете?

Пример: F, конечно, равняется mg, но как насчет размеров грузов?

— Есть ли такой набор значений параметров, что решение не просто потеряет точность, а окажется совсем другим?

Пример: масса грузов сравнима с массой Земли или средняя плотность меньше, чем у воздуха.

В промежутках между этими ужасами можно в качестве отдыха и развлечения попросить подумать.

— У электрона есть масса, почему мы не учитываем этот вопиющий факт при решении задач по электричеству?

— Можно ли вычислять ускорение свободного падения на Земле по закону всемирного тяготения?

— Почему атмосферное давление не размазывает нас тонким слоем по полу комнаты?

— Влияет ли давление солнечного света на движение чего-либо в Солнечной системе?

— Влияет ли закон Архимеда на колебания маятника?

И так далее, условно говоря, до бесконечности… то есть до конца занятия.

Причем рассмотреть эти и множество других внезапных вопросов прекрасно можно, опираясь на школьный курс — его мощь довольно велика, но, чтобы в этом убедиться, ее нужно применять. Причем пытаться применять нужно всю, а не только ту, которую имел в виду автор «пробников» и «демонстрашек». Можно, кстати, и не ограничиваться школьной физикой, тем более что и учебники бывают разные.

А потом — верь мне, читатель, я изу­чаю это много лет, так же экспериментально, как изучал термоэлектронную эмиссию, — наступит момент, когда ученик спросит тебя не как решать «цэ сколько-то», а что-то другое…

… спросит — почему, всегда ли, как, что влияет, откуда мы знаем, ну и так далее. Спросит робко, понимая, что спрашивает нечто странное, и еще боясь окрика, «срезовой работы» и прочих прелестей нашего объегэшенного образования.

Да и членам комиссии по проверке ЕГЭ будет польза — не надо хвататься за то место, где, по их мнению, находится сердце (они преподаватели физики и хватаются не за то, за что надо), увидев, например, такие ответы: объем сосуда 10^–30 м³; одна величина больше другой в 0,4 ⋅ 10²⁶ м³ раз; мощность от батарейки 154 кВт, 58 кВт, 4 ⋅ 10^–19 Вт; расстояние торможения час­тицы в поле 5,9 ⋅ ­10^–36 м, 2,2 ⋅ ­10^–40 м, 2,3 . 10²⁷ м; скорость 3,1 ⋅ 1010 м/с; давление в газе минус 2,3 Па, сопротивление минус 2 Ома…

Леонид Ашкинази