Kritički osvrt na udžbenik fizike
1 dio
Uvod
Tlak
Škola za život živi svoju treću godinu[1]. Drugu je preživjela u okružju djelovanja školskih sindikata i korona pandemije, zahvaljujući prije svega on-line nastavi. Odluka novog ministra, da se nastava u ovoj školskoj godini odvija u školama, u izravnoj komunikaciji s učiteljima, jasno pokazuje da je učinkovitost on-line nastave bila skromna.
Prethodna godina je svima jasno objavila da je škola bez učitelja (nastavnika, profesora) škola bez utjecaja na odgoj a, mislim, i na obrazovanje.
Govorim s pozicije „države“ koja u takvom sustavu ima minimalnu kontrolu, jer školstvo je sustav u kojem država najučinkovitije održava svoj sustav vrijednosti, i reprodukciju tog sustava. Mislim da je to potpuno legitimno, čak i kad je agresivno, jer preuzimanjem odgovornosti vladajući idu na sljedeće izbore.
Treću godinu Škole za život obilježavaju i novi udžbenici, pisani prema kurikulumima na kojima se temelji. Pisao sam već o tome, naglašavajući da će predmetni kurikulumi biti nesvrhoviti bez odgovarajućih udžbenika.
Sada imam uvid u nove udžbenike matematike i fizike za prvi i drugi razred gimnazija i odlučio sam se očitovati. Prvi izazov mi je udžbenik drugog razreda i tema Hidromehanike. Metodologija mi je uobičajena. Uspoređivat ću kurikulumska očekivanja i njihovo promoviranje u udžbenicima.
Zbog toga odmah navodim početne uvjete kurikuluma o ovoj temi.
Razrada ishoda
Objašnjava sile u fluidima, pritisak i tlak.
Objašnjava načelo hidrauličkog tijeska.
Objašnjava nastanak hidrostatskog i atmosferskog tlaka.
Objašnjava ravnotežu tijela uronjenog u fluid.
Primjenjuje silu uzgona.
Primjenjuje zakone statike fluida na primjerima.
Ključni pojmovi: fluid, hidrostatski tlak, atmosferski tlak, hidraulički tlak, Pascalov zakon, vakuum, uzgon.
Mislim da su jasni. Jedino se ne slažem s hijerarhijom ključnih pojmova. Mislim da je upravo taj „redak“ učinio nered u udžbeničkoj interpretaciji. Naime, nakon pojašnjenja fluida javlja se problem djelovanja u fluidima. A to znači da se u sustav (fluida) mora uvesti nešto mjerljivo – sila. Da bi se to omogućilo mudri fizičari su stanje sustava opisali uvodeći mjerljivu fizikalnu veličinu – tlak. I definirali ga. Moji ključni pojmovi bi bili: fluidi, tlak, hidraulički tlak, Pascalov zakon, hidrostatski tlak, atmosferski tlak, uzgon.
Nemam pojma zašto je vakuum na kurikulumskom popisu. Nime u vakuumu tlak ne postoji!
Agregatna stanja
Gruba raspodjela tvari u prirodi je prema agregatnom stanju: čvrsto, tekuće i plinovito. Riječ je o razlikovanju tvari prema volumenu i obliku. Tvari koje imaju stalan volumen i oblik nazvane su čvrstima, stalan volumen obilježava i tekućine, ali im oblik ovisi o posudi u kojoj se nalaze. Neodređenost i volumena i oblika karakteristika je plinovitih tvari.
Latinska riječ fluid (tekućina) odabrana je u karakterizaciji tekućina i plinova sada sa značenjem neodređenosti (nejasnosti granica) oblika. Dakle, kad se navodi riječ fluid misli se na tekućine i plinove.
Odgovore na pitanje zašto se tvari objavljuju na takav način u makrosvijetu nalazimo u procesima koji se odvijaju u mikrosvijetu. To je već druga priča.
Tlak
Riječ tlak je česta u svakodnevnom govoru tako da je postala samorazumljiva. Međutim, na pitanje: što je tlak? rijetki bi i profesori brzo i točno odgovorili. Problem uopće nije zanemariv. Pokušat ću vas uvjeriti u to, jer je zapravo riječ o razumijevanju.
Sila
Priču je zapravo pokrenuo Newton uvodeći koncept sile u kontekstu mjerenja (pojave) djelovanja. Pokazalo se da je taj koncept postao silno moćan, do razine: ako poznajemo sva djelovanja u sustavu, sve probleme u sustavu možemo riješiti. Međutim, pokazuje se da vektorska priroda sile stvara velike matematičke probleme u složenijim sustavima. Zbog toga je domišljen koncept energije, jednako učinkovit u kontekstu rješavanja problema u sustavima, ali budući da je skalarna veličina matematički je manje zahtjevan.
U ovom trenutku nas zanima sila.
F ⃗=m⋅a ⃑,
F ⃗⋅Δt=Δ(m⋅v ⃗),
(r ⃗xF ⃗)⋅Δt=Δ(I⋅ω ⃗),
F ⃗⋅s ⃗=W=ΔE
Nakon što je Newton silu doveo u vezu s načinima gibanja tijela (jednadžba gibanja) uslijedila su zanimljiva otkrića. Mjerenjem (sile) djelovanja u određenom vremenskom intervalu odjednom se objavila količina gibanja, nevjerojatno moćna veličina, na razini univerzalnog zakona očuvanja. Mjerenjem djelovanja (sile) na čvrsta tijela objavila se kutna količina gibanja, jednako moćna i univerzalna. A mjerenje (sile) djelovanja „na putu“ odvelo nas je do rada, još jedne nevjerojatno važne fizikalne veličine, koja je čak u izravnoj vezi s energijom.
Oni koji su upoznati s programima srednjoškolske fizike lako će prepoznati najvažniji dio programa učenja fizike u prvom razredu. Razlika je mala, u programu nema momenta sile.
S tim programom se upoznavaju učenici u dobi od 15-16 godina. Suočavaju se s nevjerojatno moćnim „alatima“ znanosti koju nazivamo fizika. Već ta činjenica je dovoljna da se svi oni koji pišu programe, a još više oni koji neposredno u učionicama pokušavaju učenike dovesti do neke razine razumijevanja – zabrinu. Ne mislim uopće da u toj dobi učenici nisu u stanju dosegnuti neke razine razumijevanja fizikalnih procesa. Mislim suprotno, ali samo u slučaju da se više pozornosti posveti fenomenološkom pristupu upoznavanja s programom, što je put prema razumijevanju problema.
Ova priča o sili (djelovanju) odnosi se na međudjelovanja čvrstih tijela. Lako ju je demonstrirati jer je u „vidljivoj i mjerljivoj zoni“, međutim, mjerenje djelovanja u fluidima zahtijevalo je drukčiji pristup. I domišljen je tlak. Tlak je zanimljiva fizikalna veličina, koja na prekrasan način opisuje stanje (fluidnih) sustava i dovodi ih u mjerljivu zonu. Dakle, imamo definiciju:
Tlak je fizikalna veličina koja opisuje stanje sustava.
Mjerljivost je osigurana definicijskom formulom
p=F/S,
gdje je p oznaka za tlak koji smo proizveli djelovanjem silom F na površinu sustava S – u sustavu.
Ako se poigramo s formulom, lako se dobije:
F=p⋅S
Matematički je F i dalje sila kojom smo djelovali na sustav, ali fizikalno to u ovoj interpretaciji nije tako, jer oznaka p nam jasno kaže da smo sada u sustavu, i silom F sada opisujemo djelovanje u sustavu. Priznajte da je priča prekrasna. Uvođenjem tlaka „u igru“ „spašen“ je koncept sile i osigurana njegova moć i u fluidima.
Ta sila se najčešće naziva tlačna sila.
Ova priča bi bila još ljepša da se sveprisutna matematika „ne petlja“. Naime, tlak je skalarna veličina, a za površinu nečega je teško zamisliti da nije skalar. U tom slučaju matematika kaže – i sila mora biti skalarna veličina. Budući da to nije istina, fizičari domišljaju vektor površine i imamo:
F ⃑=p⋅S ⃑.
Vektor je nevjerojatno moćna matematička „konstrukcija“, ali već s pozicije razumijevanja prilično zahtjevna za većinu učenika ove dobi. Vješti nastavnici fizike taj problem ne ignoriraju i pokušavaju ga dovesti u zonu prihvatljivog razumijevanja na ovoj razini.
Prednost (tlačnog) djelovanja u fluidima je u tome da vektorski problem ne postoji jer je vektor sile uvijek okomit na mjesto djelovanja (površinu tijela, posude) i u sustavu uvijek vrijedi skalarni zapis
F=p⋅S.
U Razradi ishoda navodi se i pritisak. Ne bez razloga. Naime, mnogi riječ pritisak poistovjećuju s tlakom. To je još jedan problem koji dolazi s vektorskom prirodom sile. U ovom slučaju riječ je o komponenti sile koja je okomita na površinu tiela na kojeg djelujemo. Ili općenitije: pritisak je sila kojom djelujemo okomito na površinu nečega.
U nastavku slijedi kritički osvrt na gimnazijske udžbenike:
Fizika 2: Jakov Labor, Jasmina Zelenko Paduan
Recenzenti: prof. dr. sc. Ivica Orlić, mr. sc. Josip Paić
Alfa, d.d., 1. Izdanje, 2020.
Fizika 2: V. Paar, A. Hrlec, K. Vadlja Rešetar, Melita Sambolek
Recenzenti: Ivan Tomašević, prof., Krešo Tisaj, dipl. inž., mr.sc. Dunja Soldo Roudnicky
Školska knjiga, d.d., 2020.
Kritički osvrt na udžbenik fizike
2 dio
Udžbenik fizike za drugi razred gimnazije
Fizika 2: J. Labor, J. Zelenko Paduan
Recenzenti: prof. dr. sc. Ivica Orlić, mr. sc. Josip Paić
Alfa, d.d., 1. Izdanje, 2020.
Iz Impressuma je razvidno da je udžbenik objavljen tijekom 2020. godine i da se treba temeljiti na usvojenom (2017., nakon povoljne slovenske recenzije) predmetnom kurikulumu iz fizike i da je trabao slijediti smjernice Škole za život.
Udžbenik cjelinu Hidrodinamike dijeli u dva poglavlja: Statika fluida i Dinamika fluida. U Statici fluida posebna područja su redom: hidrostatski tlak, hidraulički tlak, atmosferski tlak i sila uzgona.
Komentirat ću cjelinu Statika fluida.
Budući da je riječ o udžbeniku prirodno je očekivati da se autori (i recenzenti) u kratkom Uvodu očituju o čemu je riječ. Dakle, da je riječ o procesima u fluidima koji su u stanju mirovanja. I naravno, da se ispiše definicija fluida. To se nije dogodilo. „Definiciju“ fluida možemo pronaći u Uvodu u cjelinu, a nalazimo je i u području Hidrostatskog tlaka. Navest ću ih:
Mnogi pojmovi i zakoni primjenjuju se na jednak način i na tekućine i na plinove, stoga ih zajednički nazivamo fluidi.
Zbog nekih zajedničkih i sličnih svojstava, tekućine i plinove nazivamo fluidi.
Više nego jedanput sam čitao ove rečenice tražeći nekakvo logičko opravdanje za njihovo postojanje. Nisam našao. Osim što sam svaki put pomislio: tko je i zašto ispisao ove besmislice?
Drugo što mi je bilo „klada u oku“ vezano je uz kurikulumsku (valjda i obvezujuću za autore udžbenika) Razradu ishoda:
Razrada ishoda
Objašnjava sile u fluidima, pritisak i tlak.
Objašnjava načelo hidrauličkog tijeska.
Objašnjava nastanak hidrostatskog i atmosferskog tlaka.
Objašnjava ravnotežu tijela uronjenog u fluid.
Primjenjuje silu uzgona.
Primjenjuje zakone statike fluida na primjerima.
Ključni pojmovi: fluid, hidrostatski tlak, atmosferski tlak, hidraulički tlak, Pascalov zakon, vakuum, uzgon.
koja u usporedbi s u udžbeniku navedenim izborom:
Statika fluida
Hidrostatski tlak
Hidraulički tlak
Atmosferski tlak
Sila uzgona
ima malo dodirnih točaka!
Zašto su se autori opredijelili za navedeni pristup, nemam objašnjenja. Naime, ne vidim nikakvu logiku kretanja u cjelinu s hidrostatskim tlakom a da prethodno nije uveden tlak kao ključna fizikalna veličina za bilo koju raspravu o procesima u fluidima. Nekakvu nebuloznu logiku pronašao sam u definicijskom tretmanu tlaka: Kvocijent pritisne sile (F) i površine (S) na koju fluid okomito djeluje nazivamo tlakom (p): p=F/S. Naime, iz ove se „definicije“ čini da tlak nije važna fizikalna veličina, jer je samo omjer dva broja. U definicije je zanimljiv navod fluid okomito djeluje na površinu, s kojim se isključuje vanjsko djelovanje na fluid, uz dodatak da još uvijek nisam dokučio kako se može djelovati na površinu.
Onima koji ponešto znaju o tome kako se definira definicija, a i o tlaku, sigurno se diže tlak i kosa na glavi, nakon čitanja ovih „definicija“. Najvažnija fizikalna veličina (tlak), kad je riječ o fluidima, ponižavajuće je svedena na običan broj, jer kvocijent (omjer, količnik) je samo broj bez imena i prezimena. Mislim da se s ovakvim definicijama ponižava i velebna znanost, a dijelom i učenici, pogotovo oni koji iskazuju zanimanje za fiziku.
Rečenice: Tlak nije vektor i nema orijentaciju. Tlak je proporcionalan iznosu pritisne sile., u kontekstu pojašnjenja slike 1.2.c su, za one koji ponešto znaju o vektorima, još je jedna nebuloza autora (i recenzenata).
Rečenica: Pritisak je pritisna sila pa je različita fizička veličina od tlaka.
Još jedna genijalna definicija u nizu.
Vratimo se za trenutak mojoj interpretaciji u tekstu iz Uvoda: U Razradi ishoda navodi se i pritisak. Ne bez razloga. Naime, mnogi riječ pritisak poistovjećuju s tlakom. To je još jedan problem koji dolazi s vektorskom prirodom sile. U ovom slučaju riječ je o komponenti sile koja je okomita na površinu tijela na kojeg djelujemo. Ili općenitije: pritisak je sila kojom djelujemo okomito na površinu tijela.
A recite mi samo koja logika opravdava tvrdnju: Pritisak je pritisna sila pa je različita fizička veličina od tlaka. Onaj koji je uspije pronaći mogao bi odmah upisati doktorat iz logike.
Poglavlje Hidrostatski tlak privodi se kraju s rečenicama: Tekućina djeluje na dno posude silom koju smo nazvali težina. Podijelimo li tu težinu s površinom dna, dobit ćemo tlak kojim tekućina tlači dno posude.
Nakon istaknute rečenice ostao sam bez riječi, pitajući se kad ću se konačno susresti s pravom fizikom, jer dijeljenje težine i površine je najbanalnija matematika, a i nikako ne mogu dokučiti fizikalno značenje dijela: dobit ćemo tlak kojim tekućina tlači dno posude.Možda je ideja u tome da se samorazumljivi govor ulice pretoči u jezik interpretacije fizike.
Definicija hidrostatskog tlaka: Tlak koji uzrokuje tekućina djelujući težinom na promatranu plohu nazivamo hidrostatski tlak vjerujte mi, još je jedna katastrofalna interpretacija fizike, do koje se došlo iz temeljnog nerazumijevanja fizikalne veličine koja je nazvana tlak.
Podsjećam: Tlak je fizikalna veličina kojom opisujemo stanje u fluidima. To što smo je u mjerljivu zonu doveli formulom: p=F/S, ne znači da je ta formula tlak.
Digresija
Fizička polja se ponajbolje opisuju funkcijom potencijala. Definicijska formula za traženje funkcije je =Ep/r, a nitko potencijal ne definira kao omjer (količnik, kvocijent). Polja nastaju – kako nastaju (to je malo poduža tema). Kad jednom otkrijemo funkciju potencijala (fizičkog polja) tada smo otkrili sve o polju. Bez poteškoća nalazimo jakost polja, sile koje se objavljuju u polju, ali i energije koje pripadaju česticama kad se nađu na nekom mjestu u polju.
Još jednom navodim: djelujući težinom na promatranu plohu…
Recite samo kako se može djelovati na ništa, jer ploha u fluidima je samo skup točaka u prostoru (fluida). To su samo točke (mjesta) u koordinatnom sustavu koja imaju svoja svojstva definirana tlakom. Bilo bi zanimljivo da su nam autori definirali plohu i naveli silu kojom ploha djeluje na tekućinu (3. Newtonov zakon).
Drugo poglavlje cjeline nazvano je Hidraulički tlak. Definiciju nalazimo u opisu pokusa (?).
Stavimo li na slobodnu površinu tekućine klip (slika 1.7.b) i preko njega djelujemo silom na slobodnu površinu tekućine, izazvat ćemo tlak koji nazivamo vanjski ili hidraulički tlak.
A onda slijedi zanimljivo pitanje: Što se zbog toga dogodi s tlakom u tekućini?
S ovakvim načinom definiranja fizikalnih veličina se ne slažem. Naime, još uvijek nije razvidno što je to hidraulički tlak i što bi učenik trebao odgovoriti na to pitanje.Naime, hidraulički tlak je tlak u tekućini koji je uzrokovan vanjskim djelovanjem na tekućinu!
Nije mi jasno zašto ga autori nazivaju vanjskim tlakom! kojeg na čudan način dovode u vezu s tlakom u tekućini. Jednostavna primjena logike vodi nas na zaključak da u ovom slučaju postoje dva tlaka u fluidima: vanjski i unutrašnji. Onaj u fluidu zovemo hidrostatski, a onaj izvan fluida, hidraulički tlak. Nevjerojatno!
Svrha rečenice Što se zbog toga dogodi s tlakom u tekućini? objavljuje se na kraju u (nikad čuo) interpretaciji Pascalovog zakona: Može se pokazati da je povećanje tlaka u tekućini jednako vanjskom tlaku. Činjenica da se tlak tekućine u svim njezinim dijelovima poveća za iznos vanjskog tlaka poznata je kao Pascalov zakon.
Ne znam što bi učenik trebao odgovoriti na pitanje: kako glasi Pascalov zakon? A odgovor je tako jednostavan: Pascalov zakon glasi: tlak se u tekućini širi na sve strane jednako! što nije teško dokazati, a ni slučajno se pozivati na može se pokazati.
U trećem dijelu cjeline (Atmosferski tlak) definicija se uvodi na sličan način, u interpretaciji pokusa. Definicija je slična prethodnoj i takva da bi učenici teško domislili odgovor na pitanje; što je atmosferski tlak?, a odgovor je jednostavan: to je tlak u atmosferi uzrokovan težinom plinova u atmosferi. S ovom definicijom ga bez poteškoća dovodimo u vezu s hidrostatskim tlakom: tlakom u tekućini uzrokovanim težinom tekućine.
Inzistiranje na „okomitosti djelovanja“ bilo bi potpuno nepotrebno da je priča krenula s definicijom tlaka, jer je to potpuno, razvidno i nedvosmisleno naglašeno u definiciji .
Cjelina se privodi kraju s poglavljem: Sila uzgona.
Vidjevši naslov, još jednom sam se kiselo osmjehnuo. Naime, uzgon je sila kojom fluid djeluje na tijelo uronjeno u fluid. Međutim, u interpretaciji hrvatskog jezika sile uzgona iz naslova, uzgon postaje nešto što djeluje silom (sila od uzgona).
Uzgon je sila od izuzetnog značenja, kad je riječ o fluidima. To je sila kojom fluidi objavljuju svoju moć djelovanja. Zbog toga joj treba posvetiti posebnu pozornost, a ne kao u ovom slučaju na primjeru broda samo reći: Očito je da voda djeluje na uronjeno tijelo silom orijentiranom suprotno sili teži. Rečenica je čak i nekorektna jer uspoređuje orijentaciju sa silom težom. Tu je uistinu očito da rečenica treba glasiti: silom orijentiranom suprotno orijentaciji sile teže.
Poglavlje se privodi kraju crveno obojenim rečenicama: Dakle sila uzgona na tijelo uronjeno u tekućinu iznosom je jednaka sili teži na tekućinu koju je tijelo istisnulo. To je Arhimedov zakon.
Malo ću ironizirati. Pokušajte otkriti značenje sile teže na tekućinu. Uistinu ne znam kako bi učenici, nakon čitanja prethodnog, odgovorili na pitanje: kako glasi Arhimedov zakon?, a odgovor je jednostavan: Uzgon je po iznosu jednak težini tijelom istisnute tekućine!
Komentar
Tijekom čitanja prvih 25 stranica udžbenika iz fizike za drugi razred gimnazije (Fizike 2: J. Labor, J. Zelenika Paduan) činio sam kratke osvrte na pročitano. U pravilu se nisam slagao (iznoseći argumente) s autorskom interpretacijom cjeline.
Moja se ideja udžbenika temelji prije svega na tome, da je glavna uloga udžbenika da učeniku osigura mogućnost samostalnog učenja. To je pogotovo važno u ovom pandemijskom razdoblju. Nije nevažno spomenuti da je bivša ministrica posebnu pozornost (u okviru Škole za život) posvetila udžbenicima, jer su oni u sebi trebali sadržavati temeljne smjernice novog pristupa odgoju i obrazovanju. S nestrpljenjem sam čekao prve. I dočekao.
Prije samog čitanja udžbenika pokušao sam otkriti odnos učenika prema novim udžbenicima. Pokazalo se da profesor / ica uopće ne koristi udžbenik! Prva je misao bila: a zbog čega su ih preporučili i obvezali učenike da ih kupe? Čini se paradoksalno, a možda i nije.
Uvidom u prvu cjelinu ovog udžbenika zaključio sam da nije prikladan za samostalno učenje. Dapače, mislim da bi inzistiranje profesora na „učenju iz udžbenika“ bilo kontraproduktivno i samo stvaralo odbojnost prema fizici. Dakle, izborom profesora ovaj udžbenik neće proizvoditi odbojnost (štetu), jer ga učenici ionako ne koriste.
Naravno je da se moramo upitati koja mu je svrha (tko od njega ima korist)? Nije teško dokučiti. Obvezna kupnja udžbenika (bilo da ih kupuju roditelji ili osnivači škola) neposrednu korist osigurava izdavačima i autorima.
Drugo pitanje koje mi se objavljuje vezano je uz „državno povjerenstvo za udžbenike“. Naime, u razdoblju u kojem sam i sam „pisao udžbenike“, zadnju riječ o kvaliteti udžbenika imalo je upravo „državno povjerenstvo“. Nije teško zaključiti da za „loš udžbenik“ na tržištu nisu odgovorni ni autori, niti recenzenti. Odgovorno je „državno povjerenstvo za udžbenike“. Ako je tako nije teško postaviti pitanje: zašto to čini? Jedan od odgovora je prirodan – ne znaju, tj. nisu kompetentni za vrednovanje kvalitete udžbenika. Taj odgovor je većini u Hrvatskoj prihvatljiv, jer hijerarhiju nesposobnosti prepoznajemo svuda. Drugi odgovor je također zanimljiv. Naime, nije teško pomisliti da su možda nakladnici i „povjerenstvo“ bili u „pregovorima“. Jer takav način poslovanja je u Hrvatskoj postao pravilo.
Na kraju
Još jednom ću navesti svoje ključne argumente za tvrdnju: ovaj udžbenik je čardak ni na nebu ni na zemlji, i nema veze s pravom fizikom!
- Razvidno je da ne slijedi smjernice novog kurikuluma,
- Razvidno je da su autori fiziku interpretirali preko formula (matematički),
- Na mjestima je razvidno i to da im je „jezik fizike“ misteriozan,
- Ne postoji mogućnost da učenici, učenjem iz udžbenika, samostalno spoznaju ijedan fizikalni zakon.
Kritički osvrt na udžbenik fizike
3. dio
Fizika oko nas 2: V. Paar, A. Hrlec, K. Vadlja Rešetar, M. Sambolek
Recenzenti: I. Tomašević, prof., K. Tisaj, dipl. inž., mr.sc. D. Soldo Roudnicky
Školska knjiga, d.d., 2020.
Ovaj udžbenik Hidromehaniku naziva Mehanika fluida i dijeli na poglavlja:
i navodi ključne pojmove: fluid, tlak, hidrostatski tlak, hidraulički tlak, Pascalov zakon, atmosferski tlak, vakuum, manometar, uzgon, Arhimedov zakon.
- MEHANIKA FLUIDA
- Mehanika fluida u mirovanju – hidrostatika
- Hidrostatski tlak
- Vanjski tlak na tekućinu – hidraulički tlak
- Atmosferski tlak
- Sila na uronjeno tijelo – uzgon
- Mehanika fluida u gibanju – hidrodinamika
Iz popisa je razvidno da su autori uvažavali prijedlog Razrade ishoda kurikuluma iz fizike.
U prvom poglavlju jasno je naznačeno o čemu je riječ kad se govori o hidrostatici, međutim ostaje nejasno zašto se tekućine i plinovi nazivaju – fluidi. Nejasna je i rečenica: fluid zbog tlaka pritiskuje okomito na svaku površinu u fluidu. Naime, još uvijek nije jasno što znači riječ pritiskuje, a djelovanje na površinu fluida je čak i pogrešna tvrdnja. Djelovanje na površinu se nastavlja na čudan način: tekućina pritišće površinu, tlak tekućine na tu površinu, tlak na bilo koju površinu u tekućini… Najstrašnija posljedica takvog pristupa objavljuje se u rečenici: U fluidu tlak djeluje!
Činjenica je da tlak nikada ne djeluje. A tko god pomisli da se može djelovati na površinu, u krivu je. Naime, djelovanje je pojava koja je najjasnije objavljena u 3. Newtonovom zakonu. I mjeri se silom. U osnovi su najmanje dva tijela (sustava) koja međudjeluju. Budući da niti tlak niti površina nisu „tijela“ tvrditi tako nešto nema veze s fizikalnom interpretacijom. Kad je riječ o površini, bez iznimke se mora dodati čija je to površina.
Na ovom je mjestu je propuštena prilika da se u priču uvede – tlačna sila, F=pS i krene se prema hidrauličkom tlaku. Pokušaj da se tlak pojasni međumolekularnim djelovanjem, na ovakav način, je u najmanju ruku ishitren. Teško da bi ijedan učenik čitajući ovo pojašnjenje mogao dokučiti o čemu je riječ.
U okviru 1.2 piše: Pritisna sila je okomita na površinu na koju djeluje… ako sila djeluje… Ove rečenice nemaju nikakvo uporište u fizici. Čak se njima izravno dovodi u sumnju 3. Newtonov zakon, koji glasi: Ako / kad jedno tijelo djeluje na drugo silom F, tada drugo tijelo djeluje na prvo silom…
Dakle – sila ne djeluje!
U dijelu Pazite piše: Sila je vektorska veličina! Tlak je skalarna veličina! Tlak je definiran s pomoću iznosa sile i zato je skalarna, a ne vektorska veličina!
Čitajući ove tvrdnje u kontekstu pokušaja dokazivanja tvrdnje da je tlak skalarna veličina, recimo blago da sam bio zbunjen logikom dokazivanja, a zapravo jasno iskazanom nerazumijevanju prirode fizikalne veličine koju smo nazvali tlak. Jedino što mogu reći na ovom mjestu je: pogledajte što sam o tlaku i sili pritiska ispisao u Uvodu.
Ovi komentari su naizgled u zoni „cjepidlačenja“. Možda bi to bilo tako da udžbenik nije upućen učenicima u dobi 15-16 godina. Učenicima koji se prvi put susreću s fizikalnim interpretacija prirodnih pojava, i onda grade svoju sliku o fizici na temeljima: tlak djeluje, sila djeluje… Ovakav pristup učenju fizike treba u temeljima iskorijeniti!
Nastavak cjeline odvija se u poglavlju hidrostatski tlak. Zabavno je što se „definicija“ objavljuje brzo i ničim izazvana: Tlak u tekućini koji je posljedica njezine težine zove se hidrostatski tlak. On nastaje tako da gornji slojevi tekućine svojom težinom pritišću na donje slojeve. Zato hidrostatski tlak postupno raste s dubinom.
Namjerno sam ispisao ničim izazvana. Naime, rečenice su u osnovi točne. Ali ako se stavite u poziciju učenika posljedice njezine težine ne znače mu baš ništa. Hidrostatski tlak postupno raste, još manje. A kako to gornji slojevi tekućine pritišću donje siguran sam, ni približno mu nije u dosegu razumijevanja. Takav uvod u poglavlje je – katastrofalan.
A sve se to moglo izbjeći da su ovom poglavlju prethodila poglavlja: tlak, hidraulički tlak i Pascalov zakon.
Poglavlje koje slijedi nazvano je: Vanjski tlak na tekućinu – hidraulički tlak. Već mi je naziv vanjski tlak na tekućinu, proizveo nervozu. Naime, ne postoji tlak na nešto! Postoji samo tlak u fluidima. Uz pretpostavku da je izvan tekućine samo atmosfera, onda bi taj tlak, s pozicije tekućine, mogli nazvati vanjskim tlakom. To nema baš nikakve veze s tlakom u tekućini koji je proizveden vanjskim djelovanjem! Budući da sam se s takvom interpretacijom hidrauličkog tlaka susreo u prethodnoj analizi, nisam iznenađen, ali me uistinu brine zašto je Akademik Paar supotpisao ovakve nebuloze. Iznenađen sam zbog toga što mi je g. Paar bio profesor. Tijekom studiranja pojavio se kolegij klasične elektrodinamike. Zbog nečega je predavanja počeo G. Alaga, nastavio S. Pallua, ali tek kad se pojavio V. Paar, odjednom mi je sve postalo jasno.
Priča se nastavlja nejasnom rečenicom: Svojstvo fluida jest da se djelovanje vanjske sile jednako prenosi njime na sve strane, pa tako i na stijenke posude u kojoj je fluid i na uronjena tijela u njemu.
U ovoj tvrdnji (bez dokaza) je zabavno to što je propuštena prilika da se naglasi: vanjsko djelovanje (jer ne postoji djelovanje sile) se, „posredovanjem tlaka“,jednako prenosi …
Kad kažem nejasnom ne mislim neistinitom. Dapače, u tim je rečenicama je iskazan Pascalov zakon, ključni zakon za razumijevanje procesa u tekućinama. Zabavno je to što je dokazivanje Pascalova zakona (tih rečenica) vrlo jednostavno, i da bi se samo temeljem tog dokaza jednostavno razumijelo načelo rada hidrauličnih uređaja.
Naravno je, tome bi trebala prethoditi jasna definicija tlaka i hidrauličkog tlaka. Budući da se to nije dogodilo dobili smo još jednu udžbeničku nebulozu.
U nastavku nailazim na još jedan (nikad čuo) iskaz Pascalovog zakona: To znači da će se, ako se primijenjeni vanjski tlak pv povećava ili smanjuje, ista promjena dogoditi u bilo kojoj točki fluida. To ponašanje tekućina naziva se Pascalov zakon.
p=p_v+ρgh
Da nema zabune, uistinu ne znam što znači primiijenjeni vanjski tlak.
Pokušavajući dokučiti razlog ovakvoj interpretaciji Pascalovog zakona naslutio sam ga u potpuno krivoj interpretaciji hidrauličkog tlaka. Naime, ako Pascalov zakon interpretiramo na način: tlak se u tekućini širi na sve strane jednako, a hidraulički tlak kao tlak u tekućini uzrokovan vanjskim djelovanjem tada, budući da je tlak skalarna veličina, možemo bez problema dobiti ukupni tlak u tekućini, bilo gdje, s formulom
p_u=p+ρgh.
Vanjski tlak se navodi i u interpretaciji načela djelovanja hidrauličnih uređaja. Ne želim ga više komentirati. Zabavno je jedino to što u dokazivanju načela (rada hidrauličnih strojeva) zapravo dokazuju Pascalov zakon, rekao bih na kompliciran način. Posebna zanimljivost dokaza je u rečenici: Prema tome je h2 toliko puta manji od h1 koliko je F2 veći od F1. Odatle slijedi da je W1 = W2..
Umjesto da krenu od uvjeta nestlačivosti tekućine i zakona očuvanja energije
V1=V2,
W1=W2
i u dva poteza riješe problem… dobili smo cijelu stranicu lamentiranja i dokazivanja zakona očuvanja energije. Jezivo!
Dio o atmosferskom tlaku počinje rečenicom: Poput tekućine i plin tlači površinu čvrstog tijela s kojom je u doticaju.
U komentaru prethodnog udžbenika ovakav jezik komunikacije nazvao sam jezikom ulice. Naime u fizici se ne rabi riječ tlači. U ovoj situaciji rečenica bi trebala glasiti: Poput tekućine plin djeluje tlačnom silom na tijelo s kojim je u doticaju. Nepotrebno je naglašavati na površinu tijela, nepotrebno je naglašavati i okomitost djelovanja na površinu tijela jer je to uključeno u definiciju tlačne sile.
Naravno, još jednom se susrećemo sa, sada je nazivam idiotarijom: zato na svako tijelo na Zemljinoj površini djeluje atmosferski tlak, slično kao što hidrostatski tlak djeluje u tekućini.
Dalje slijedi pojašnjenje, ne i dokaz, dobivanja iznosa atmosferskog tlaka na razini mora. To je još jedna maglovita priča iz koje učenik ne može baš ništa dokučiti, u kontekstu fizikalnih razloga. Na kraju se dobije nekakav broj, i Bog te veseli. A dokaz je jednostavan da jednostavniji ne može biti. Samo se primijeni Pascalov zakon (!) u pojašnjenju Torricellijevog mjerenja, i u tri poteza sve je na svojem mjestu.
Zadnje poglavlje cjeline je priča o uzgonu. Nakon čitanja rečenice: Na tijelo u vodi ili nekom drugom fluidu pojavljuje se sila suprotne orijentacije težini tijela., odlučio sam prekinuti čitanje teksta. Naime, ne mogu više tolerirati govor ulice u interpretaciji fizikalnih procesa. Ukratko, rečenica bi trebala glasiti: Na tijelo u vodi ili nekom drugom fluidu, fluid djeluje silom suprotne orijentacije orijentaciji vektora sile teže!, ni slučajno težine, jer težina se definira kao sila kojom tijelo djeluje na horizontalnu podlogu ili ovjes. To što ima orijentaciju vektora jednaku orijentaciji vektora sile teže, ne amnestira autore, jer u fluidu se sila uzgona „suprotstavlja“ sili teži!
Ipak dodajem. Arhimedov zakon je pojašnjen kako treba, ali je puno jednostavniji, od navedenoga u udžbeniku, iskaz; Uzgon je po iznosu jednak iznosu težine tijelom istisnute tekućine! To je lako i matematički dokazati.
Komentar
Većina primjedbi iz analize prethodnog udžbenika vrijedi i za ovaj komentar. Iz navedenih „osvrta“ tijekom čitanja ove cjeline nije teško zaključiti moje mišljenje: autori uistinu ne razumiju fiziku. Dobio sam osjećaj da im je u pisanju udžbenika bilo jedino važno što prije dosegnuti nekakvu formulu s kojom bi učenici nešto činili.
Jednom zgodom sam napisao da je učenje fizike najteže. Temelji se na razumijevanju same fizike iz kojeg bi se mogao graditi jezik komunikacije u fizici na temeljima hrvatskog jezika i naravno, matematike.
Vratimo li se sada na kurikulumski početak vezan uz Razrada ishoda i u njemu možemo, istom logikom, otkriti nemalu površnost. Naime, u navodu: Objašnjava sile u fluidima, pritisak i tlak, nije teško prepoznati da su pritisak i tlak – sile. Taj iskaz vezujem uz nerazumijevanje fizike. U dijelu: Objašnjava načelo hidrauličkog tijeska, prepoznajem nerazumijevanje hrvatskog jezika, jer je lako uočiti da treba ispisati, načelo rada, …Ista primjedba ide i uz iskaz: Objašnjava nastanak hidrostatskog i atmosferskog tlaka. Naime, hidrostatski i atmosferski tlak ne nastaju, oni postoje i samo treba otkriti zašto….itd.
Objašnjava sile u fluidima, pritisak i tlak.
Objašnjava načelo hidrauličkog tijeska.
Objašnjava nastanak hidrostatskog i atmosferskog tlaka.
Objašnjava ravnotežu tijela uronjenog u fluid.
Primjenjuje silu uzgona.
Primjenjuje zakone statike fluida na primjerima.
Ključni pojmovi: fluid, hidrostatski tlak, atmosferski tlak, hidraulički tlak, Pascalov zakon, vakuum, uzgon.
Zaključak
Ako je suditi kakav će biti dan, prema jutru, teško mi je ne zaključiti da bih i u sljedećim poglavljima nailazio na „pristup pisanju udžbenika“ jednak ovome. Glavni argument neupotrebljivosti ovih udžbenika ipak nije u „jutru“ nego u temeljima kuće. Naime, ako su temelji loši ni kuća neće dugo potrajati.
Zabrinjavajuće je zapravo to što su ovakvi udžbenici konstanta našeg školskog sustava. Zabavno je što ih u velikoj mjeri ispisuju profesori, oni koji u neposrednoj nastavi komuniciraju s učenicima. Da nema zabune, uopće ne tvrdim da oni „ne znaju fiziku“. Mislim da su čak dosegnuli zanimljive „rezultate“ u svojem radu s učenicima i stekli statuse mentora i savjetnika. Međutim, ovim tekstovima jasno su pokazali da „nemaju pojma“ što je udžbenik i kako bio se trebao ispisivati. I jedan i drugi udžbenik vrvi od „samorazumljivog govora ulice“, što je možda prihvatljivo u učionicama, ali na ovoj razini – ni slučajno.
Koji je od ovih udžbenika bolji besmisleno je raspravljati. Ja bih rekao kratko – ovo uopće nisu udžbenici! Ovo je samo pokušaj autora da svoja (uspješna (?)) iskustva iz učionica pretoče u tekst.
Promišljajući „problem udžbenika“, ne tako davno, sam u svojim tekstovima sugerirao rješenje. Naime, pomislio sam da je rješenje u tome da se (Ministarstvo, država) kreira samo jedan, za sve obvezujući udžbenik. I da se plati „suhim zlatom“, jer će toliko i vrijediti. Pitanje, naravno, tko bi ga mogao ispisivati. Taj problem nije uopće zanemariv. Naime, kod nas se dugi niz godina pokazuje da – svatko ima kvalifikacije za pisanje udžbenika. Dovoljno je znati (iako ne razumijevali) nešto o fizici. Upravo zbog toga sam ispisao svoje studentsko iskustvo s klasičnom elektrodinamikom. Uistinu briljantni znanstvenici (Alaga, Pallua) meni / studentu nisu bili u stanju pojasniti niti važnost ni svrhu kolegija. Riječ je zapravo o dimenzijama talentiranosti.
Zabavan je primjer tzv. žute zbirke (Mikuličić, Varićak, Vernić: Zbirka zadataka iz fizike). Zbirka je doživjela tridesetak izdanja. S njom su odrastale generacije učenika…, a onda se dogodila demokracija. Zbirka je uzimala sav prostor (u kontekstu „zadataka“, od prvog do četvrtog razreda srednjoškolskog školovanja). Jedinu korist je ostvarivala Školska knjiga, koja je imala autorska prava. Demokracija je tada „pokazala zube“, i odjednom su se na tzv. tržištu pojavile zbirke zadataka koje su pripadale razrednim programima. Mislim da je jasno, da je stotinjak kuna za jednu četverogodišnju zbirku, postalo barem četiri puta veći iznos koji su roditelji morali platiti. Pomnožite li to s brojem (recimo blago) od tridesetak tisuća (kupaca), nije teško zaključiti o čemu je riječ.
Na početku sam namjerno naveo podatak da profesori ne koriste postojeće udžbenike. Pokazuje se i to, da ne koriste ni, udžbenicima, pripadajuće zbirke. Najčešće prepisuju zadatke iz „žute zbirke“ i na isprintanim listovima ih upućuju učenicima.
Jesmo li u stanju ispisati jedan jedini i obvezujući udžbenik (za svaki postojeći program fizike), otvorenog tipa, što znači da svako sljedeće izdanje ima u sebi naznaku – popravljeno, nisam siguran. Naime, svijet u kojem živimo je temeljen na pravilima koja određuju novac i demokracija.
Ispisane kritičke osvrte objavit ću na svojoj stranici i proslijediti nakladnicima ovih udžbenika. Na koji način će odreagirati ne znam, iako naslućujem.
Zagorci kažu: bumo vidli.
[1] Nakon slanja teksta prijatelju Miru na recenziju, dobih neočekivanu vijest. Naime, projekt Škole za život više ne postoji. Reforma se nastavlja. Međutim, navedeni udžbenici su nastali prema predmetnim kurikulumima stvorenim u razdoblju življenja Škole za život tako da ovaj podatak ne utječe na valjanost ispisanog.
