Zajímavá učebnice fyziky

Pochopit menší počet problémů je cennější než prolétnout všechny partie

Hmotný bod se pohybuje se zrychlením 50 m/s². Za jakou dobu dosáhne z klidu rychlosti 100 km/h? Ne, nechci vás zkoušet z elementární fyziky. Stejný příklad lze však zadat i takto: Pohyb hlavy útočícího chřestýše je tak prudký, že její zrychlení může dosáhnout až hodnoty 50 m/s². Za jakou dobu by automobil z klidu dosáhl při tomto zrychlení rychlosti 100 km/h? Za oběma zadáními je stejná fyzika a jejich řešení vyžaduje stejné znalosti. Má tedy vůbec smysl obalit zadání školského fyzikálního problému příběhem o útočícím chřestýši? Není to jen třpytivé pouťové pozlátko, které v honbě za lacinou senzací znevažuje fyziku jako důstojnou vědeckou disciplínu? Autoři knihy Fundamentals of Physics, která po šesti anglických vydáních vyšla pod názvem Fyzika také v češtině, se nebojí, že by tím mohli důstojnost svého oboru nějak poškodit. Naopak. Svou knihu záměrně naplnili poutavými příběhy, a díky tomu se učebnice obyčejné fyziky stala neobyčejným textem. Každá ze 45 kapitol začíná úvodním motivačním problémem, jehož téma často udiví i fyzikálně erudovaného čtenáře. Rekordní výkon vzpěrače Vasilije Aleksejeva slouží jako úvod k výkladu mechanické práce, zřícení dálničního mostu při zemětřesení v San Francisku r. 1989 uvádí kapitolu o kmitech, zkáza vzducholodě Hindenburg v roce 1937 zahajuje kapitolu o elektrickém proudu a odporu. Stovky příběhů najdeme také v bohaté sbírce příkladů a cvičení. Hlavní roli zde nehrají jen neosobní částice, tělesa a hmotné body, ale i skuteční lidé a skutečné události.

Výklad fyziky začíná od úplných základů, jako je systém jednotek či definice polohy a rychlosti, a postupuje zpočátku jen pozvolným tempem. Často je přerušován řešenými příklady, kontrolními otázkami a drobnými praktickými radami či náměty. V důsledku toho je možná text méně přehledný, zato však autoři čtenáře nepustí dále, dokud nemá vše důkladně promyšleno a procvičeno. Kniha je míněna v prvé řadě jako vysokoškolská učebnice, ale úrovní bychom ji mohli zařadit někam na pomezí české střední a vysoké školy. Dobře to můžeme posoudit porovnáním některých kapitol se soudobými učebnicemi pro střední školy. Například kapitoly Proud a odpor nebo Obvody obsahově příslušnou středoškolskou látku příliš nepřesahují. Paradoxně je ve Fyzice výklad spíše pozvolnější a detailněji komentovaný – mnohdy by mohl při středoškolské výuce sloužit stejně dobře, nebo i lépe než používaná středoškolská učebnice. Kniha svým rozsahem zřejmě pokryje kurz fyziky na technických fakultách, pro úvodní kurz fyziky na přírodovědeckých fakultách však bude „jen“ velmi dobrým odrazovým můstkem.

Zvláštní komentář si zasluhuje množství barevných ilustrací, a zejména fotografie. Autoři shromáždili velký počet často zcela unikátních záběrů – zmiňme např. tvář vojenského pilota deformovanou obrovským zrychlením na raketových saních, zježené vlasy turistky vyfotografované pár okamžiků před smrtícím úderem blesku, snímek stavby sovětské letadlové lodě pořízený z americké špionážní družice. I zde bychom snad mohli autorům vytýkat lacinou líbivost, ale myslím, že bychom jim křivdili. Fotografie jen dovršují celkový dobrý dojem z poctivě a odpovědně odvedeného díla.

Při listování touto neobyčejnou knihou nám v mysli vyvstanou i obecnější otázky: Jaké je postavení výuky fyziky v současném vzdělávání? Jak představit fyziku studentům, kteří se s ní v profesním životě již nesetkají (budoucím právníkům, úředníkům, hercům)? Co říci o fyzice těm, kteří budou jen používat některé její praktické výsledky (biologům, chemikům, technikům)? Jakkoli jsou tyto otázky závažné a tíživé, odpovědět na ně nedovedu. V tom, jak fyziku vnímá veřejnost, nacházíme podivné paradoxy. Na jedné straně se zdá, že se fyzika těší velkému zájmu a úctě. Zkusme se zeptat některého laika na jméno významného fyzika, biologa či chemika. Málokomu bude neznámý Albert Einstein, ale chemik nebo biolog? Jistě mnohem více amatérů kritizuje speciální teorii relativity než teorie jiných přírodovědných oborů. Na druhé straně však fyzika patří na střední škole k nejméně oblíbeným předmětům a fyzikální obory přírodovědeckých fakult mají trvalé potíže s nedostatkem studentů. Příčinou bude jistě povaha disciplíny samotné, její obtížnost, abstrakce a matematická náročnost. Ne každému je přáno proniknout hlouběji do jejího světa a ocenit krásu logické stavby i obecnost jejích výsledků. Neměl by to ale být důvod k tomu, aby se všem ostatním stala fyzika černou můrou. Lze tomu vůbec zabránit?

V prvé řadě bychom při výuce měli dbát na to, abychom fyziku představili jako celek, metody její práce a způsob myšlení. Není tak důležité, které konkrétní partie a v jakém počtu do výuky zařadíme. I v této souvislosti platí, že méně znamená více – hlubší pochopení menšího počtu problémů považuji za mnohem cennější než povrchní prolétnutí všech klasických partií fyziky v celé její šíři. Pocit, že to či ono prostě musíme studentům říci, je falešný. Nemusíme, vždyť většina z nich ty stovky konkrétních dílčích informací stejně brzy zapomene. A pokud studenti nezískají představu o fyzice jako takové, mnoho toho v nich z fyziky nezbude. Často se potkávám s „nefyziky“ z řad studentů nebo čerstvých absolventů středních škol, a tak, řekl bych, vím, o čem mluvím.

Krom toho je třeba zdůrazňovat to, že fyzika je přírodní věda, tedy věda o přírodě a o světě kolem nás. Zde mohou velkou službu prokázat právě příklady a cvičení, tak jak je nacházíme ve Fyzice. Příklady ze skutečného života, při jejichž řešení není zajímavý a obohacující jen postup, ale také výsledek.

Fyzika je určena zejména těm, kteří svůj vztah k fyzice a k přírodním vědám teprve hledají. Pokud jej najdou, pak je uchvátí i knihy obrázků zcela prosté, zato přeplněné podivnými matematickými symboly a vonící typickým pachem starých ruských učebnic. A pokud jej nenajdou a jejich životní cesta se již s fyzikou neprotne, zůstane v nich snad povědomí o fyzice jako úžasné vědě. Co více by si učitel fyziky mohl přát? ¹⁾