Fyzika nazpaměť, část 1: Stav a jeho příčiny

30. 08. 2011 | 20:14
Přečteno 12161 krát
V roce 2002 jsem na semináři "Aktuální problémy výuky fyziky na gymnáziu", který pořádala Jednota českých matematiků a fyziků, přednesl příspěvek o tom, jak by výuka fyziky podle mého názoru měla vypadat. Nemyslím, že jsem nadchnul většinu přítomných, v diskusi se na mou stranu postavilo jen pár nejmladších učitelů, kteří tam byli. Ostatní, většinou starší pánové (mí vrstevníci) se mnou nesouhlasili a setrvali na stanovisku, že fyzika se na našich školách učí správně, jen studenti jsou horší a horší, a že abychom s tím něco udělali, musíme pro fyziku prosadit víc hodin týdně.

Nedávno jsem na tento svůj starý text náhodou narazil a se zájmem jsem si ho znovu přečetl. Myslím, že způsoby výuky fyziky (a ostatně i jiných předmětů) se od té doby nezměnily tolik, aby myšlenky v článku obsažené bylo možno považovat za překonané vývojem. A protože tou dobou v Aktuálně.cz vyšel zajímavý blog Ondřeje Šteffla, protože vzbudil velkou debatu, protože s Ondřejem v mnoha věcech souhlasím, ale také protože si myslím, že nestačí jen kritizovat a že je třeba přijít s konkrétními návrhy, navrhl jsem panu Stejskalovi, že svůj starý text rozdělím do tří částí, aktualizuji a lehce upravím, aby byl srozumitelný i mimo okruh učitelů fyziky, a předám mu k publikování. Pan Stejskal byl tak laskav, že s tím souhlasil, a tak dnes uveřejňuji první část tohoto blogu, kritický pohled na současný stav.

Máme-li na výuce fyziky něco zlepšit, musíme si především uvědomit, jaké by měly být cíle této výuky, co od ní chceme. Svou odpověď na tuto otázku nabídnu ve druhé části blogu.

A konečně ve třetí části navrhnu konkrétní prostředky, postupy, které by se podle mého názoru měly k těmto cílům vést.

Ve svém trojdílném blogu sice mluvím o fyzice, ale formulace problémů a návrhy na jejich řešení jsou aplikovatelné i na výuku v jiných oborech. Například při výuce cizího jazyka není podstatné, jak žák umí odříkávat slovíčka a časovat slovesa, ale jak se domluví s rodilým mluvčím.

Jsem povahou a vzděláním teoretik (vystudoval jsem teoretickou fyziku), ale uvědomuji si přitom pravdivost známého Marxova výroku "Teorie se stane materiální silou, ovládne-li masy". Proto jsem od roku 1989 napsal řadu učebnic fyziky pro 6. až 9. ročník základní školy, k tomu Astrofyziku pro gymnázia, fyzikální tabulky pro střední školy a také učebnice pro žáky se speciálními potřebami. Nakolik se mi přitom podařilo své vzletné teoretické proklamace přetavit v praktické učební materiály, to musí posoudit jejich uživatelé, učitelé a žáci. A jestli moje teorie zrovna "ovládly masy" ... no, asi ne.

A teď, po rozvláčném úvodu, konečně ten starý příspěvek na semináři o výuce fyziky.

Před lety jsem se účastnil natáčení videa o „nové maturitě“. Natáčelo se mimo jiné i na besedě se studenty na gymnáziu ve Slaném. Zeptal jsem se tam jedné náhodně vybrané dívky, na co působí větší vztlaková síla: na míč, nebo na přesně stejně velký kulatý kámen, když je oba ponoříme pod vodu? Jak se dalo čekat, řekla, že větší vztlaková síla působí na míč. Pak jsem se jí zeptal na Archimedův zákon. Jak se opět dalo čekat, odříkala ho naprosto dokonale. Vůbec ji při tom nenapadlo, že podle toho, co tak dobře uměla nazpaměť ("vztlaková síla se rovná tíze kapaliny tělesem vytlačené"), musí na míč i na kámen působit stejná vztlaková síla: kámen i míč mají stejný objem, proto vytlačí stejné množství vody.

Jak ukazuje tento jednoduchý pokus (a s nejméně 90 % pravděpodobností by dopadl stejně i s jinými studenty), znát nazpaměť definice, poučky a vzorce není k ničemu, neumíme-li je aplikovat na praktické situace. Fyzika totiž není žádná sbírka pouček a definic, fyzika je ve skutečnosti metoda řešení problémů. Jak umí žák fyziku, poznáme podle toho, jak řeší přiměřené problémy, ne podle toho, co umí nazpaměť. Na požádání odříkat například definici napětí nebo definici voltu dokáže i papoušek, na to není ještě potřeba znát fyziku. Ale jestliže někdo vyřeší problém, ať už teoretický, nebo experimentální, v kterém se vyskytuje napětí, a výsledek vyjádří ve voltech, pak asi pojmu „napětí“ opravdu rozumí. Prostě otázky typu „Jak je definováno napětí?“ nebo „Jak zní ten-a-ten zákon?“ by při zkoušení fyziky vůbec neměly padat, protože dobré porozumění fyzice není pro jejich zodpovězení podmínkou nutnou (tj. můžu na ně správně odpovědět, i když fyzice nerozumím - stačí se odpověď nabiflovat), a dokonce ani postačující (tj. můžu fyzice dobře rozumět, a přesto nedokážu dobře zformulovat znění nějakého zákona, třeba proto, že nemám dobré vyjadřovací schopnosti).

V tradici našeho školství je přitom vyžadovat od žáků především tyto reproduktivní vědomosti, tedy odříkávání definic, pouček, popisů atd. Jako jeden z dokladů pro toto tvrzení můžeme uvést první návrh katalogu požadavků ke „státní maturitě“ z fyziky z února 2000. Velká většina požadavků tam měla podobu jako „vysvětlit vztah mezi tlakovou silou a tlakem“, „definovat magnetický indukční tok a jeho jednotku“, „charakterizovat infrazvuk a ultrazvuk z hlediska frekvence“ atd. — tedy vesměs to, co se pilný student víceméně snadno naučí nazpaměť i bez toho, že by věci jakkoliv rozuměl. Naproti tomu požadavky, aby student uměl vyřešit nějaký fyzikální problém, tam byly zastoupeny velmi málo.

Uvedu jednu analogii. Ve své knize Lidská tragédie. Ruská revoluce 1891–1924 píše britský historik Orlando Figes o stavu ruské armády před první světovou válkou:

Velmi málo ruských vojáků obdrželo výcvik pro zákopovou válku. Starší generálové stále věřili, že v každé nadcházející válce bude hrát klíčovou úlohu kavalerie tak jako kdysi v osmnáctém století. Brusilovovu snahu cvičit vojáky na simulovaných dělostřeleckých bitvách odmítali jako zbytečné mrhání municí. Výcvik podle jejich představ bylo nekonečné pochodování na přehlídkách. Hezky se na to dívalo a vyvolávalo to dojem vojenské disciplíny a dokonalosti, ale příprava na moderní válku to byla nulová.

Připadá mi, že zkoušení definic, pouček a vzorců před tabulí je jako to pochodování na přehlídkách: Hezky se na to dívá a vyvolává to dojem disciplíny a dokonalosti, ale příprava na moderní technologickou dobu je to nulová. Dovednosti, které budou studenti potřebovat v praxi, se v hodinách fyziky učí možná tak málo, jako v ruské carské armádě dělostřelecké bitvy.

A nejde jen o biflování definic. Všichni jsme se asi učili, že nitro Země se dělí na kůru, plášť a jádro. Všichni také víme, že zemská atmosféra se dělí na troposféru, stratosféru a tak dále. Kdo ale ví, čím se liší třeba kůra od pláště Země? Čím je určena hranice mezi nimi? Prostě informace, že Země se dělí na kůru, plášť a jádro, je naprosto k ničemu, není-li doprovázena vysvětlením toho, co tyto pojmy znamenají a jak to víme, že právě tam a tam je hranice. Možná to, proč se Země dělí na tyto slupky, neví ani učitel, je to třeba příliš speciální informace, než aby bylo třeba o tom učit na gymnáziu. Vůbec by mi nevadilo, kdyby se to studenti neučili. Co mi vadí, je, že se učí právě jen odpapouškovat „Země se dělí na ...“, a přitom vůbec nevědí, co to znamená.

Uvedu k tomu ještě jednu historku ze života. Česká televize před časem vysílala vynikající seriál BBC Lidské tělo. Závěrečný díl byl „filmem o filmu“: popisoval, jak se ty skutečně mimořádné záběry z předchozích dílů natáčely. Jedním ze záběrů bylo dělení lidského vajíčka po oplodnění. Zatímco jsme na obrazovce viděli aparaturu, komentátor četl: „Mikroskop je uložen v Perspexově boxu ...“ Perspexův box? Aha, anglické slovo Perspex znamená plexisklo, píše se s velkým P, protože to byla původně obchodní značka, která se až později stala obecným pojmem, asi jako naše slovo "lux" pro vysavač. Anglické Perspex box je tedy prostě plexisklová skříňka, a na obrazovce opravdu bylo vidět, že mikroskop je uložen v plexisklové skříňce.

Tématu tohoto semináře se vymykají úvahy o neprofesionalitě štábu České televize, který neumí ani pořádně přeložit skvělý britský dokument. Ale měli bychom se zamyslet nad tímto: Český překlad komentáře přece četla a slyšela spousta lidí. Proč nikdo z nich neřekl „tak moment, co je to ten Perspexův box? Toto je pořad pro širokou vzdělanou veřejnost, já k ní patřím, proto bych mu měl taky rozumět.“ Vždyť se tak mohl zeptat i herec, který komentář četl! Místo toho všichni bezmyšlenkovitě papouškují nějaká slova, o jejichž významu nemají ponětí. Právě v tom vidím velmi špatné důsledky dnešního systému vzděláváni, nejen ve fyzice, ale ovšem také ve fyzice. Jak procházejí školou, setkávají se studenti s nekonečným přívalem nových slov, která jsou pro ně stejně nesmyslná jako „Perspexův box“. Patří k nim „plášť Země“, „druhohory“, „troposféra“ a konec konců i „Archimedův zákon“. Nikdo je neučí kriticky uvažovat, ptát se „co to znamená“, „jak to víme“, „jaké to má důsledky“. Zvyknou si bezmyšlenkovitě přijímat a papouškovat informace. Člověk, který se naučil odříkávat „troposféra, stratosféra, termosféra, exosféra“, ale neví, co tato slova znamenají, není vzdělanec, ale polovzdělanec. Malér může nastat, když do takto polovzdělaných myslí začnou vkládat informace různí populisté i prachobyčejní šejdíři s různými zázračnými vodičkami a televizními anténami, které chytají vlny „přímo ze vzduchu“ (cituji z jedné reklamy). Ostatně hysterie okolo jaderné energetiky je toho přímo ukázkovým příkladem (a mimochodem ukazuje, že nejen naše školy mají problémy s výchovou ke kritickému myšlení).

Nechtěl bych, aby můj kritický pohled na současný stav výuky fyziky vyzněl jako paušální odsudek učitelů. Jsou dobří učitelé a jsou špatní učitelé, to je stejné jako v jiných profesích. Učitel však je, podobně jako herec nebo muzikant, interpretem určitého scénáře. Špatný herec pokazí i dobrý scénář; na dobrého herce může být radost podívat se, i když hraje podle špatného scénáře, ale opravdu jen výjimečný herec, takový Werich, dokáže „vzít scénář do svých rukou“ a udělat ze špatného dobrý.

Scénářem je v této analogii naše celková tradice výuky vůbec a výuky fyziky zvlášť. Jejím vyjádřením jsou učebnice nebo osnovy, ale samozřejmě tradice je něco víc — osnovy můžete změnit ze dne na den, tradici nejdřív z generace na generaci. Jen totalitní režim může lámat tradice rychleji, a právě to se mu povedlo, když v sedmdesátých letech zaváděl svou nešťastnou reformu učiva. Bylo to v prostředí izolace od světových trendů, v době centralizovaného rozhodování, kdy se myšlenky neutkávaly ve volné konkurenci, ale na stranických výborech. Bohužel, většina dnešních učitelů vystudovala už takto „reformovanou“ střední školu; a tradice výuky se udržuje především tím, že učitel učí tak, jak byl sám učen.

Specifickou součástí naší tradice je přesvědčení, že české školství je lepší než jakékoliv jiné a že na něm není, až na platy, co měnit. Takové přesvědčení je škodlivé hlavně proto, že brání kritické sebereflexi. Zda je oprávněné, nebo ne, záleží na kritériích, podle nichž porovnáváme. Podle počtu faktů a vzorců, které si žáci před tabulí pamatují, jsme asi opravdu dobří. Jsou však i praktičtější kritéria. Podle http://www.epo.org/about-us/statistics/granted-patents.html udělil Evropský patentový úřad v roce 2010 tyto počty patentů podle země přihlašovatele (uvádím jen země se srovnatelným počtem obyvatel): Rakousko 667, Belgie 642, Švýcarsko 2389, Dánsko 515, Finsko 679, Irsko 150, Nizozemí 1725, Norsko 183, Švédsko 1467 ... a Česká republika 45. Připouštím, že v této statistice hraje roli i cena patentového řízení a další faktory, ale i tak je to poměr katastrofální.

Martin Macháček

Blogeři abecedně

A Aktuálně.cz Blog · Atapana Mnislav Zelený B Baar Vladimír · Babka Michael · Balabán Miloš · Bartoníček Radek · Bartošek Jan · Bartošová Ela · Bavlšíková Adéla · Bečková Kateřina · Bednář Vojtěch · Bělobrádek Pavel · Beránek Jan · Berkovcová Jana · Bernard Josef · Berwid-Buquoy Jan · Bielinová Petra · Bína Jiří · Bízková Rut · Blaha Stanislav · Blažek Kamil · Bobek Miroslav · Boehmová Tereza · Brenna Yngvar · Bureš Radim · Bůžek Lukáš · Byčkov Semjon C Cerman Ivo · Cizinsky Ludvik Č Černoušek Štěpán · Česko Chytré · Čipera Erik · Čtenářův blog D David Jiří · Davis Magdalena · Dienstbier Jiří · Dlabajová Martina · Dolejš Jiří · Dostál Ondřej · Dudák Vladislav · Duka Dominik · Duong Nguyen Thi Thuy · Dvořák Jan · Dvořák Petr · Dvořáková Vladimíra E Elfmark František F Fafejtová Klára · Fajt Jiří · Fendrych Martin · Fiala Petr · Fibigerová Markéta · Fischer Pavel G Gálik Stanislav · Gargulák Karel · Geislerová Ester · Girsa Václav · Glanc Tomáš · Goláň Tomáš · Gregorová Markéta · Groman Martin H Hájek Jan · Hála Martin · Halík Tomáš · Hamáček Jan · Hampl Václav · Hamplová Jana · Hapala Jiří · Hasenkopf Pavel · Hastík František · Havel Petr · Heller Šimon · Herman Daniel · Heroldová Martina · Hilšer Marek · Hladík Petr · Hlaváček Petr · Hlubučková Andrea · Hnízdil Jan · Hokovský Radko · Holásková Kamila · Holmerová Iva · Honzák Radkin · Horáková Adéla · Horký Petr · Hořejš Nikola · Hořejší Václav · Hrabálek Alexandr · Hradilková Jana · Hrstka Filip · Hřib Zdeněk · Hubálková Pavla · Hubinger Václav · Hülle Tomáš · Hušek Radek · Hvížďala Karel CH Charanzová Dita · Chlup Radek · Chromý Heřman · Chýla Jiří · Chytil Ondřej J Janda Jakub · Janeček Karel · Janeček Vít · Janečková Tereza · Janyška Petr · Jelínková Michaela Mlíčková · Jourová Věra · Just Jiří · Just Vladimír K Kaláb Tomáš · Kania Ondřej · Karfík Filip · Karlický Josef · Klan Petr · Klepárník  Vít · Klíma Pavel · Klíma Vít · Klimeš David · Klusoň Jan · Kňapová Kateřina · Kocián Antonín · Kohoutová Růžena · Koch Paul Vincent · Kolaja Marcel · Kolářová Marie · Kolínská Petra · Kolovratník Martin · Konrádová Kateřina · Kopeček Lubomír · Kostlán František · Kotišová Miluš · Koudelka Zdeněk · Koutská Petra Schwarz · Kozák Kryštof · Krafl Martin · Krása Václav · Kraus Ivan · Kroupová Johana · Křeček Stanislav · Kubr Milan · Kučera Josef · Kučera Vladimír · Kučerová Karolína · Kuchař Jakub · Kuchař Jaroslav · Kukal Petr · Kupka Martin · Kuras Benjamin · Kutílek Petr · Kužílek Oldřich · Kyselý Ondřej L Laně Tomáš · Linhart Zbyněk · Lipavský Jan · Lipold Jan · Lomová Olga M Máca Roman · Mahdalová Eva · Máchalová Jana · Maláčová Jana · Málková Ivana · Marvanová Hana · Mašát Martin · Měska Jiří · Metelka Ladislav · Michálek Libor · Miller Robert · Minář Mikuláš · Minařík Petr · Mittner Jiří · Moore Markéta · Mrkvička Jan · Müller Zdeněk · Mundier Milan · Münich Daniel N Nacher Patrik · Nachtigallová Mariana Novotná · Návrat Petr · Navrátil Marek · Němec Václav · Nerudová Danuše · Nerušil Josef · Niedermayer Luděk · Nosková Věra · Nouzová Pavlína · Nováčková Jana · Novák Aleš · Novotný Martin · Novotný Vít · Nožička Josef O Obluk Karel · Ocelák Radek · Oláh Michal · Ouhel Tomáš · Oujezdská Marie · Outlý Jan P Pačes Václav · Palik Michal · Paroubek Jiří · Pavel Petr · Pavelka Zdenko · Payne Jan · Payne Petr Pazdera · Pehe Jiří · Peksa Mikuláš · Pelda Zdeněk · Petrák Milán · Petříček Tomáš · Petříčková Iva · Pfeffer Vladimír · Pfeiler Tomáš · Pícha Vladimír · Pilip Ivan · Pitek Daniel · Pixová Michaela · Plaček Jan · Podzimek Jan · Pohled zblízka · Polách Kamil · Polčák Stanislav · Potměšilová Hana · Pražskej blog · Prouza Tomáš R Rabas Přemysl · Rajmon David · Rakušan Vít · Ráž Roman · Redakce Aktuálně.cz  · Reiner Martin · Richterová Olga · Robejšek Petr · Ruščák Andrej · Rydzyk Pavel · Rychlík Jan Ř Řebíková Barbora · Řeháčková Karolína Avivi · Říha Miloš · Řízek Tomáš S Sedlák Martin · Seitlová Jitka · Schneider Ondřej · Schwarzenberg Karel · Sirový Michal · Skalíková Lucie · Skuhrovec Jiří · Sládek Jan · Sláma Bohumil · Slavíček Jan · Slejška Zdeněk · Slimáková Margit · Smoljak David · Smutný Pavel · Sobíšek Pavel · Sokačová Linda · Soukal Josef · Soukup Ondřej · Sportbar · Staněk Antonín · Stehlík Michal · Stehlíková Džamila · Stránský Martin Jan · Strmiska Jan · Stulík David · Svárovský Martin · Svoboda Cyril · Svoboda Jiří · Svoboda Pavel · Sýkora Filip · Syrovátka Jonáš Š Šebek Tomáš · Šefrnová Tereza · Šimáček Martin · Šimková Karolína · Šindelář Pavel · Šípová Adéla · Šlechtová Karla · Šmíd Milan · Šojdrová Michaela · Šoltés Michal · Špalková Veronika Krátká · Špinka Filip · Špok Dalibor · Šteffl Ondřej · Štěpán Martin · Štěpánek Pavel · Štern Ivan · Štern Jan · Štětka Václav · Štrobl Daniel T T. Tereza · Táborský Adam · Tejkalová N. Alice · Telička Pavel · Titěrová Kristýna · Tolasz Radim · Tománek Jan · Tomčiak Boris · Tomek Prokop · Tomský Alexander · Trantina Pavel · Tůma Petr · Turek Jan U Uhl Petr · Urban Jan V Vacková Pavla · Václav Petr · Vaculík Jan · Vácha Marek · Valdrová Jana · Vančurová Martina · Vavruška Dalibor · Věchet Martin Geronimo · Vendlová Veronika · Vhrsti · Vích Tomáš · Vlach Robert · Vodrážka Mirek · Vojtěch Adam · Vojtková Michaela Trtíková · Vostrá Denisa · Výborný Marek · Vyskočil František W Walek Czeslaw · Wichterle Kamil · Wirthová Jitka · Witassek Libor Z Zádrapa Lukáš · Zajíček Zdeněk · Zaorálek Lubomír · Závodský Ondřej · Zelený Milan · Zeman Václav · Zima Tomáš · Zlatuška Jiří · Zouzalík Marek Ž Žák Miroslav · Žák Václav · Žantovský Michael · Žantovský Petr Ostatní Dlouhodobě neaktivní blogy