Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.
Сейчас в книжных магазинах продаются пестрые, небольшого формата брошюры из серии образовательная манга [1–3], иначе занимательная физика для студентов. Несколько экземпляров таких брошюр попались мне в руки, выводы и результаты анализа учебной ценности данных учебных материалов представлены в данном сообщении.
Сюжет большинства этих книг развивается вокруг незамысловатого сценария: студенту или студентке необходимо выучить университетский курс, например квантовую механику или теорию электромагнетизма и сдать экзамен по этому предмету. И вот когда у обучающегося все становится совсем плохо, появляется наставник в образе сэнсэя или сотрудницы физической лаборатории, которые берутся помочь отстающему. Далее на страницах таких брошюр в краткой форме излагаются основные положения учебного курса, сам процесс обучения разбит на отдельные сцены — рисунки, в которых действующие лица — ученик и учитель ведут диалог, рассматривая вопросы изучаемой дисциплины.
Занимательные черно-белые рисунки вносят в учебный процесс наглядность и время от времени переключают внимание с теории на виртуальных участников учебного процесса, создавая кратковременную разрядку обучающегося. Вместе с героями манги, читатель изучает основные понятия и законы учебного курса. Вообще то использование диалога между учителем и учеником, хорошо известный способ подачи материала в образовательной литературе, можно например, вспомнить брошюры из серии «Это очень просто!». Новаторским приемом образовательной манги является замена текстов рисунками, что позволяет получать информацию в виде зрительных образов. Такой подход является как бы продолжением японского способа получения информации при помощи иероглифического письма.
В качестве примера рассмотрим брошюру «Занимательная физика. Электромагнетизм» [1]. Ниже представлено название серии и название брошюры на японском языке.
В первой строке название серии представлено словосочетанием «манга» на катакане и «дэвакару» на хирагане, последнее означает «можно понять». Написанное словосочетание имеет смысл: «учись с мангой». Четыре иероглифа во второй строке слева направо означают следующее: первый иероглиф — электричество, второй — магнетизм, третий — воздух и четвертый — обучение. Вместе четыре иероглифа переводятся на русский язык как электромагнетизм.
Среди многих обучающих рисунков, связанных с электрическим и магнитным полями, которыми наполнена эта брошюра, хочется отметить следующий пример о действии силы Лоренца на заряженную частицу. Объяснение и иллюстрации, приведенные ниже, взяты из брошюры [1]. Рассмотрим неподвижную заряженную частицу +q, расположенную поблизости от проводника, по которому течет постоянный электрический ток. Как известно на такую частицу сила Лоренца не действует. Однако на ту же частицу, которая движется относительно проводника с током, сила Лоренца действует. Как наблюдатель, движущийся вместе с частицей и неподвижный относительно ее, объяснит появление силы. В первом и во втором случае заряженная частица и наблюдатель неподвижны относительно друг друга.
Объяснение заключается в следующем. Все заряды в проводнике действуют на заряд вне проводника, но поскольку количество положительных и отрицательных зарядов в проводнике с током одинаковое, их взаимодействие приводит к тому, что результирующая сила, действующая на частицу вне проводника, равна нулю. Следовательно, на неподвижный заряд снаружи проводника с током сила Лоренца не действует. Эта ситуация иллюстрируется на рис. 1 слева.
Для того чтобы объяснить появление силы в случае движущейся заряженной частицы привлекается специальная теория относительности и в частности такой эффект, как лоренцево сокращение длины. Наблюдатель, движущийся рядом с зарядом, смотрит на провод с током и заметит, что одни заряды (отрицательные) в проводнике движутся быстрее, а другие заряды (положительные) — медленнее. Поскольку лоренцево сокращение тем сильнее, чем выше относительная скорость, для положительного и отрицательного зарядов лоренцево сокращение различно и определяется формулами:
Величина υ ± υ0 хоть и очень мала, но не равна нулю. В результате степень сжатия отрицательных зарядов оказывается больше, чем положительных. Наблюдатель, который двигается вместе с заряженной частицей по направлению электрического тока, видит, что плотность отрицательных зарядов в проводе больше, чем положительных. Следовательно, на движущуюся вне проводника заряженную частицу действует сила притяжения. На рис. 1 в правой части эта сила обозначена как F. Таким образом, положительный заряд при движении в направлении тока в проводнике будет притягиваться к проводу с током.
Однако некоторые брошюры образовательной манги не лишены и недостатков, которые уменьшают их полезность. Основные недостатки данного учебного ресурса заключаются в сложности качественного перевода с японского на русский язык и в выборе обучающей важности иллюстративного материала. И хотя в сопутствующей рекламе серии образовательной манги отмечено, что все книги проверены преподавателями и профессорами ведущих профильных вузов для точного перевода и адаптации, реальность может существенно отличаться от рекламных слоганов.
Например, рассматриваемая брошюра имеет большое количество рисунков, которые в большинстве случаев понятны с первого взгляда. Это явно положительная сторона данного издания, чего не скажешь о качестве перевода на русский язык, особенно во второй части книги. На рис. 2 показан пример неудачного перевода. Давайте попытаемся разобраться в тексте, размещенном над известной формулой. Как видно дословный перевод «спираль магнитного поля равна временным изменениям» — и звучит странно, и мало что объясняет.
Очевидно, над этой фразой надо было поработать специалисту, возможно, что перевод был бы таким: «вихрь электрического поля равен со знаком минус производной магнитной индукции по времени». Если не использоваться термином «производная по времени», то фраза могла бы быть такой, «вихрь электрического поля определяется скоростью изменения магнитной индукции».
Рассмотрим другой пример, в котором рисунок поясняет суть проблемы нагляднее, чем текст, который принадлежит обучающему персонажу, сотруднице физической лаборатории Шиэру. На рис. 3 видно, что здесь объясняется мысленный эксперимент по зарядке конденсатора, который привел Максвелла к понятию «тока смешения». Фраза «если изменить форму плоскости, ток не пропускается», представленная в правой части рисунка, требует корректировки. Поэтому неудивительно, что первокурсник Андо Рэн — обучаемый персонаж брошюры — высказался в такой резкой форме. В этом случае вместо слова «плоскости» надо использовать термин «поверхность» и тогда фраза «если изменить форму поверхности, натянутую на контур так, как показано на рисунке, то ток через такую поверхность не потечет» становиться читабельной и грамотной с физической точки зрения.
Очевидно, трудно поддерживать легкий стиль изложения, освещая сложные научные вопросы. Эта проблема в брошюрах решена следующим способом, некоторая часть учебного материала представлена в форме текста с формулами, а другая в форме рисунков. Для этого в брошюрах серии сделаны врезки, в которых излагается обычный текст в формате классического учебника без участия героев книги. Читатель имеет право выбрать свой способ чтения главы: поверхностный, без детальной проработки материала с выводом формул или глубокий с работой над материалом во врезках.
Обратимся к другой брошюре «Занимательная манга. Квантовая механика». Четыре иероглифа во второй строке слева направо означают следующее: первый иероглиф — количество, второй — ребенок, третий — сила и четвертый — обучение, первые два иероглифа переводятся как квантовая, а сочетание третьего и четвертого как механика, поэтому четыре иероглифа вместе — квантовая механика.
В брошюре дается подробное развитие представлений о микромире с античности до наших дней. Большое внимание уделено развитию квантовой физики на рубеже 20 века, освещаются открытия таких великих физиков как Бальмер, Планк, Шредингер, Гейзенберг, Бор. В заключительной части брошюры читатель знакомится с современными возрениями на элементарные частицы, теорию струн.
В качестве обучающего материала в данной брошюре, рассмотрим вопрос о схлопывании функции вероятности, на примере обнаружения электрона в атоме. На рис. 4 показана функция распределения вероятности (волновая функция), описывающая вероятность обнаружения электрона в разных точках атома и возможное местоположение электрона.
Если наблюдатель не воздействует на электрон его вероятность быть обнаруженным в атоме характеризуется волной распределения вероятностей в соответствии с уравнением Шрёдингера. Слева на рис. 4 показан график, изображающий волновую функцию в виде колебания волны вероятности. На этом этапе однозначно определить положение электрона невозможно — электрон распределен по всем возможным положениям, подобно облаку. В качестве примера на рисунке показаны четыре таких возможных положения электрона, обозначенных соотвественно A, B, C и D.
Однако если наблюдатель провел эксперимент, в результате которого было установлено, что электрон находится в точке пространтва B (на рис. 4 справа), то это означает, что вероятность обнаружить электрон в других точках стала равна нулю, поэтому график волновой функции схлопнется в линию, восстановленную из точки B.
В статье рассмотрены брошюры японского учебного ресурса, предназначенного для студентов, изучающих разные разделы общей физики: термодинамику, электромагнетизм, квантовую механику и т. д. Использованный подход, основанный на изложении сложного материала с помощью наглядных рисунков и коротких текстовых объяснений, заслуживает внимания. Однако показаны и сложности, возникающие при использовании данных учебных материалов.
