Ma więc słuszne powody by swoją wiedzą na temat nauczania podzielić się z innymi. Zrobił to w krótkim artykule w Fizyce w Szkole (Nr 1, 2001, str. 58) pod bardzo obcesowym tytułem „O głupocie podręczników szkolnych”.

Myliłby się ten, kto sądziłby, z tytułu artykułu, iż tematem jego jest wytykanie autorom podręczników błędów merytorycznych (od których nota bene roją się one). Celem jest atak na pewną metodę dydaktyczną uważaną przez J. Brojana za niesłuszną. W jej miejsce pan Brojan (wszystko na przykładach) proponuje swoją. Wierzę, że w wykonaniu Jerzego Brojana ta metoda jest słuszna, lecz nie wierzę, i mam na to poważne argumenty, iż nie jest to metoda lepsza od utartej tradycją.

J. Brojan rozpoczyna swój atak na podręczniki (czyli de facto na metodę nauczania) od stwierdzenia „po co mnożyć byty ponad potrzebę”, od przykładu dotyczącego wprowadzenia współczynników rozszerzalności objętościowej i termicznej prężności gazu (Przykład 1.). Uważam, że w tym wypadku to słuszne czasami hasło nie ma zastosowania. Zjawisko rozszerzalności cieplnej gazu i zależność ciśnienia gazu od temperatury (tradycyjnie dwa prawa fenomenologiczne – prawo Gay-Lussaca i Charlesa) są przerabiane w liceum, a mogłyby być z powodzeniem omawiane i w gimnazjum (gdyby był na to czas).

Zjawiska są dość proste, „czyste”, łatwe do demonstracji. Co ważne: tłumaczone są przez zrozumiałe dla uczniów modele korpuskularne (jakościowo!). Bardzo ważny jest fakt, że zachowaniem ciał rządzi fenomenologiczna zależność liniowa, która jest (czy zaczyna być) pojęciowo zrozumiała i to pomimo, iż u większości uczniów nie ma jeszcze abstrakcyjnego, oderwanego od kontekstu, rozumienia znaczenia pojęcia liniowości. Uczeń gimnazjum, nawet mało zdolny jest w stanie zrozumieć zjawisko rozszerzalności liniowej ciał stałych. Może nie tylko zrozumieć fakt, że trzeba zostawiać przerwy między częściami torów (na wypadek upałów) ale nawet pokusić się o wyliczenie wartości liczbowej takiej wielkości przerwy w określonych warunkach. Tak się dzieje, gdy uczeń rozumie sens wzoru l = l₀(1 + a Dt). l jest długością w temperaturze t⁰C, l₀ – długością w temperaturze początkowej, Dt przyrostem temperatury, a – stałą materiałową mówiącą, jak bardzo materiał (jego długość) jest czuła na zmiany temperatury. Przy odrobinie biegłości rachunkowej (dostępnej licealiście, a nawet gimnazjaliście) uczeń potrafi wyliczyć .

Nauczyciel powinien zadbać, by uczeń potrafił powyższy wzór odczytać i ze zrozumieniem (np. względny przyrost długości przy wzroście temperatury o 1⁰C).

Pan Brojan ma rację, iż sama recytacja formułki nie oznacza zrozumienia. Zrozumienie sensu zależności liniowej jako tej tłumaczącej tak wiele zjawisk fizycznych to nieomalże uchwycenie metody naukowej fizyki. Nie przychodzi to jednak uczniom łatwo. Większość uczniów gimnazjum, a nawet liceów nie potrafi jeszcze dokonywać transferu wiedzy z jednej dziedziny na inną, widzi zjawiska „oddzielnie”.

Zrozumienie zjawiska rozszerzalności liniowej ciał i pewne oswojenie się z liniową zależnością opisu tego zjawiska nie oznacza automatycznego przeniesienia na rozumienie rozszerzalności objętościowej i zależności V = V₀(1 + aDt), a następnie zrozumienie liniowej zależności ciśnienia od temperatury i sensu współczynnika w tej zależności p = p₀(1 + bDt). Pracując z niektórymi uczniami należy tak jakby „zaczynać” od nowa – omawiając te zjawiska. Trzeba znowu poświęcić czas na interpretację współczynników a i b w powyższych równaniach. Każdy nauczyciel z utęsknieniem czeka na moment, w którym uczniowie dostrzegą uniwersalność liniowej zależności. Kiedy to nastąpi jest sprawą indywidualną. Tu tkwi tajemnica tego co nazywamy talentem. Zdolni uczniowie zrozumieją szybko i oni nie potrzebują wielu przykładów. Ale nawet ci uczniowie, którzy jeszcze nie są w stanie dostrzec uniwersalności zależności liniowej mogą nauczyć się, iż w omawianych konkretnych sytuacjach zachowanie ciał rządzi się konkretnym prawem (wzorem) i zrozumieć co oznaczają stałe we wzorach. Nikt nie zaleca odpytywania wyuczonych na pamięć formuł definicyjnych a i b; zresztą uczniowie mają pamięć nie najgorszą i nie konieczność pamiętania jest ich zmorą. Nie chodzi o to, że nie potrafią zapamiętać, tylko o to, że uczniowie nie znoszą uczyć się czegoś niezrozumiałego, bezcelowego. Ci uczniowie, którzy nie rozumieją sensu współczynników ab będą mieć dramatyczne trudności w zrozumieniu równania stanu (trzy zmienne!). Przeskok od funkcji jednej zmiennej do równania stanu jest ogromny i nawet studenci mają jeszcze kłopoty ze zrozumieniem funkcji wielu zmiennych. Nie jest dobrym argumentem fakt, że my fizycy (pan Brojan) widzimy przemiany gazowe niesłychanie prosto jako szczególe przypadki równanie stanu gazu doskonałego. Dla uczniów często to spojrzenie jest „zbyt z góry”. Na własnej skórze się przekonałam ucząc moich bardzo zdolnych uczniów. Odebrałam im przyjemność samodzielnego zauważenia jak poszczególne prawa gazowe zebrały się w jedno – w równanie stanu. Ekonomia nauczania (od ogółu do szczegółu) nie zawsze najlepszym przewodnikiem nauczania. O ileż mniej czasu poświęcilibyśmy na naukę elektromagnetyzmu gdyby tak od razu uczniom zaserwować w odpowiedniej formie prawa Maxwella. A jednak nie możemy tego robić. 

Amerykanie (liczne badanie np. cytowane przez Aronsa) często narzekają, iż studenci college’ów po kursie fizyki nadal wykazują ignorancję. Dlaczego? Zbyt szybkie, zbyt uporządkowane serwowanie gotowej fizyki bez czasu na oswojenie i na refleksję jest winowajcą.

Kolejny przykład: siła nośna skrzydła samolotu.

Polemika dotyczy wyjaśniania siły nośnej samolotu. Zacytuję pana Brojana „Przeglądając zawarte w większości podręczników omówienie natury tej siły odnosi się wrażenie, że jedynym fizycznym wytłumaczeniem zjawiska jest prawo Bernoulliego, czyli zależność ciśnienia od prędkości przepływu (szybszy przepływ występuje nad płatem skrzydła, więc ciśnienie jest niższe od ciśnienia pod płatem), a na poziomie ilościowym trzeba się powołać na równanie .”

Faktycznie pan Brojan ma rację. W większości podręczników tak jest tłumaczona siła nośna skrzydła samolotu i np. zjawisko zrywania dachów w czasie wichury. Powyższe tłumaczenie ma dużą siłę przekonywania. Uczniowie i studenci twierdzą, że zrozumieli przyczyny zjawiska i potrafią samodzielnie wytłumaczyć inne zjawisko, np. utrzymywanie się piłeczek pingpongowych w strumieniu powietrza. Możemy zatem uznać, iż tłumaczenie jest poprawne dydaktycznie. Pan Brojan wszakże dalej pisze: „Nie ma w tym błędu merytorycznego, jednak trudno usprawiedliwić zatajanie faktu, że omawiane zjawisko jest bezpośrednim wnioskiem z zasad dynamiki Newtona. Oto niedługie rozumowanie: skrzydło odchyla strumień powietrza w dół, więc zgodnie z II zasadą musi wywierać na nie siłę skierowaną także w dół, zatem zgodnie z III zasadą ze strony powietrza na skrzydło działa skierowana do góry – to jest właśnie siła nośna. Wytłumaczenie czegokolwiek na podstawie, mało znanego prawa szczegółowego (prawa Bernoulliego), a pomijanie argumentacji opartej na ogólnych i powszechnie znanych zasadach mechaniki trudno zakwalifikować inaczej niż jako błąd dydaktyczny!”

Nie zgadzam się z panem Brojanem. Odwołanie się do III zasady Newtona, gdy nie widać wyraźnego źródła obu sił (akcji i reakcji) nie oznacza rozumienia istoty siły nośnej. W tym przypadku jest inaczej niż przy występowaniu siły reakcji ze strony sztywnych podpór. Reakcją stołu na ciężar leżącego na nim przedmiotu jest „oswojona”. W tym przypadku można sobie nie zdawać sprawy ze źródeł występującej siły, jest ona tak powszechna, że jej występowanie jest oczywiste co często jest uznawane za synonim zrozumiałości.

Posłużę się teraz następującym przykładem – uczniowie (i studenci II r. fizyki) dostali do rozwiązania następujący problem:

Do naczynia z wodą stojącego na wadze sprężynowej wkłada się palec – tak by nie dotykać nim brzegu i dna naczynia. Pytanie – czy wskazanie wagi będzie: większe, mniejsze, czy takie samo?

Stosunkowo duża liczba uczniów i o dziwo studentów nie potrafi na to pytanie odpowiedzieć. Uczniom i studentom przekazano dwa uzasadnienia (w skrócie) następujące:

1/ poziom wody w naczyniu podniesie się, a więc wzrośnie ciśnienie na dno, a więc wzrośnie siła nacisku, wskazanie wagi wzrośnie;

2/ na palec działa siła wyporu, a więc na dno wagi musi działać siła równa i przeciwnie skierowana, czyli waga pokaże większą wartość.

Wszyscy uznali pierwszy sposób rozumowania za satysfakcjonujący (rozumiany). Rozumowanie drugie było najwyżej komentowane przez „acha”, ale nie było uznane za to co uczniowie i studenci chcieliby widzieć jako wytłumaczenie. Oczywiście świadczy to o pewnej niedojrzałości w myśleniu i rozumieniu.

Rozumowanie drugie stanowi dopełnienie, świadectwo konsystencji rozumowania pierwszego. Dotyczy to większości uczniów. Dlatego uważam, że podręczniki są prawidłowo napisane.

Inne przykłady krytykowane przez J. Brojana dotyczą SEM i potencjału pola elektrostatycznego. Obydwa pojęcia są bardzo trudne do zrozumienia dla uczniów. Są to abstrakcyjne pojęcia, których zrozumienie przychodzi wraz ze zrozumieniem kompletu pojęć elektromagnetyzmu i przy zrozumieniu pojęcia energii i w szczególności pojęcia energii potencjalnej. Słowa krytyki J. Brojana dotyczące bardzo niefortunnej nazwy SEM (zaszłość historyczna) są jak najbardziej słuszne. Rozszyfrowanie akronimu SEM praktycznie nic nie wnosi w rozumienie pojęcia, a nawet zaciemnia to rozumienie. Dlatego w tym wyjątkowym przypadku nie ma nic zdrożnego w funkcjonowaniu SEM jako słowa – nazwy własnej jak np. laser. Nazwy „napięcie baterii” i „napięcie indukcyjne” są tylko odrobinę „lepsze” (ta trudna i wieloznaczna indukcyjność!), ale łamią tradycję. [1]

Prawdą jest, że niefortunne nazwy utrudniają zrozumienie i zapamiętanie sensu nowych pojęć. To nie złe nazwy są źródłem braku zrozumienia takich pojęć jak różnica potencjałów, SEM, potencjał pola elektrostatycznego oraz ich wzajemnych relacji. To czego uczymy w szkole to platoński cień teorii elektromagnetyzmu Maxwella. Nie musimy mieć ambicji by uczeń wszystko zrozumiał. To niemożliwe przy pomocy środków oferowanych w szkole. Wszystkie moje argumenty nie dotyczą uczniów zdolnych, motywowanych. Np. moi uczniowie (wielu obecnie jest świetnymi fizykami) przeżyli przed laty wszystkie moje eksperymenty dydaktyczne w duchu J. Brojana.

Zachęcam wszystkich do uważnej lektury zaleceń doświadczonego nauczyciela Jerzego Brojana, jednak stosowanie się do jego zaleceń polecam rozwadze!