Оборудование школьного физического кабинета

Рис. 2.1. Планировка кабинета физики второй половины XIX века:

1 – лабораторный стол учителя; 2 – стол помощника учителя (лаборанта); 3 – место подвода проводов; 4 – лабораторные столы учащихся; 5 – классная доска; 6 – стол для демонстрации опытов; 7 – ученические столы; * – место размещения приборов

В XIX веке физический кабинет представлял собой хранилище экспонатов, относящихся к физической науке. В учебном кабинете имелось собрание отдельных, совершенно независимых друг от друга приборов, из которых каждый предназначался для показа одного физического явления. Физический прибор казался главным объектом изучения, покрывая явление. Физический кабинет представлял музей, нечто типа кунсткамеры, и в этом музее заключалась сущность физики.

Лишь в самом конце XIX века зародился так называемый «новый» метод, повлиявший на формирование оборудования и использование физического кабинета. Преподавателям рекомендовалось следующее:

1. При опытах обращать внимание на качественную сторону явлений.

2. Отдавать предпочтение приборам, воспроизводящим само явление.

3. По возможности избегать моделей.

При постановке учебного физического эксперимента рекомендовалось использовать приборы, по возможности простые как по идее, так и по устройству. В список рекомендуемых для постановки физического эксперимента приборов входило более 700 их наименований.

В конце XIX века существовало множество товариществ, акционерных обществ, специализировавшихся на выпуске оборудования для физических кабинетов. Существовали также и частные фабрики. Одной из таких фабрик являлась «Фабрика Е. С. Трындина и сыновей», размещавшаяся в здании теперешнего Политехнического музея (г. Москва). В то время, в связи со сложной системой образования (гимназии мужские и женские, лицеи, реальные училища и прочее), для каждого типа учебного заведения и даже для некоторых учебников физики существовал свой перечень приборов и оборудования кабинета физики. Так, фабрика Трындина комплектовала приборы по четырем спискам: первый список – для кабинетов средних учебных заведений (составлен по утвержденному списку Министерства народного просвещения); второй список – для женских гимназий (составлен к учебнику Краевича и Цингера); третий список – для городских училищ (по положению 1872 года Министерства народного просвещения); четвертый список – для низших учебных заведений.

Для каждого типа учебных заведений количество приборов, их сложность были различны. Хочется отметить, что некоторое оборудование сохранилось до нашего времени, конечно видоизменившись. Например, на рис. 2.2 показано, как выглядели демонстрационные вольтметры и амперметры.

Рис. 2.2. Демонстрационные приборы, применяемые в обучении в XIX веке

Многого из того, что было раньше, в современной школе нет, и, следует сказать, неоправданно. Например: термометр с тремя шкалами Цельсия, Фаренгейта и Реомюра являлся отличным наглядным пособием для перехода от одной температурной шкалы к другой.

Для нас, привыкших к электронному оборудованию, некоторые опыты старой школы просто поразительны в плане простоты. Так, графическое изображение колебаний получали с помощью несложных приспособлений и пишущего прибора от телеграфа Морзе, имевшемся в то время во всяком сколь-нибудь сносном физическом кабинете.

В кабинетах имелся ряд интересных приборов по акустике, например звучащая труба – прибор для демонстрации воздушной тяги, нитяной телефон – для демонстрации звукопроводимости твердых тел (таким телефоном сейчас увлекаются дети, и его несложно сделать самому).

Существовал специальный раздел «Музыкальная акустика». Он представлялся приборами, которых в кабинетах физики нет уже давно. Судя по этому разделу, в школах существовала тесная связь физики с музыкальным воспитанием. Такой очень сложный прибор, как двойная сирена Гельмгольца, служил для получения октавы, унисона, квинты, кварты, терции, сексты, септимы, секунды (музыкальных созвучий). Для проверки этих созвучий могли служить фортепиано, пианино или фисгармония (последняя была в каждом учебном заведении). Учащимся рассказывали об устройстве фортепиано (прилагались чертежи) и о фортепианной клавиатуре. Этому разделу уделялось очень большое внимание вплоть до построения всех гамм, аккордов.

В физических кабинетах этого периода в качестве демонстрационных приборов находились прообразы сегодняшнего магнитофона и проигрывателя – фонограф и граммофон. Учителям рекомендовалось изучать с учащимися устройство и принцип работы этих приборов. Смотри рис. 2.3.

К общему оборудованию кабинета относились воздушный насос (рис. 2.4) и проекционный аппарат (рис. 2.5), которые выпускала упомянутая выше фабрика Трындина. Следует заметить, что линзы конденсора в проекционном фонаре были наливные, о чем свидетельствуют наливные и сливные краны на корпусе конденсора. Наблюдается определенное сходство с современным универсальным проекционным аппаратом ФОС-115 (фонарно-оптическая скамья).

Рис. 2.3. Фонограф и граммофон

Рис. 2.4. Воздушный насос

Рис. 2.5. Проекционный аппарат

Развитие школьного физического кабинета можно проследить не только по его оборудованию физическими приборами, но и по его мебели. О мебели физического кабинета педагоги заботились очень много, так как именно она создает удобства или неудобства при проведении занятий. Мебель физического кабинета меняет свой вид в соответствии с изменением взглядов на удобства в формах проведения занятий.

В указаниях по устройству физического кабинета XIX века относительно мебели говорится, что столы ученических парт могут быть узкими (35 см), но должны быть прямыми (в остальных кабинетах гимназий были наклонные парты). Для сиденья применялись скамьи. Стол для экспериментирования был достаточно тяжелый и крепкий, длиной более 3 метров, высотой 0,8–1,0 м, шириной 0,7–1,0 м. В середине стола был вырез для водяной ванны. На рис. 2.6 представлено расположение стола экспериментатора в классе-аудитории. Для размещения приборов применялись шкафы (2,5?1,5?0,5 м). Они располагались в аудитории. В препараторской был шкаф (2,0?0,7?0,35 м) для хранения химических материалов. В некоторых кабинетах в препараторской располагался шкаф для размещения физической библиотеки.

Рис. 2.6. Общий вид стола экспериментатора в кабинете физики XIX века

2.2. Кабинет физики первой половины XX века

В первой половине двадцатого столетия школьный кабинет физики приобрел форму, которую еще можно встретить и в наши дни. Оптимальный вариант планировки фактически определился в 1930-е годы. Наиболее значительный вклад в развитие кабинета физики первой половины XX века сделали физики-методисты Д. Д. Галанин, Е. Н. Горячкин, Г. Н. Григорьев, А. А. Покровский, Д. И. Сахаров.

Школьный физический кабинет в тридцатые годы представлял собой прежде всего чистое и сухое помещение, обладающее необходимой площадью, вентиляцией и освещением. В общем случае это было помещение, состоящее из двух комнат: препараторской и аудитории для проведения уроков. Аудитория, при том что группа учащихся состояла не более чем из 40 человек, представляла собой комнату в 60 кв. метров, слегка удлиненную (7,0?8,5 м), с двумя дверями: одна из коридора, другая из препараторской. В препараторской также предусматривался выход в коридор.

Экспериментальный стол устанавливали выше рабочих столов учащихся на 25–30 см на подиуме. Стол имел прочную крышку (3,0?0,8 м) и 6 ящиков для хранения наиболее часто употреблявшихся приборов. Высота стола 0,8 м. К столу подводились газ, вода и электрический ток (рис. 2.7). В лаборатории и препараторской устанавливались шкафы для лабораторных и демонстрационных приборов. В шкафах препараторской хранились демонстрационные приборы, в шкафах аудитории оборудование для лабораторных работ. Габариты шкафа 2,0?1,5?0,5 м.

Рис. 2.7. Общий вид экспериментального стола

В кабинетах 1930-х годов предусматривалась установка тяжелых вращающихся механизмов (двигатель внутреннего сгорания, умформер).

Умформер являлся сердцем электроснабжения кабинета 1930-х годов. Эта установка состояла из асинхронного двигателя с короткозамкнутым якорем и шунтовой динамо-машины (рис. 2.8). Умформер должен был стоять в отдельном помещении либо в препараторской, чтобы его шум не мешал занятиям. В препараторской помещался электрощит для управления умформером. На щите располагались амперметры, вольтметры, контрольные лампы, реостаты, двух- и трехполюсные рубильники, гнезда для подключения к трансформаторам, динамо-машине, выпрямителям, рубильникам. В аудитории располагался подобный щит, только меньшего размера. Электрический ток подводился к каждому рабочему месту посредством проводки, расположенной на стенах или под полом. На рабочих местах располагались малые щитки с розетками и предохранительными пробками. Трансформаторы и выпрямители имели большие размеры (умформер был вообще крупногабаритной установкой). Выпрямители были электролитическими. При их простоте и доступности они были громоздки и небезопасны.

Рис. 2.8. Умформер

Наиболее удобной для того периода следует считать планировку кабинета физики, разработанную физиком-методистом Д. И. Сахаровым (рис. 2.9), но из-за дефицита школьных площадей эта планировка не получила широкого распространения. Аудитория 1 занимала около 60 кв. м, была слегка удлиненной, с двумя дверями одна из препараторской, другая из коридора. Лаборатория 2 предназначалась для выполнения лабораторных работ. В ней размещалось 12 столов для учащихся (считая по 3–4 человека на комплект учебного оборудования). Для препараторской 3 отводилась светлая комната размером 6,0?5,0 м.

Из нее выделялся уголок (3,0?2,0 м) для фотокомнаты 6. Помещение 4 для хранения приборов (хранилище) занимало площадь 30 кв. м. Физический кабинет имел специальную мастерскую 5 для ремонта приборов. Д. И. Сахаров писал: «Кабинет без своей мастерской неминуемо обратится в музей покупных и притом часто недействующих приборов, и живая мысль преподавателя и учащихся, не находя себе осуществления, заглохнет». Машинная комната 7 служила для размещения умформера.

Рис. 2.9. Планировка физического кабинета первой половины XX века:

1 – аудитория; 2 – лаборатория; 3 – препараторская; 4 – хранилище; 5 – мастерская; 6 – фотокомната; 7 – машинная; 8 – коридор

Для кабинетов физики первой половины XX века уже были обязательны специальные системы: водоснабжения, газоснабжения, электроснабжения, затемнения окон, освещения, вентиляции. Эти системы были довольно сложны в эксплуатации, и их обслуживание осуществлялось специалистами.

Главной отличительной чертой комплекса учебного оборудования физического кабинета этого периода стало появление большого количества приборов, связанных с расширением использования электричества. В преподавании этого периода делался упор на связь физики с основами производства, и поэтому в учебном оборудовании появляется много моделей. Например, модель двигателя постоянного тока, большая демонстрационная модель вращающегося витка.

Если в XIX веке физические приборы применялись без дифференциации, то в этот период наблюдается разделение приборов на демонстрационные и лабораторные. Вместе с этим наблюдается сокращение количества приборов, связанное с тем, что значительно сократился материал по темам «свет» и «звук». На курс физики в это время возлагалась основная задача – ознакомление с научными принципами производства.

В этот период в кабинетах физики начинают появляться технические средства обучения – фильмоскопы и проигрыватели.

2.3. Кабинет физики второй половины XX века

К середине 1950-х годов была определена общая структура единого типового кабинета физики (в связи с тем, что в этот период все школы страны работали по единой учебной программе). Разработкой единого типового кабинета физики и учебного оборудования по физике в этот период занималась группа ученых методистов-физиков, возглавляемая А. А. Покровским. В нее входили известные методисты того времени: Б. С. Зворыкин, Н. М. Шахмаев, С. Е. Каменецкий, Б. И. Переверзнев, И. Н. Румянцев и др. За основу были приняты два варианта планировки кабинетов физики. Первый – получивший наибольшее распространение – представлен на рис. 2.10. Второй – реже встречающийся – на рис. 2.11. Согласно этой планировке кабинет состоял из двух классов-лабораторий, разделенных препараторской.

Рис. 2.10. Первый вариант планировки кабинета физики середины XX века:

1 – стол для проекционного аппарата; 2 – стол для экспериментов (демонстрационный); 3, 7 – раковина с водопроводным краном; 4 – рабочее место учителя; 5 – электрощит; 6 – рабочий стол; 8 – стол для ремонта; 9 – набор инструментов; 10 – шкафы; 11 – письменный стол учителя; 12 – тележка; 13 – подставка для ТСО

В этот период средние школы работали по единой учебной программе. Наполняемость классов была жестко определена. Норма наполняемости составляла 40 человек. Все это позволило к началу 1970-х годов определить жесткие строительные нормы типового кабинета физики. Для школ с 8–20 классами на типовой кабинет физики выделялось два помещения: класс-лаборатория площадью 66 кв. м и препараторская 16 кв. м. В школах на 30–40 классов выделялось два класса-лаборатории площадью по 66 кв. м, разделенные препараторской в 32 кв. м (второй вариант планировки). В школах на 50 классов и более общая площадь утраивалась.

В классе устанавливалось 20 двухместных ученических столов. Столы размещались в три ряда. В конце среднего ряда располагался передвижной стол-подставка 1 (рис. 2.10) для проекционной аппаратуры. У задней стенки класса располагали шесть шкафов 10 для хранения лабораторного оборудования, еще шесть шкафов располагалось в препараторской для хранения демонстрационного оборудования. Переднюю часть класса занимал подиум размером приблизительно 1,7?3,8 м и высотой 15–20 см, на котором сосредоточивалось рабочее место учителя. На подиуме были установлены демонстрационный стол 2 с раковиной 3, стол учителя 4. Стол учителя несколько выдвигался вперед и устанавливался под некоторым углом к демонстрационному столу. При таком расположении стола достигался хороший обзор класса и классной доски, которая подвешивалась на переднюю стену класса, над ней – проекционный экран. На стене за рабочим столом учителя закреплялся электрораспределительный щит 5.

Препараторская имела два выхода – в коридор и в класс-лабораторию. Вдоль стены, отделяющей препараторскую от класса, устанавливали рабочий стол 6, он был такого же типа, как демонстрационный стол, но служил для подготовки опытов к урокам. По одну сторону от этого стола размещалась раковина со сливом и водопроводным краном 7, а по другую – стол 8 для ремонта оборудования. Над ним подвешивали шкаф 9 с инструментами. Письменный стол учителя 11 располагался у окна. В препараторской размещалась тележка 12 для перевозки приборов и передвижная подставка с ТСО 13.

К демонстрационному столу в классе и рабочему столу в препараторской кроме воды подводились газ и электрическое напряжение. Для управления электроснабжением в лаборантской, как и в классе, был установлен пульт с выключателями и автоматическими предохранителями. Этот пульт позволял управлять электропитанием всего кабинета и подавать напряжение в класс и препараторскую в отдельности.

Рис. 2.11. Второй вариант планировки кабинета физики середины XX века:

1 – рабочий стол; 2 – шкафы; 3 – стол учителя; 4 – стол лаборанта; 5 – шкафы; 6 – шкаф для библиотеки; 7 – тележка; 8 – передвижная подставка для ТСО

В препараторской имелся кран, перекрывающий газовую сеть и позволяющий отключать газ во всем кабинете. Такие же краны были установлены у рабочего стола в препараторской и у демонстрационного стола в классе.