Цей підручник є перекладом книги Introductory Physics: Building Models to Describe Our World і розповсюджується за умовами ліцензії CC-BY-SA 4.0 International (Creative Commons).

Про підручник

Цей підручник написаний для задовільнення кількох потреб, які, на нашу думку, ще не були задовільнені багатьма наявними вступними підручниками з фізики.

По-перше, ми хотіли, аби підручник був безплатним для студентів та викладачів. По-друге, ми хотіли розробити підручник, який враховує нові техніки педагогіки, що використовують у вступній фізиці, написавши її у спосіб, адаптований до підходу перевернутого класу, де студенти виконують читання, розмірковують над прочитаним матеріалом, а потім обговорюють його у класі. По-третє, ми хотіли створити підручник, який звертається також до експериментального аспекту фізики, пропонуючи проведення експериментів вдома або в лабораторії, і надає рекомендації з планування експериментів та звітування про їх результати. Нарешті, ми хотіли створити підручник, який є свого роду «живим документом», який професори можуть редагувати та змішувати для власних потреб, і до якого студенти також можуть внести матеріал. Навчальний посібник розміщено на GitHub, що дозволяє будь-кому вносити пропозиції, вказувати на проблеми та помилки й додавати матеріал.

Цей підручник призначений для поєднання з супровідною «Бібліотекою Питань», яка містить велику кількість практичних проблем, багато з яких були внесені студентами.

Підручник був би неможливий без підтримки Королівського Університету та кафедри фізики, інженерної фізики та Астрономії Королівського Університету, а також багатьох корисних дискусій зі студентами, техніками та викладачами Королівського Університету.

Вітання від авторів

Райан Мартін. Я професор фізики в Королівському Університеті. Моя основна область досліджень — астрофізика частинок, особливо вивчення властивостей нейтрино. Я виріс у Швейцарії, здобув ступінь бакалавра, магістра та доктора філософії у Королівському Університеті. Перш ніж повернутися до Королівського Університету, я був аспірантом Національної лабораторії імені Лоуренса Берклі та викладачем в Університеті Південної Дакоти. Я особливо захоплений освітою, і я завжди шукаю можливості залучити студентів до допомоги, аби зробити освіту більш доступною. Також люблю готувати й грати у волейбол.

Емма Нірі. Наразі я магістр фізики другого курсу та студент QuARMS (прискорений шлях до медичної школи Королівського Університету), а також уродженка Сент-Джонсу, Ньюфаундленд. Я твердо вірю у важливість побудови фізичних моделей, чи це є фізика, медицина, наука чи мистецтво. Моєю метою було наповнити підручник темою моделювання у творчий та захопливий спосіб. Окрім занять фізикою, мені подобається ходити в походи, танцювати, читати та проводити дослідження в галузі гастроентерології та нейропсихіатрії.

Джошуа Рінальдо. Я студент третього курсу факультету фізики й одночасно навчаюся на педагогічному факультеті. Вперше я познайомився з підходом перевернутого класу на першому курсі фізики у викладі Райана Мартіна, і виявив, що цей досвід мав вплив мій підхід до освіти. Я маю намір продовжувати використовувати підхід перевернутого класу під час мого кар’єрного руху. Бути співавтором цього підручника стало для мене дивовижною можливістю вирости як педагог, і я з нетерпінням чекаю на застосування навичок, отриманих під час роботи над ним. Крім фізики, мені подобається робити прикраси та займатися змішаними бойовими мистецтвами.

Олівія Вудман. Наразі я студентка третього курсу в Королівському Університеті за спеціальністю фізика. Підхід перевернутого класу був корисним для мого власного навчання, і я думаю, що ми створили підручник, який дійсно доповнює такий стиль. Протягом книги я ділилася своїми думками на різні теми з фізики, а також деякими корисними порадами та рекомендаціями. Я сподіваюся, що студентам сподобається ця книга, а також, що вони будуть робити свої внески у неї в майбутньому. Робота над цим підручником також дозволила мені поєднати любов до фізики з моєю любов’ю до каракулів, тож я сподіваюся, що вам сподобаються малюнки!

Як користуватися цим підручником

Цей підручник призначений для використання в перевернутому класі, де студенти завершують читання вдома, а потім матеріал обговорюється на занятті. Тож, матеріал подається досить стисло і містить контрольні питання, на які студенти мають відповісти, коли закінчать читання. Ми пропонуємо включити ці контрольні питання як частину контролю до завдань з вивчення (відмічені на основі завершення, а не правильності), а потім використовувати їх як відправну точку для обговорення в класі.

Для тем, які є особливо складними, ми включили блоки міркувань, написані студентами, де вони намагаються представити матеріал в іншому світлі. Ми завжди раді, якщо студенти (або викладачі) бажають внести додаткові блоки.

Розділи починаються з переліку цілей вивчення та вступного питання, аби учні мали уявлення про зміст розділу. Протягом усього розділу є приклади, також є додаткові задачі для практики в кінці. Для додаткових практичних задач слід використовувати бібліотеку запитань. Наприкінці розділу, підсумок представляє ключові моменти з глави. Ми пропонуємо студентам уважно читати підсумки, аби переконатися, що вони розуміють зміст глави (і потенційно ідентифікувати, перш ніж читати, чи є зміст глави знайомим для них). Наприкінці розділу ми також представляємо секцію для роздумів про матеріал. Сюди входять питання щодо застосування матеріалу або історичного контексту, які можуть бути призначені в опитуваннях після читання. Секція роздумів про матеріал також включає експерименти, які можна провести вдома (в рамках завдання з вивчення) або в лабораторії.

Додатки охоплюють основні знання з математики (диференціальне та інтегральне числення і вектори), а також представляють вступ до програмування мовою Python, що, на нашу думку, є корисною навичкою в науці. Також є додаток, призначений для користування під час роботи в лабораторії. Він надає приклади того, як писати пропозиції експериментів та звіти, а також принципи розгляду пропозицій та звітів. Ми вважаємо, що вступні лабораторні повинні бути не «рецептурними», а такими, щоб студенти використовували підхід, подібний до підходу дослідника в розробці експерименту та його проведенні, а також у перегляді пропозицій та результатів своїх колег.

Перелік розділів

/Подяки/ /Науковий метод і фізика/ /Порівняння моделі та експерименту/ /Опис руху в одному вимірі/ /Опис руху в декількох вимірах/ /Закони Ньютона/ /Застосування законів Ньютона/ /Робота та енергія/ /Потенціальна енергія та збереження енергії/ /Гравітація/ /Лінійний імпульс і центр мас/ /Динаміка обертання/ /Енергія обертання і кутовий момент/ /Гармонічні коливання/ /Хвилі/ /Механіка рідини/ /Електричні заряди та поля/ /Закон Гауса/ /Електричний потенціал/ /Електричний струм/ /Електричні кола/ /Магнітне поле/ /Джерела магнітного поля/ /Електромагнітна індукція/ /Спеціальна теорія відносності/ /Додаток А: Вектори/ /Додаток Б: Диференціальне та інтегральне числення/ /Додаток В: Супровід у діяльності, пов'язаній з лабораторними роботами/ /Додаток Г: Мова програмування Python/