Fizikai Szemle honlap

Fizikai Szemle 1965. 324.o.

Gondolatok a korszerű fizikaoktatáshoz

A Commission Interunions de l'Enseignement de Sciences (C. I. E. S.) kongresszusa Dakar-ban, Szenegál Köztársaság.

Ez év január 1822 napjain rendezték meg Dakar­ban a C. I. E. S. kongresszusát az UNESCO, a Francia Együttműködési Minisztérium és a Ford-alapítvány támogatásával. A plenáris kongresszust január 14-18-án munkacsoportok ülésezése előzte meg, mindkét fázist be­vezetően pedig felkért referensek dolgozták ki írásban a csillagászat, kémia, krisztallográfia, földrajz, geoló­gia, matematika, mechanika és fizika korszerű oktatá­sának feltételeit és kívánatos formáit. Terjedelmes dol­gozataikat két hónappal a megnyitás előtt megküldték a kongresszus résztvevőinek. Maga a kongresszus a Dakar-i egyetem természettudományi karán ülésezett M. H. Stone professzor, Chicago, elnök és P. Fleury professzor, Párizs, főtitkár vezetésével. Angol és francia volt a hivatalos nyelv, a kongresszus hivatalos címe: Sur l'Enseignement des Sciences et le Progrés Économique, illetve On Science Teaching and Economic Growth.

Egy kivétellel minden világrész képviselve volt. Az alábbi országok küldték el képviselőiket:

AFRIKA: a két Kongó, Dahomey, Elefántcsont­part, Libéria, Mali, Nigéria, Szenegál, Sierra-Leone, Tunézia.

AMERIKA: Argentína, Brazília, Kanada, Egyesült Államok.

ÁZSIA: India, Japán, Pakisztán, Thaiföld.

EURÓPA: Belgium, Dánia, Franciaország, Német Szövetségi Köztársaság, Olaszország, Hollandia, Románia Svájc, Egyesült Királyság. Mindössze 27 ország 100 körüli számú kiküldöttel. Talán megemlíthetem, hogy Nigériából hatan vettünk részt: két nigériai (egyik a Szövetségi Oktatásügyi Mi­nisztériumból, másik az Ibadáni Egyetemről) és négy tengerentúli. A felsőoktatásban országosan is kb. ez lehet az arány.

*

Előkészületben elolvasva a felkért referensek dolgo­zatait az embernek az volt az első és igen erős benyo­mása, hogy széles körben tudatossá válik egy régi igaz­ság. Nevezetesen, hogy a természettudományok külön­böző ágai igen szoros kapcsolatban vannak egyrészt egy­mással, másrészt pedig a matematikával. Néhány hivat­kozás jól mutatja ezt. Minnaert professzor, Hollandia, dolgozatában olvashatjuk, hogy régi idők óta két tudo­mány nyújtott alapvető segítséget a csillagászatnak, a matematika és a fizika. Az utóbbi fél évszázad alatt nagy­mértékben megnőtt a csillagászatban a fizika fontossága. A korszerű csillagászat nem csupán az égi mechanikára épít, nagyobb mértékben használja fel a fizika egyéb feje­zeteit. Napjainkban a hidrodinamika, magnetohidrodina­mika és plazmafizika bevezetése adja a csillagászat sajá­tos vonásait, valamint a rádiócsillagászat és űrkutatás technikai módszereit. - Schwab professzor, Német­ország, pedig többek között a következőket írja kémiá­val foglalkozó előterjesztésében. A régebbi időben a ve­gyésznek csak annyiban volt szüksége fizikára, hogy józanul ítélje meg kísérleti munkájának egyes elemeit, mint aminők pl. vákuum, desztillálás, gázáram, hidro­sztatika. E célból elégséges volt az orvostanhallgatóké­nak megfelelő kísérleti fizikai tanfolyam. Ez a helyzet lényegesen megváltozott az utóbbi 30-40 évben. Ma­napság a fizika nagyon mélyen, valódi alapjaiban átjárja a kémiát. Elég, ha csak a kvantummechanika fontossá­gát említjük a kémiai kötés elméletében. A felületi isme­reteknél több tudást kell adnunk a kémikus hallgatónak, éspedig nemcsak a kísérleti fizika oldaláról. Itt ti. egy elektronikai kiegészítő tanfolyam fedezni tudná a kor­szerű igényeket. De sokkal több elméleti fizikára van szükség, mint az előző időkben. A nehézség csak ott van: honnan vegyük az ehhez szükséges tanulmányi időt? Azt javasolta mindamellett, hogy legalább egy kémia­mentes félévet kell hagyni a fizikai ismeretek megszerzé­sére. Az aztán a fizikus professzorok feladata, hogy mit sűrítsenek bele ebbe a félévbe. - Vagy nézzünk néhány mondatot Neville professzor, Egyesült Királyság, geológiával foglalkozó tanulmányából. A geofizika prob­lémái csaknem kivétel nélkül a föld egyes rétegeinek relatív mozgását érintő mechanikai problémák, az anya­gok szilárdságára, hullámok átbocsátására, a viszkozus folyásra, halmazállapotváltozásokra, mágneses mezőkre, hőtani körfolyamatokra és entrópiára vonatkoznak, a fizika csaknem minden fejezetére. Megoldásukhoz, vagy éppen felismerésükhöz is a laboratóriumi fizikában való széleskörű ismeretekre és az elméleti fizika megértésére van szükség. - Volt azonban negatív előjelű megnyilat­kozás is. Temple professzor, Egyesült Királyság, a me­chanikával kapcsolatban ezt mondja: „A mechanikát az ezen a területen ténylegesen dolgozó tudósnak, vagyis mérnöknek kell oktatnia és nem matematikusnak vagy ­fizikusnak. Úgy látszik, hogy a fizikusok elvesztették érdeklődésüket a mechanika iránt és ennek következté­ben tanításuk felületessé és érdektelenné kezd válni.” Elgondolkoztató megállapítás. - Általában igen sok szó esett a fizika és matematika összefonódottságáról. Igen erősen megnyilatkozott a kongresszus egész folyamán a matematika ereje. Itt sem maradhat említés nélkül a matematika uralkodó szerepe mai világunkban. Sze­mélyes érdeklődésből folyóan a matematikával és fizi­kával foglalkozó megbeszéléseken vettem részt inkább, és a jelen referátumban is ezekre térek ki.

A kongresszus első fázisában az alábbi hat munka­csoport működött.

  1. A matematika, fizika és kémia tanításának felté­telei biológusok képzésében, különösen 14 és 20 év között. Elnök: Heller professzor, Francia­ország
  2. A matematika helye geológusok képzésében és a földtudomány ok tanításában, különösen 14 és 20 év között. Elnök: George professzor, Egyesült Királyság
  3. Fizikusok számára végzett matematikatanítás programja és időelosztása. Elnök: Pisot profes­szor, Franciaország
  4. Természettudományok tanítása alsó és középső fokon. Alapelvek és ezek végrehajtása, tanárkép­zés. Elnök: Fehr professzor, Egyesült Államok
  5. Technikusok gyors képzése a fejlődő országok számára és szaktechnikusok képzése minden or­szág számára. Elnök: Bernard professzor, Franciaország
  6. A természeti kincsek megőrzése és kiaknázása. Általános oktatás és szakintézmények szervezése. Az előterjesztett javaslatok szerzői: az UNESCO Természeti Kincsek Osztálya és BAER professzor, Svájc.

A munkacsoportok ajánlásaikat a kongresszus plé­numa elé terjesztették megvitatásra.

Stone professzor, a C. I. E. S. elnöke megnyitó beszédében kiemelte a természettudományok tanítása és a gazdasági fejlődés között felismerhető kapcsolatokat. Több szónok ebből a szempontból fogta meg a közokta­tásba tett befektetések kiértékelését és hangsúlyozta annak szükségességét, hogy a közoktatással kapcsolatos kérdések megoldásának mindenfajta megközelítése a gazdasági fejlődést szolgálja. Az oktatásnak alkalmaz­kodnia kell a meglevő körülményekhez. Ezt a vonalat követve Fehr professzor, Columbia Egyetem, terveze­tet mutatott be leendő természettudományos képzett­ségűek, fizikusok számára a fejlődő országokban szerve­zendő matematika-tanfolyamhoz. A főbb szempontok ezek:

1
A tartalom megválasztása - A fizikus végezze
2
Terjedelem és időrend- Matematikusok, nevelők, vezető tanárok és pszichológusok dönt­sék el.
3
Újítások bevezetése- Helyi vezetőt és külső tanácsadót igényel. Kísérleti osztályok szervezése kívánatos.

Dr. Gay, a libériai Cuttington College tanára, bemu­tatta egy példán, hogy adott esetben hogyan hajtottak végre egy ilyen programot. Ez volt a beszámoló váza:

1
 Tervező értekezlet - Két-három nap
2
 Író értekezlet - Egy-két hónap
3
 Kísérleti osztályok - Egy év, gondos felügye­let mellett
4
 Újraíró értekezlet - Egy-két hónap. Ugyan­azok a személyek, mint 2-ben
5
 Az újraírt anyag használatának
elterjesztése		 - Fokozatosan.

A fizikaoktatás korszerűsítésével foglalkozó referá­tumot BROWN professzor, USA, készítette. Címe: „Recents Trends in Physics Education”. Az alábbiak jó­részt erre alapozódnak.

Korunkban, az atomenergia és űrutazások korában világszerte új felülvizsgálat alá kerülnek a matematika és természettudományok oktatásának módozatai. Messzire nyúló változások vannak folyamatban a fizika tantervekben, új oldalról közelítik meg fizikusok és nem­fizikusok nevelésének kérdéseit. Igen kiterjedt és alapos reformot hajtottak végre az utóbbi évtized alatt az Egyesült Államokban a Physical Science Study Com­mittee (PSSC) égisze alatt. Ennek egyik alapvető követe­lése, hogy a diák be-nem-fejezett tevékenységesek lássa a fizikát, és ezért csak a lehetséges minimumot kapja biztos végeredmények formájában. E célok elérése érde­kében szigorúan le kell szűkíteni a fizika tanítási anyagát az alapelvek mélyebb kifejtése és a korunkbeli fizikus gondolkodás jobb megértése érdekében. Fejtegetések, problémák, kísérletek és filmek segítségével kell meglát­tatni a tanulókkal, hallgatókkal, hogyan jutottunk el annak belátására, hogy az első pillanatban folyamatos­nak tűnő anyag valójában atomos. A gázok molekuláris elméletével kapcsolatosan kialakított model igen hatá­sosnak bizonyult sok kérdés megoldásában, amikor továbbvitték a fényjelenségek területére. Végül is egy új modelhez jutottunk el, amiben összetevődnek az anyagról és sugárzásról való elképzeléseink.

Szeretnék itt kis kitérést tenni azirányban, hogyan tükröződnek ezek az újítási törekvések az angol nyelvű tankönyvirodalomban. J. Orear professzor, Cornell University, „Fundamental Physics” című divatos és valóban érdekes könyvét említeném elsőnek. A szerző az alapelvek kifejtését tartja fontosnak, és ezért könyvé­ből hiányoznak olyan fejezetek, mint pl. gépek, forgó testek dinamikája, fotometria, optikai eszközök, válta­kozó áramok elmélete, kalorimetria, rugalmasság, akusztika stb. Mindezek az alkalmazott fizika területére esnek. A „Fundamental Physics” ezzel szemben az emberi elmé­nek a meglepetésekkel terhes természet ellen vívott har­cának leírása. A fizikatanárok egy része bizonyára úgy érzi, aggodalmaskodik a szerző, hogy pl. elektronfelhők, a kémiai kötés kvantumelmélete, Fermi-energia, idő­dilatáció, magszerkezet, kozmológia és a paritás meg­maradása nagyon elvont és nehéz témák kollégiumi szin­ten. Orear professzor több éven át tartott ilyen előadássorozatokat és ezek során azt tapasztalta, hogy nem­fizikus hallgatóknak nagyobb nehézséget okoz Newton harmadik törvényének megértése, mint pl. a Fermi­-energia megértése. Ezek a hallgatók jó „hozzállással” fejezték be a tanfolyamot és kifejezetten a modern fizika mellett nyilatkoztak a klasszikus fizika rovására. Magán­tanulásra szánt programozott segédkönyv tartozik a közel 400 oldalas, kitűnően illusztrált könyvhöz. - Szél­sőséges ellentétek találhatók az angol tankönyvek terü­letén. Közismert tény, hogy míg Amerikában az „új = jó”, nem mindig igaz, fogalomtársítás érvényes, addig Angliában az ugyancsak általánosan ismert és csaknem kötelezőnek számító konzervativizmus is felbukkan, mint akadály az egyéb nehézségek mellett. (Ez a két ellentétes felfogás szépen tükröződik a két ország ugyan­csak különböző gazdasági fejlődésében is.)

Visszatérve a kongresszus anyagára, közelebbről Brown professzor referátumára, egy másik jelentős nemzeti kísérletről tehetünk említést. A brazíliai nevelési, tudományos és kulturális intézet (IBECC) az UNESCO támogatásával mélyreható fizikaoktatási reformot haj­tott végre az utóbbi években. Felismerték annak szük­ségét, hogy a mindennapi élet tapasztalataival szorosan összefüggő fizikaoktatást kell bevezetni elemi fokon, minthogy a gyerekek jelentős része nem jut el a közép­iskolába, a fizika valamelyes ismerete pedig korunkban az általános emberi műveltség szerves része. A közép­iskolákban viszont a lehető maximális mértékben vezet­tek be laboratóriumi gyakorlatokat, hogy véglegesen szakítsanak a krétafizikával (Chalk-and-Talk Physics). A tanulók otthoni használatára kísérleti eszközöket bocsátanak forgalomba önköltségi áron. Televíziós prog­ram, tehetségkutató versenyek és tanszerkiállítások segí­tik a fizika iránti érdeklődés felkeltését és megtartását. Fizikában és más természettudományokban használható kísérleti dobozokat állítanak elő. Olcsó felszereléssel lát­ják el az iskolákat. Díjtalan havi folyóirat és egyéb nyomtatványanyag jelenik meg a tanárok számára. Évente kongresszust tartanak a fizikaoktatás kérdé­seiről.

Ez a brazil kísérlet tulajdonképpen az UNESCO Pilot-project néven ismert oktatási reformprogramjának első fázisa. Részletesebben szerepelt az egy évvel előbb Abidjan-ban, Elefántcsontpart, az UNESCO rendezé­sében összehívott, kisebb méretű, de lényegében a dakari­hoz hasonló konferencián. Nem lesz talán érdektelen, néhány mondatot közbeiktatni róla. 1963/64-ben nyolc latinamerikai ország tanárainak részvételével kidolgoz­ták a fény fizikáját, amit a jelen tanévben egy kísérleti osztályban próbálnak ki 30 tanulóval. A szöveg a programozott oktatás technikáját követi, és öt kötetben jelent meg „FISICA DE LA LUZ” címen, egyelőre portugál nyelven. Lefordítása első sorban angolra, de más nyelvekre, köztük magyarra is, szerepel az UNESCO programján.

Brown professzor tanulmánya kihangsúlyozza a fizika és más tárgyak kapcsolatait és a közöttük lehetsé­ges és kívánatos együttműködést. Legszorosabb kapcso­lat van a fizika és matematika között.

A két tárgy együttműködése szempontjából a „C” csoport programja volt a legfontosabb, a bemutatott el­gondolások figyelmet érdemelnek. Az általános elvek között olvassuk pl., hogy az anyag egy részét szigorú bizonyításokkal kell tanítani az oktatási rendszer min­den fokán (A), míg más anyagrészeket csak megfogal­maznak szemléleti, vagy analógiás alapon a gyakorlati felhasználás céljára, de bizonyítások nélkül (B). A tan­anyag sorrendjét a fizikusok követte sorrendnek meg­felelően kell megállapítani, evégre a két szak tanárainak szoros együttműködésére van szükség. A gyakorlatok anyagát a fizika és csillagászat területéről kell venni. Részletes terveket közölt a munkacsoport, ebből itt lát­tuk a középiskolákra vonatkozó részt:

A
B
Sorok, sorozatok elmélete
Valós számok
Relációk
Grafikus módszerek
Csoportelmélet
Primitív függvény
Egész számok
Exponenciális függvény
Komplex számok
Logaritmus
Trigonometria
Számolóléc
Vektorterek
Vektorfüggvények
Differenciál és integrál
Lineáris programozás
Állandó együtthatós
differenciálegyenletek
Elemi valószínűség
Analitikus geometria
Elemi elméleti statisztika

Az A oszlopban vannak a szigorúan tanítandó anyag­részek, B-ben pedig a bizonyítás nélküliek. Az anyag­részek hasonló szétválasztása két csoportra a fizikán belül is lehetséges, itt a második csoportba sorolt anyagrésze­ket csak leíró módon közölnénk.

A
B
Erő
Munka, potenciálkülönbség
Teljesítmény
Hőmérséklet, fajhő
Geometriai optika
Fagyás
Rezgések geometriája
Párolgás
Interferenciák
Hullámok az optikában:
Hullámhossz
 törésmutató
Doppler-hatás
 fényszóródás
Sebesség
Elemi spektroszkópia
Gyorsulás, kapcsolat az erővel
Atomelmélet
Centrifugális erő
Fényelnyelés, fénykibocsá­tás, fekete test
Lineáris oszcillátor
Stefán törvénye
Elektromosság: Ohm, Joule,
A magfizika elemei
Lenz, Laplace törv.
E = mc2
Tökéletes gáz
Akusztika: hurok, sípok
Váltakozó áramok:
Hőgépek
induktív és kapacitív ellenállás
Energiaátalakulások
Csillagászat: Kepler törv.
Asztrofizika:
bolygók, Newton törv.
csillagok sugárzása

A programot matematikusok állították össze a jelenlevő fizikusok előterjesztette kívánságok figyelembevételével.

A különlegesen afrikai viszonyok szemléltetésére néhány részlet Dr. Gay „Nevelés és matematika a libé­riai Kpelle törzsben” címen tartott előadásából. Gay hat éve él a Kpelle törzsben és rendkívül érdekes tapasztala­tokról számolt be. A törzsbeliek magatartását és gondolkodását az elődök és öregek feltétlen tisztelete, szélsősé­ges konzervativizmus jellemzi. Meggyőződésük, hogy a törzs egészében a teljes tudás birtokában van, és csak idő kérdése, hogy az öregek fokozatosan bevezessék a fiata­lokat a tudományokba. Mindent elfogadnak úgy, ahogyan az öregektől kapják, nem kérdeznek semmit. Ha mégis kérdez valaki valamit, az sértésnek számít és nem egy­szer kellemetlen következményekkel jár. Ez persze nem tesz jót az önálló és különösen az elvont gondol­kodásnak. Egy eset. A tanító azt mondotta, hogy a rovarnak nyolc lába van. Az egyik gyerek törté­netesen megszámolta egy hangya lábait, majd min­denféle rovarokat gyűjtött és lábakat számlált, és min­den esetben „csak” hatot talált. Amikor ezt a tanítónak megmondta, a tanító jól megverte a gyereket, és a rova­roknak továbbra is nyolc lábuk van abban az iskolában. - Igaz, ezek a messze Libériában történtek egy törzsi kisiskolában, az is igaz, hogy mi itt Nigériában ennél előbbre vagyunk, és hogy pl. az én diákjaim középiskolát végeztek, mindamellett sok olyan nehézség bukkant fel saját tanítási gyakorlatomban is, amire Gay fejtegeté­seiben találtam magyarázatot. A nagyon érdekes beszá­moló bizonyos javaslatokkal zárult. A tanító ne legyen új tekintély, aki egyszerűen helyettesíti a szülőket és a törzsbeli öregeket. A gyerek tekintélyre alapozott fele­letet vár, nem szabad, hogy ilyen feleletet kapjon. A törzsbeli öregek bekötött szemmel vezették a fiatalo­kat a jövőbe és ezért a jövő olyan lett, amilyen a múlt volt. Arra kell megtanítani a gyereket, hogy helyesen lássa a törzsi kultúrát és tovább tudjon haladni egy új, dinamikus társadalom felé. Nyilvánvaló, hogy ennek elérése érdekében az oktatási anyagot annak a közösség­nek a tagjai hivatottak megállapítani, amelyik közösség számára készülnek. Az első lépés megtörtént ENTEBBE-ben, Uganda, ahol afrikai, európai és amerikai matema­tikusok és nevelők iskolai szövegkönyveket és vizsgai anyagot állítottak össze az angol nyelvű trópusi országok számára. Tervezik a program folytatását a különböző természettudományok területén. - Ismételten beszél­tem az előadóval, erősen foglalkoztattak jellegzetes, ele­ven megfigyelései és éles analízise. Kérdésemre, hogy meddig szándékozik még Libériában tanítani, bizonytalanul felelt. Lehet hogy még két évig, de lehet, hogy húszig. Pedig nincs könnyű dolga. Eszembe jutott egyik hallgatóm ismerkedése a kézi nagyítóval. Laboratóriumi gyakorlaton hőmérsékletet kellett mérni. Ötödfokos pon­tosságú hőmérőt használtunk, a tizedfokok leolvasásá­hoz kézi nagyítókat osztottam ki. Az egyik hallgató megkérdezte, hogyan kell használni, még nem látott nagyítót. Megmutattam neki a fókuszpontot, mondot­tam valamit a tárgy és kép viszonyáról, majd kitettem egy csavart az asztalra. Megmutattam, hogyan tartsa a nagyítót és hol legyen a szeme. Észrevehetően meghök­kent, amikor rövid próbálgatás után „bejött” a kép. Aztán megkezdődött az élmény feldolgozása. Különböző helyzetekben és irányokból nézegette a csavart nagyító­val és nagyító nélkül, közben saját maga meggyőzésére többször meg is tapogatta. Csak álltam mellette és figyel­tem arcjátékát és szemkifejezését. Tanulmányt lehetne róla írni. Az olvasónak látnia kellett volna ennek a fiatalembernek örömét, amikor végül is tudatosan és pontosan leolvasta a hőmérsékletet. Erre az esetre gondoltam, és megértettem Gay dr.-t, hogy ezekért az örömökért vál­lalja a rendkívüli nehézségeket. Úgy látszik, igaz az az errefelé ismert szólásmondás, hogy Afrikát meglátni, meg­ismerni és megszeretni csak fokozatok kérdése.

*

A hivatalos programot, mint ilyen esetekben szoká­sos, kirándulások és különböző társadalmi rendezvények, fogadások egészítették ki. A nyitott tenyér formájú fél­szigeten épült rendezett város és környéke sok lehetősé­get kínál. Igen érdekes volt látogatásunk az egyetem napenergia telepén, ahol egy kísérleti motor immár két éve jár - felhős ég alatt is - és vizet szivattyúz. Állít­ható, lapos víztartály hat négyzetméteres fekete oldalát fordítja a nap felé. Az így kapott meleg víz, a fűtőanyag - mondotta vezetőnk, a Természettudományi Kar Dékánja -, ott a hideg víz, amit a motor szív, közöttük a Carnot-körfolyamat. Egy nagyobb, gazdaságilag is hasznosítható motor most van szerelés alatt. - Igen szép kirándulást tettünk Gorée-re, erre a Helgolandra emlékeztető, festői kis sziklaszigetre, az előző évszázadok afrikai történelmének egyik nevezetes helyére.

Hadd mondjak el egy apró kis epizódot erről a kirándulásról. Amint már a sziget belseje felé ha­ladtunk a kikötőből, a kongresszus adminisztratív titkárnője, minden ügyesbajos dolgaink intézője, egy filigrán párizsi asszony, kiáltott utánam: Monsieur Bukovszky! Megvártam. „Csak most tudtam meg, hogy magyar” - mondotta hamisítatlan zalai akcentussal. Közös ismerősökre terelődött a szó; volt fizikatanárát is ismerem, volt beszédtéma bőven. Kicsi a világ - szok­tuk ilyenkor mondani. Valóban kicsi a világ, és ezt a kicsit sem ismerjük eléggé. Nos, éppen a világ jobb meg­ismerését szolgálta az a kongresszus, amiről az előzőek­ben próbáltam - legalább vázlatosan - képet adni.

Bukovszky Ferenc
Szövetségi Tanárképző Főiskola
Fizika Tanszék Lagos, Nigéria