Martin Macháček: Fyzika nazpaměť, část 1: Stav a jeho příčiny

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.

Převzato s laskavým souhlasem autora z jeho blogu na Blog.Aktuálně.cz