«Я все понимаю, но сам решить не могу». Почему физика ставит школьников в тупик

Ученик может знать формулы, решать знакомые задачи и месяцами заниматься с преподавателем — и все равно теряться перед новым условием. Почему так происходит, рассуждает блогер «Мела», преподаватель и исследователь Артемий Крушельницкий. Особенно хорошо это видно на физике: учитель видит в рисунке задачу, а ученик — просто картинку.

Примерно так может выглядеть разговор с учеником, который несколько месяцев занимается физикой, честно делает домашние задания, смотрит разборы задач — и все равно не начинает решать их самостоятельно.

Причем формулы он знает. По отдельности все понимает. Если спросить, что такое сила тока или второй закон Ньютона, скорее всего, ответит. Может даже решить несколько знакомых задач. А потом на уроке преподаватель рисует на доске какую-нибудь схему, говорит:

— Вот из рисунка видно, что…

И всё. Для преподавателя видно. Для ученика — нет. Он смотрит на тот же самый рисунок, но видит стрелочки, кружочки, буквы и какие-то линии. Преподаватель видит физическую ситуацию.

Мы учим детей не тому, что нужно

Мне кажется, одна из проблем школьного обучения вообще, физики особенно, в том, что мы довольно хорошо учим детей отдельным действиям — и гораздо хуже учим тому, как понять, какое действие сейчас нужно сделать.

То есть тактике учим, а стратегии — не очень

В математике это иногда маскируется лучше. Есть алгоритмы. Решил уравнение по такому-то правилу, раскрыл скобки, привел подобные, перенес, поделил. Конечно, и в математике все не так просто, но на школьном уровне довольно часто можно понять: «Ага, здесь надо сделать вот это». А потом реенок приходит в физику.

И оказывается, что одной формулы недостаточно. Можно знать закон Ома и не понимать, к какому участку цепи его сейчас применить. Можно знать второй закон Ньютона и не понимать, какие силы вообще нужно нарисовать. Можно помнить формулу кинетической энергии и совершенно не понимать, зачем она здесь нужна.

И это не потому, что ученик ленивый. И не обязательно потому, что учитель плохо объяснил.

Решите простую задачу

Представим обычную задачу. На наклонной плоскости лежит брусок. Известны: угол наклона плоскости, масса бруска, коэффициент трения бруска о плоскость. Нужно что-то там такое найти.

Опытный человек смотрит на рисунок и почти сразу начинает «видеть» физику. Вот сила тяжести, вот сила реакции опоры, а вот так мы обозначим силу трения. Вот здесь укажем направление возможного движения бруска, а здесь разложим силу тяжести на составляющие. Здесь нам, скорее всего, понадобится второй закон Ньютона.

Для ученика тот же рисунок может выглядеть совсем иначе. Он видит брусок на наклонной плоскости. И всё.

Учитель говорит:

— Ну, здесь очевидно, что…

А ученику совсем не очевидно.

Причем ученик может быть вполне способным. Он может знать все формулы из этого раздела. Может вчера решить похожую задачу вместе с учителем. Но когда перед ним оказывается новая ситуация, привычная последовательность действий исчезает.

Формула-то осталась. А что делать с ней — непонятно.

Отсюда и возникает очень характерная школьная история: «Я вроде все понимаю, когда мне объясняют. А сам не могу».

Это важная фраза.

Потому что «понимаю объяснение» и «умею самостоятельно действовать» — не одно и то же. Можно прекрасно следить за чужим решением. Даже кивать в нужный момент. «А, ну да. Здесь силу разложили. Здесь закон Ньютона. Здесь выразили ускорение. Ну понятно». А потом получить другую задачу и снова оказаться в начале.

И здесь мы подходим к вещи, которая касается далеко не только физики.

Школа очень хорошо умеет показывать ребёнку, как выглядит правильное действие.

Гораздо хуже — как понять, какое действие выбрать.

• Как начать задачу?
• Что здесь вообще важно?
• Что можно отбросить?
• Что лучше нарисовать?
• Какую величину искать первой?
• Каким законом описать ситуацию?
• А если первый способ не сработал?
• А если получился странный ответ?
• А если вообще непонятно, с чего начать?

Это и есть стратегия.

Не в каком-то сложном педагогическом смысле. В самом обычном. Когда мы решаем незнакомую задачу, нам нужно не только уметь делать отдельные шаги. Нам нужно уметь выбрать следующий шаг. И вот этому в школе часто просто не хватает времени.

Потому что программа идет дальше. Нужно пройти следующий раздел. Потом следующий. Потом контрольная. Потом лабораторная. Потом еще одна тема.

В физике это особенно заметно. Механика отдельно. Электричество отдельно. Оптика отдельно. Молекулярная физика отдельно. А потом оказывается, что физика вообще-то одна.

Законы сохранения работают не только в той главе, где про них впервые рассказали. Графики нужны не только там, где специально написано «построение графиков». А математические навыки и вовсе внезапно становятся частью физического рассуждения.

Но ребенку никто не гарантировал, что он увидит эту связь. Учитель ее видит потому что он много лет изучал физику и преподавал ее. Ученик — нет.

Тройка не показатель

И здесь появляется ещё одна проблема.

Очень хочется сказать: «Ну так пусть учитель каждому ребёнку отдельно объяснит, где именно у него пробел». В идеальном мире — конечно. Но в реальной школе у учителя не один ученик. И не пять.

Нужно провести урок, проверить работы, подготовить следующий, провести лабораторную, заполнить необходимые документы, разобраться с отсутствующими, подготовить контрольную/лабораторную и еще каким-то образом успеть заметить, что у одного ребенка проблема вовсе не с формулой, а с тем, что он не понимает, как построить решение.

Поэтому учитель тоже оказывается заложником системы. Причем иногда очень странной системы оценивания.

Формально тройка должна означать примерно следующее: ученик освоил программу на минимально достаточном уровне.

Но что происходит на практике? Иногда тройка означает именно это. А иногда — «ну что я ему еще поставлю?». И тогда оценка перестает быть хорошей диагностикой.

Получается парадокс. У ребёнка в журнале стоит «3». Система говорит: программа освоена. А сам ребенок через несколько месяцев честно говорит:

— Я ничего не понимаю.

И вполне возможно, что он прав.

Он действительно научился выполнять какие-то знакомые действия. Он может повторить решение по образцу. Может воспроизвести формулу. Может написать определение. Но если немного изменить условие, вся конструкция разваливается. Это не значит, что ребёнок «глупый». И не значит, что учитель ничего не сделал. Это значит, что отметка иногда показывает совсем не то, что мы от нее хотели бы получить.

«А теперь придумай сам»

Физика не очень любит универсальные алгоритмы. Можно, конечно, научить ученика определенной последовательности действий:

1. Прочитай условие.
2. Выпиши данные.
3. Переведи единицы.
4. Запиши формулу.
5. Подставь.
6. Посчитай.
7. Получишь ответ.

Для некоторых задач это и правда прекрасно работает.

А потом приходит следующая задача, и внезапно оказывается, что начинать нужно совсем с другого места. А иногда одну и ту же задачу можно решить несколькими способами.

Особенно если мы говорим не о типовых упражнениях из учебника, а о более интересных задачах. В олимпиадной физике это вообще становится очевидно: путь к ответу может быть далеко не единственным. И в этом есть определенная красота физики.

Но для школьника это может быть очень неприятным открытием. Он только-только научился решать задачи «по алгоритму», а физика вдруг говорит: «А теперь придумай сам».

Это примерно как если человека научили ходить только по разметке, а потом вывели на площадь и сказали: «Ну вот. Иди».

Исследуем мир по инструкции

Похожая история происходит и с лабораторными работами.

В учебнике есть инструкция. Там нарисован прибор, подписаны «материалы и инструменты». Написано, что соединить, что измерить, какую формулу использовать и какой вывод сделать. Вроде все понятно.

Но потом учитель приходит в конкретную школу и открывает шкаф с оборудованием. А там совсем другие приборы. Их меньше. Что-то сломано. Чего-то вообще никогда не было.

И тут начинается адаптация инструкции.

Учитель ищет, чем заменить один прибор, как собрать установку из другого набора оборудования, что можно измерить вместо того, что написано в учебнике. И это, конечно, необходимо. Но мне кажется, здесь можно пойти ещн дальше.

Есть оборудование. Есть физическое явление. И есть вопрос: что с этим можно сделать?

Если у нас есть пружина, грузики, линейка и секундомер, то мы можем не только выполнить ровно ту лабораторную, которая напечатана в методичке. Мы можем придумать несколько опытов.

Что можно измерить? Что изменится, если увеличить массу? А если изменить длину? Что вообще можно определить с помощью этого набора? Почему результат отличается от того, что мы ожидали?

И тут возникает то самое, чего так не хватает в решении задач. Нужно не повторить известный путь, а найти свой.

Да, это сложнее. Да, результаты будут различаться. Да, не каждый эксперимент получится одинаково. Но в этом и состоит настоящая физика.

Физический эксперимент по своей природе вариативен, а школьное обучение часто старается сделать его максимально воспроизводимым.

И, наверное, именно поэтому мне не очень нравится вопрос: «Почему этот ребенок не умеет решать задачи?»

Иногда правильнее спросить: «А умеет ли он вообще искать способ решения?» Это совсем другой вопрос. Он меняет и отношение к ученику, и отношение к ошибке.

Если реенок не знает формулу — это одна проблема. Если он знает формулу, но не понимает физического смысла — другая. Если понимает смысл, но не умеет выбрать, что сейчас использовать, — третья. Если умеет выбрать, но не знает, что делать, когда первый путь не сработал, — четвёртая. И все эти дети могут получить одну и ту же тройку.

Вот только учить их дальше нужно будет совершенно по-разному.

Одна из главных задач школы — научить ребенка понимать, что делать со знаниями, особенно когда готового алгоритма нет

Чтобы он мог посмотреть на незнакомую задачу и не ждать подсказки. Чтобы мог сказать: «Так. Я пока не понимаю, как решить. Но я хотя бы могу понять, что здесь происходит».

Нарисовать. Попробовать. Проверить. Ошибиться. Вернуться назад. Посмотреть на ситуацию с другой стороны. И попробовать ещё раз.

В этом смысле физика очень честный предмет.

Она довольно быстро показывает, действительно ли ты понял, что происходит, или просто научился узнавать знакомый тип задачи. И, возможно, именно поэтому она так часто кажется школьникам особенно трудной. Не потому, что в ней слишком много формул. А потому, что формулы не спасают, если ты не видишь за ними физическую ситуацию.

Учитель видит задачу.

Ученик видит рисунок.

И задача учителя — не просто еще раз объяснить, что именно нужно увидеть. А постепенно научить ребенка видеть это самому.

Чтобы однажды вместо:

— Вот из рисунка видно, что…

ученик сам сказал:

— Так. Кажется, я понял, что здесь происходит.

И вот тогда физика наконец становится не набором формул, а способом понять, как устроен мир.

Обложка: © Hryshchyshen Serhii / Shutterstock / Fotodom