Текст книги "Физика? Нет ничего проще! Возвращение физики"

1.3. Назад к физике

Вот и окончен университет. Набравшись интегралов, наигравшись с тензорами и группами, навыращивав кристаллов, налюбовавшись физическими явлениями и став желанным специалистом для ряда организаций, я вдруг с ужасом осознал, что, многому научившись, сущности физики как таковой я и не понял. Сказалось насаждаемое отношение к физике как творческому порыву и красивой якобы интеллектуальной жизни в белом халате с бессонными ночами экспериментов и мучительными попытками их интерпретации. И вот начало доходить, что занятие физикой – это системный и систематический труд, требующий четкой организации мышления. Организации, основы которой и по сей день остаются практически непонятными для большинства людей.

Где искать эти основы? Очевидно, там, где происходит или, по крайней мере, должно происходить становление этого самого организованного мышления. То есть в процессе общего образования, в школе. И отправился я сотрудничать со школами. И занимаюсь этим вот уже полсотни лет, не выходя из состояния ужаса от того, что люди считают обучением физике. В школьных учебниках физики в среднем на одну страницу приходится одна грубая физическая, математическая или психологическая ошибка, в принципе ломающая научное продуктивное мышление и даже представление о нем. Соответствующие примеры будут рассмотрены в главе 7, посвященной физике в образовании и преподаванию физики. Здесь же отметим, что из современных учебников практически изъяты представления о физических величинах, являющихся неотъемлемой частью понятийной основы языка физики. Да и вообще понятийный уровень учебников физики не выдерживает никакой критики. На протяжении примерно тридцати лет ни один школьный учитель физики не сказал мне (и уж тем более – учащимся), что такое закон. Решение задач сумбурно, и существующие в школе подходы к этому решению явно противоречат стандарту образования. Ведь стандарт требует единого универсального подхода к этому процессу. А в школе твердят о множественности «алгоритмов» решения задач различных типов.

Параллельно этому шло «дообучение» физике на смысловом уровне в процессе профессиональной научной работы. Кафедра физики Уральского политехнического института, на которой я работал после окончания университета и года работы в лаборатории линейного ускорителя в Казахском госуниверситете, в научном плане занималась изучением физических свойств интерметаллических соединений. Именно для получения монокристаллических образцов этих соединений меня туда и пригласили. Но выполнение кандидатской диссертационной работы формально предполагает наличие научного руководителя, которого в области роста кристаллов на кафедре не было. Тематику-то ростовую я развивал сам с помощью своих университетских руководителей. Обнаруживал интересные ростовые явления, писал статьи, участвовал в ростовых конференциях. А вот в кандидатской диссертационной работе слово «монокристалл» отсутствовало напрочь. Работа была посвящена физическим свойствам – электрическим, магнитным, теплофизическим и прочим – поликристаллов тех соединений, физика роста кристаллов которых меня заинтересовала. И это было прекрасно, потому что впоследствии позволило обнаружить и понять причинно-следственные связи структуры, свойств и механизмов роста кристаллов. Тут же пришлось понять сущность таких физических моделей, как, например, фонон, и наконец-то уловить смысл и роль в создании представлений о фононе фурье-преобразований, которые так гнобили нас в университете.

Дальше все было «как у людей» – защита одной диссертации, потом – другой, создание научной школы…

1.4. Вперед к образованию

Но образовательная линия не отпускала. Ощущалась острая необходимость, во-первых, отдать, точнее – передать дальше то, что с таким трудом вложили в меня умнейшие люди. Во-вторых, уже начала осознаваться мною роль физики в общем образовании, и было очень жаль детей, мимо которых она пролетала, так и не успевая вложить в их головы модельные основы продуктивного мышления, то есть основы думанья. А ведь физика в программе общего образования присутствует именно для этого [4]. И исключительно для этого. Но об этом – потом, в главе 7.

В 80-х годах прошлого века было разработано пособие «Язык, закон, задача в курсе физики средней школы» [6]. Главная его особенность связана с требованием отсутствия физических ошибок в процессе преподавания предмета. Однако большинство преподавателей физики к этому времени уже были далеки от ее смысла и содержания. Отказ от предлагаемого в пособии подхода мотивировался… его «формализмом». Но ведь что может быть более формализованным, чем подход к формированию научных моделей, делающий их едиными для всех, то есть являющийся основой реальной составляющей понимания и, следовательно, взаимопонимания?! Надо отметить, что для тех, кто этим пособием все же пользовался, оно становилось, как правило, одной из настольных книг.

Намеченная в пособии «образовательная траектория» заставила провести обширный ряд исследований в области формирования преподавателями и обучающимися (в том числе – обучающимися самостоятельно) понятийности, причинно-следственности и единого подхода к решению задач [3, 5, 7, 8]. Стало понятным, как «устроен» интеллект в его научно-познавательной модели, и удалось предложить математическое представление этой модели с принципиально измеримыми ее компонентами [7]. В результате была создана общая технология интеллектуального образования [5], позволяющая успешно решать образовательные и научные задачи. Технология успешно апробирована как в общем [5], так и в профессиональном [1] образовании. И все это благодаря физике. Физике в представлении тех, кто ее создавал как отрасль науки, тех, кто построил четкую структуру физического мышления как исторически сложившуюся основу осознанно организованного продуктивного мышления вообще.

Я должен был ответить на вопрос: «Кто ты такой (чтобы судить о физике и ее трансляции)?». Он очевидно включает в себя: «С какой стати ты взялся за это (то есть за реабилитацию здравого физического смысла)?». Надеюсь, я ответил. На вопрос: «Откуда ты это взял?» будет дан ответ в главах с третьей по шестую. Тогда останется выяснить: «Почему ты считаешь, что нам это нужно?». Этому посвящена седьмая глава книги.

Литература к главе 1

1. Фролов, А. А. Культура умственного труда [Текст]: учебное пособие / А. А. Фролов, И. А. Черняев. – Екатеринбург: УГМУ, 2014. – 140 с.

2. Фролов, А. А. Одноструктурная модель расплава для конгруэнтно плавящихся веществ / А. А. Фролов // Кристаллография. – 1980. – Т. 25, вып. 1. – С. 43—47.

3. Фролов, А. А. Понятийность как основа единства интеграции и дифференциации научного знания [Текст] / А. А. Фролов, Ю. Н. Фролова // Сибирский педагогический журнал. – 2010. – №3. – С. 126—140.

4. Фролов, А. А. Сущность общего образования / А. А. Фролов // Образование и наука. – 2015. – №1 (3). – С. 18—28.

5. Фролов, А. А. Технология интеллектуального образования [Текст] монография / А. А. Фролов. – Екатеринбург: Издательство «Раритет», 2015. – 180 с.

6. Фролов, А. А. Язык, закон, задача в курсе физики средней школы [Текст] / А. А. Фролов. – Екатеринбург: Банк культурной информации, 2001. – 96 с.

7. Фролов, А. А. Модель формирования научно-познавательной компетентности обучающихся [Текст] / А. А. Фролов, Ю. Н. Фролова // Сибирский педагогический журнал. – 2011. – №9. – С. 51—64.

8. Фролова, Ю. Н. Роль социальной фасилитации в процессе алгоритмизированного проблемного обучения [Текст] / Ю. Н. Фролова // Сибирский педагогический журнал. – 2010. – №5. – С. 41—54.

Глава 2. Физика: наука и научная работа

Чтобы понять, что же такое физика на самом деле, какое место она реально занимает в нашей жизни и где ее в этой жизни искать, надо уточнить «географию» поиска. Чаще всего рядом со словом «физика» всплывает слово «наука». От этого слова так и тянет чем-то далеким и заоблачным. Большинство граждан представляет себе связанных с наукой людей как все тех же рассеянных очкариков в белых халатах, практически исключительно – мужчин, от которых постоянно уходят жены, поскольку эти очкарики не от мира сего и ни на что, кроме этой своей науки, не пригодны. Они все время открывают что-то такое, которого никто и не закрывал. И денег за это получают мало. Или совсем не получают. Не спят ночами, мучительно исписывают кипы бумаги какими-то закорючками или сутками сидят, уставившись в монитор компьютера, испещренный теми же закорючками. Порой некоторые из них все же за что-то получают огромные премии, и тогда уже навечно уходят в своих белых халатах в бесконечные коридоры академических институтов и – страшно сказать – коллайдеров. Наук, которыми занимаются эти люди, великое множество – одни изучают мошек, другие – атомы, третьи – мозги. Все это – за счет налогоплательщиков, которым совершенно не нужны мошки, атомы и, особенно, мозги. И вот среди всей этой братии самые непонятные – физики. Что же они делают в своих лабораториях? Занимаются наукой? Которой? Как именно? Зачем? Одни вопросы. Уж очень раздражают физики нормальную общественность самим своим существованием и уж, подавно, еще и навязываемой по их милости необходимостью изучения этой нормальной общественностью того, что они натворили.

Для того чтобы разобраться в физике и с физиками, воспользуемся простой метафорой. Как только мы сталкиваемся с каким угодно заинтересовавшим нас явлением, из нашего сознания к этому явлению протягиваются незримые ручки, которые его тщательно «ощупывают» с помощью настоящих рук, если надо – оснащенных приборами и инструментами. Незримые ручки, протянувшиеся из нашего мозга, работают, не покладая себя, до тех пор, пока каждая из них не придет к результату, за который она отвечает. Так, одна ручка определяет возраст найденного, другая – твердость, третья – форму и так далее. Составляется описание граней исследуемого явления. Естественно, для составления представления о явлении в целом, добычу всех поработавших ручек необходимо сложить в одну (!) коробку. И не просто сложить, а расположить по ячейкам, связанным между собой надежно установленными связями. Вот теперь коробка опечатывается, чтобы в нее не проникли бездумные шаловливые настоящие ручонки желающих поиграть или поживиться, и отправляется на склад. Этот склад называется «наука», и затребовать с его полки нужную коробку всегда можно. Правда, при условии, что знаем, где эта полка находится, то есть знаем и помним, куда мы эту коробку положили.

Таким образом, даже на уровне метафоры понятно, что мы имеем дело с двумя совершенно разными феноменами, хотя и тесно связанными друг с другом. А именно – с наукой и научной работой.

2.1. Что такое наука

Прежде всего необходимо выяснить, что такое наука, которой почтительно боится нормальный обыватель. Ведь, по слухам, с ней не поспоришь, а этого мы не любим. Для понимания сущности науки надо кое-что разложить в голове по полочкам. Начнем с элемента (от латинского elementum – первоначальное вещество). Во всех развитых языках под элементом традиционно понимается «составная часть сложного целого». Различные элементы, сваленные в кучу («купу», как и сейчас говорят в Украине и Белоруссии), образуют то, что в славянских языках называется «совокупностью». Но если эти элементы взаимодействуют между собой, причем такая совокупность в целом приобретает свойства, не присущие ни одному из элементов, мы имеем дело с системой. То есть: системой называется совокупность взаимодействующих элементов, каждый из которых не обладает свойствами системы в целом, но является ее неотъемлемой частью.

То, что так старательно добывали незримые ручки, скорее всего – «сведения»: это еще надо сводить воедино и упаковывать в одну коробку. А упаковываем мы организованно и направленно, тщательно устанавливая связи между элементами, фиксируя эти связи определенным расположением добытого в ячейках. То есть приводя добытые элементы – сведения о явлении – в систему, систематизируя их. Вот в итоге и поступает на склад изящная компактная коробка с ячейками формы, удобной для укладывания и доставания элементов. Эта коробка – знание о явлении, соответствующее сегодняшнему уровню исследовательских возможностей, то есть ловкости и оснащенности незримых и зримых ручек. Познавательная деятельность – это совокупность процессов, процедур и методов, которыми пользуется для добывания сведений и формирования знания человек с его управляющим центром – мозгом – и периферийными устройствами и возможностями. Знание, находящееся в научном хранилище, является жестким, надежным и уже отделено от того, кто его получил. Таким образом, знанием называется форма существования систематизированных результатов познавательной деятельности человека. Если принять во внимание, что информация – это процесс или результат преобразования явлений реального мира в явления виртуального мира нашего сознания, то становится очевидным информационно-модельный характер системы и определенных на ней операций.

В основе познавательной деятельности человека лежит потребность познавать мир, обусловленная необходимостью адекватных реакций на возникающие в нем ситуации. То есть необходимостью выживания. Форма проявления познавательной потребности – обращение внимания человека на возможно важные для его существования явления – называется интересом. В процессе эволюции человек очень далеко ушел от своего первобытного предка, став существом социальным, видящим мир широко – и в пространстве, и во времени. Человеку надо есть, чтобы жить сейчас, и он обращает внимание на генетические особенности продуктов питания. Человеку надо размножаться, и он обращает внимание на психологические особенности представителей противоположного пола. Человеку все равно придется через какие-нибудь три-четыре миллиарда лет покинуть насиженное в космосе около своей звезды место, чтобы выжить, и он уже сейчас обращает внимание на природу других звезд и пути к ним. Много у человека интересов. Если он – человек, разумеется. Каждое проявление каждого из интересов человека приводит к выделению им из окружающего мира или своего внутреннего мира (а в конечном счете – из потока своего сознания) определенного явления. Затем человек исследует это явление в процессе познавательной деятельности. Далее, используя свою социальность, то есть связи с другими людьми, заинтересованными в этом явлении и исследующими его, человек формирует знание о нем. Строго говоря, когда речь заходит о знании, оно формируется уже не человеком, а людьми. То есть отчуждается от конкретных человеков и начинает жить своей собственной, нелюдской, жизнью.

Знаний получается в итоге много, и касаются они практически всего, с чем сталкивается человек. Всего – это мира, окружающего человека, и внутреннего мира, который человек формирует в себе и несет по жизни. Каждое из этих знаний во времени развивается, углубляясь и уточняясь. В коробках на складе появляются новые ячейки, новые связи. Для того чтобы быть полезными человеку, да и для того чтобы их было можно в нужный момент отыскать и восстановить, все надежно установленные, проверенные и систематизированные знания, хранящиеся на складе, должны быть объединены в систему. В совершенно нелюдскую систему, не зависящую от чьих-либо сиюминутных настроений и состояний. Вот такой получается роботизированный склад, чуждый эмоций и чувств, в котором можно найти и построить все, что может понадобиться Человеку.

Итак, мы пришли к тому, что наукой называется система постоянно развивающихся знаний о реальном окружающем мире и внутреннем мире человека. В одном фантастическом фильме от человекоподобного робота остался только титановый скелет, неотвратимо преследующий свою цель. Это ассоциативно вполне увязывается с представлением о науке. Ее нельзя остановить. Ей невозможно противостоять. Ей все равно, кто каждый из нас и что мы о ней думаем. Ее надо понимать и уважительно ею пользоваться. Она может впадать в спячку за ненужностью в данный момент, она может уйти в другое место, если в ее доме поселились шарлатаны или расположилось учреждение для людей с задержкой умственного развития. Но убить ее нельзя. Даже вместе с человечеством. Был бы добротный Склад. Прилетят инопланетяне и реанимируют, присоединив к своей науке. Вот такая оптимистичная картина складывается в историческом развитии науки.

Говорят, что у науки много функций. Отсюда, как правило, вытекает много заблуждений и ошибок. Базовая, главная, исходная функция у науки только одна – описательная. Наука стремится в конечном счете надежно и ясно описывать мир. В конечном счете – потому что в познавательном процессе это стремление пробивается через трудности инструментального характера и индивидуально-личностные особенности модельных толкований наблюдаемых явлений. Объяснять ясное – бессмыслица, поэтому наука ничего не объясняет. Объяснять может человек, пользуясь достижениями науки и ее языком. Описание не есть материальное производство. Поэтому наука не может быть непосредственной производительной силой, как это взбрело в безграмотные головы советских руководителей в прошлом веке, что существенно затормозило развитие науки. Для этого есть другие, не менее важные и уважаемые виды человеческой деятельности, пользующиеся результатами науки, но ею не являющиеся. К ним относятся, например, педагогика, инженерия и медицина. Наука не может быть что-то кому-то должна – она не банк и не заемщик. Ознакомление с чем-либо – это всегда задавание вопросов и получение ответов на них. Мы можем пользоваться созданными наукой описаниями мира, задавая ей вопросы и получая ответы на уровне и в рамках этих описаний. Ну и, разумеется, можем сами пополнять науку, участвуя в создании таких описаний.

Науку нельзя «популяризировать» – ни методы, ни результаты. Их можно только транслировать, то есть передавать инструментальными средствами науки, используя уровни научного описания, доступные адресатам. Ведь сущность научного подхода заключается в создании модели, адекватной рассматриваемой ситуации, в том числе – модели математической. Образное представление модели явления в принципе одинаково для любого уровня ее рассмотрения. И, соответственно, для любого субъекта рассмотрения. А знаковое описание модели носит выраженно уровневый характер: для разных уровней описания одного и того же явления (например, для грубой оценки и точного расчета) в рамках одной и той же модели могут привлекаться вообще разные знаковые системы (например, разные разделы математики). При этом степень научности разноуровневых описаний одной и той же модели явления в принципе одинакова. Впоследствии мы еще не раз вернемся к этому тезису.

Из всего сказанного следует, что наука принципиально адекватна. Прежде всего, эта адекватность определяется необходимостью осознанного формирования научной модели, которая просто не может быть неадекватной для определенного уровня рассмотрения явления. По определению, ввиду требования ее простоты. Именно уровень рассмотрения, заданный, в конечном счете, сиюминутным интересом, определяет границу адекватности модели и, следовательно, границу ее применимости. Указывая, называя и описывая существенные для интересующей нас задачи стороны явления, то есть формируя его модель, мы в любой отрасли науки, прежде всего, обязаны пользоваться в принципе точным понятийным аппаратом, обеспечивающим адекватность отражения рассматриваемой грани явления. На этом фоне описание моделей причинно-следственных связей между моделями явлений является также принципиально адекватным. Это касается как образного, так и знакового описаний, которые, несомненно, тесно связаны между собой. В конечном итоге, единственным универсальным средством описания любого явления служит математика – в любом из своих обличий, в том числе – представленная любой знаковой системой в виде языка. Таким образом, все отрасли науки точны в смысле требования адекватности модельных представлений явлений. Просто для описания более сложных явлений, например, психологических, требуются и более сложные разделы математики, возможно, пока еще и не разработанные. Во всяком случае, научный работник, изучающий эти психологические явления, если он является таковым, должен владеть математическим аппаратом лучше, чем физик-теоретик, имеющий дело с наиболее простыми и, чаще всего, наглядными моделями. Так что рассуждения и даже упоминания о точных и неточных отраслях науки (тем более – о «науках») являются проявлением дилетантизма и непонимания сущности феномена науки.