Постараюсь написать очень короткий очерк о силах в механике с точки зрения изучения их в школе.
Сила - довольно абстрактное понятие, которое редко даётся детям сходу и как надо. Почти в каждом учебнике физики есть определение, что сила есть мера взаимодействия двух тел. На этом, как-бы, всё, вроде, всё просто.
Но на самом деле, проблем тут вагон.
Я и так знаю, что такое сила
Во-первых, "сила" - слово, которое каждый из нас слышит ещё до того, как попал в школу. Это накладывает очень серьёзный отпечаток на восприятие: определение выше просто игнорируется мозгом семиклассника, и он продолжает относиться к силе, как к показателю, кто победит, Чак Норрис или Джекки Чан. Какие уж внутренние представления о силе у каждого ребёнка - зависит лишь от его окружения.
Если быть честным, то я не видел ещё ни одного учителя, который делал бы на это явление скидку. Зато видел уйму старшеклассников и студентов, которые силу готовы и в Ньютонах, и в Норрисах измерять.
Решение этой проблемы - замена бытового представления о понятии физическим - это тема не одной статьи, а я обещал быть кратким. Но главное, что методика такая есть, можно привести ребёнка к пониманию силы-взаимодействия, а не силы-победы.
Эта же проблема встречается и в других физических понятиях - массе, весе, плотности, импульсе.
Многообразие сил
Вообще, физики в природе различают всего четыре силы, а в школе более или менее проходят только две из них - силы гравитационного и электромагнитного взаимодействий. Две другие (сильное и слабое ядерное взаимодействие) в школах не затрагиваются даже на профильном уровне обучения, это всё-таки квантовая физика, стезя ВУЗов.
Мы, взрослые, более или менее понимаем, как из этих двух получаются силы трения, Архимеда, тяжести, Лоренца и прочие. Но детям-то это почему-то никто не объясняет (хотя попытки есть). Они не понимают, что в одних случаях сила электромагнитного взаимодействия - это сила упругости, а в других - сила реакции опоры. В общем-то, и не должны понимать тогда, когда их проходят.
В этом ещё одна проблема физики. При всей своей стройности и связности, эта наука может рассматривать одно и то же на разных уровнях. Чем поверхностнее это рассмотрение, тем больше многообразия. Учителям приходится делить две силы на целую дюжину сил с неоднозначной иерархией и границами.
Да, да, границы, когда силу считать силой трения, а когда весом, тоже каждый учитель определяет по-разному. Например, я знаю учителя, который говорит, что вес тела на наклонную плоскость совпадает с силой тяжести. Сам же я считаю, что тут надо делить силу на вес и силу трения. В комментариях к моим статьям появлялись указания на то, что сила реакции опоры - это Архимедова сила от твёрдого тела. А самое любопытное, что правы все, и спорить тут бесполезно. Слишком условное тут дробление.
Избежать этой проблемы (решить её), в общем-то не так сложно. Ну, это если решать. Как-нибудь я напишу и об этой методике.
Векторы
Математика в физике - это больная тема.
Как-то я спросил одного эксперта в обучении физике: "А что делать с импульсами и силами, если в 9м классе дети не умеют работать с векторами? Если не научили, да и не учили, их на математике в восьмом классе (в огэ векторов нет)"
Ответ был забавный: "Векторы проходят на математике в 8 классе, и надо обязательно давать им векторы".
Уточнений, за счёт какого времени физик должен давать эти векторы, в какой момент, что делать с теми, кто всё-таки изучал, но не ... и так далее - не последовало.
Впрочем, я этого и ожидал. И вопрос-то задал чисто чтобы потроллить. Я-то прекрасно понимаю, что все ученики приходят в кабинет физики без знания векторов (делить - и то не все умеют).
Есть два способа решить эту проблему (и оба с жертвами)
1. Забить на математику, обойти эту проблему вообще. Это сделать не так трудно, как кажется, и на понимание физики особо не повлияет. Мне многие говорят - как без знания математики физику учить?! Да вот так. Майкл Фарадей вообще в школе не учился. Уравнения, векторы, матрицы - это всего лишь приёмы, немножечко облегчающие (и то сомнительно) процесс нахождения величин при косвенных измерениях. А в самой физике математики кот наплакал, можно обойтись и базовой арифметикой. Кстати, я когда-то приводил пример решения заданий ОГЭ по математике без использования таблицы умножения вовсе. Уж если в экзамене по математике можно обойтись без таблицы умножения, то в обычной физике - раз плюнуть. Может, приведу пример решения задач по физике без математики.
2. Забить на физику и изучать математику. Это делать не так опасно, как кажется. Посудите сами: если учитель не может дать свой предмет без математики, то дети в любом случае не усвоят физику. Инфа 100%. Либо они не успеют из-за того, что будут изучать математику, либо просто не смогут понять, что говорит учитель. Первый вариант предпочтительней, потому что так они хоть что-то вынесут за пределы кабинета (хотя, ненависть к учителю и предмету, которую они вынесут во втором случае, это тоже что-то). На самом деле, я тут немного утрировал. Это как в поговорке - долго запрягаем. Если физик научит детей математике (и будет это делать правильно), то для объяснения своего предмета, ему потребуется в разы меньше времени. Тоже инфа - сотка.
Заключение
Я рассмотрел три проблемы в силах. На деле их гораздо больше, а эти проблемы не чисто "силовые", а вообще физические.
Чем проще решить проблему, тем больше про неё пишут. Я не исключение - последняя самая решаемая, и к ней я сразу методику решения привёл. А вот про первую - пишу и буду писать очень много, но не в этой статье.
