Текст книги "Изобретатель пришел на урок. Развиваем креативное мышление"

Разговор в учительской

В небольшой комнате сидели человек пять учителей разного возраста. Завуч провела Изобретателя к своему столу.

– Скажите, пожалуйста, вы действительно считаете, что для решения изобретательских задач достаточно школьных знаний? – спросила она.

– В принципе да, за некоторыми исключениями, – ответил Изобретатель. – Но придумать идею новой машины мало, нужно ведь ее еще спроектировать, рассчитать – здесь нужны специальные знания. Кроме того, без них не поставишь задачу. И еще…

– Понятно, что соответствующее образование необходимо.

– Я о другом. Знаете, меня удивила сегодня активность ребят во время вашего выступления, даже тех, кто совсем не интересуется физикой, химией.

– Дети любят решать хитрые задачи. Но главное, я думаю, в том, что они почувствовали, что школьная физика, химия – не абстрактные знания, которые, может быть, пригодятся в будущем, а уже сегодня позволяют решать творческие задачи…

– Вот, вот! Нельзя ли использовать этот их интерес к решению головоломок для лучшего изучения школьных предметов? Изобретатель задумался. Ему не понравилось, что его задачи назвали головоломками. Но дело не в этом, действительно, занимаясь с ребятами ТРИЗ он замечал, что она резко повышает интерес ребят к наукам.

– Конечно, можно, – ответил он. – Но это не самое главное…

– А что же?

– Изобретатель на секунду замялся, но все-таки решился:

– Главное в том, что вы плохо учите детей! – выпалил он. – Они не понимают физики! Я как-то дал девятиклассникам простенькую задачу на использование закона Архимеда, и они не смогли ее решить!

– Не может быть! Девятиклассники должны знать этот закон, – вмешался учитель физики, давно прислушивавшийся к разговору. – Или речь идет о каких-то двоечниках?

– Ничего подобного! Те ребята хорошо учились, и закон они знали. Даже научили меня необычной, хорошо запоминающейся формулировке:

Тело, впернутое в воду,

Выпирает на свободу

Весом выпертой воды,

Телом втиснутым туды…

Учитель рассмеялся. Такое «определение» закона Архимеда он слышал впервые.

– Действительно, формулировка чёткая. Хоть стихи и не выдерживают никакой критики.

– Закон они знают, а применить не могут, – продолжал Изобретатель, – потому что не представляют механизма его действия, как все происходит. Вот и не решили задачу.

– А что за задача? – не отставал Физик. Теперь к разговору прислушивались остальные учителя.

Задача 2.

Вы сидите в лодке, плавающей на поверхности небольшого пруда. В лодке пудовая гиря. Вам надоело ее «возить» и вы выбросили ее за борт. Что станет с уровнем воды в пруду? Он поднимется, опустится или останется прежним?

Учителя задумались.

– Поднимется, наверное, – неуверенно сказал один.

– Останется прежним? Нет, опустится. Поднимется… – заспорили педагоги.

Через несколько минут задача была решена.

Рис. 3. «Утонувшая» гиря

– Конечно, все просто, если хорошо представлять себе как происходит действие, – сказал Физик. – А что это такое – хорошо представлять? Как вы этому учите? – спросил Изобретатель. И опять учителя несколько замялись.

– Представлять, понимать – это значит проникнуть в смысл явления, усвоить его, осознать, не так ли? – продолжал Изобретатель, не дожидаясь ответа на свой вопрос. – Видимо, так – подтвердили учителя.

– Конечно, это ведь почти дословная цитата из толкового словаря русского языка. Только она ничего не объясняет, потому что одни слова в этом определении толкуются через другие, такие же непонятные. А как же все-таки научить ребят понимать физику или химию?

– Если ученик может решать задачи по пройденным темам, значит, понимает.

– В принципе верно, – согласился Изобретатель, – только вот о каких задачах идет речь? Ведь немало задач решается просто по шаблону, по образцу, который можно зазубрить.

– Нет, понимание – это умение решать нешаблонные, новые задачи. Или старые – по-новому, – уточнил Физик.

– Вот и отлично! – обрадовался Изобретатель. – Значит, понимание связано с умением решать нестандартные задачи, по-своему подойти к ним, то есть творчески! Понимание – обязательное условие творчества в любой области. Именно вопросами творчества, творческого решения задач и занимается ТРИЗ. Вот этим подходом и может быть полезна ТРИЗ в школе, а не только завлекательными головоломками! – Но ведь у хороших учителей ребята понимают материал. Вот, например…

– Господа, пора расходиться по кабинетам – прервала дискуссию Завуч. – Но разговор, конечно, очень интересный. Вы не могли бы зайти к нам еще раз?

– Могу, конечно, только одной-двух встреч недостаточно для освоения ТРИЗ. Дело непростое: надо приспособить ТРИЗ для школы и детей. Первые попытки начались силами энтузиастов лет 30 назад. Опыт накоплен достаточный. И сейчас мы, в рамках проекта «Creatime»[3]3
  Руководитель проекта Анатолий Гин, портал проекта www.Creatime.me


[Закрыть], готовим систему обучения и сертификации ТРИЗ-педагогов. А они уже будут применять ТРИЗ-педагогику для развития креативности, критического и системного мышления детей. Однако дело это не простое, придётся самим поучиться. Так что подумайте – хотите ли вы тратить свое время…

– Вы же знаете, учителя – самый занятой народ. – Завуч задумалась. Как я поняла, у вас уже есть опыт преподавания ТРИЗ детям. Может быть, вы сможете иногда приходить к нам в школу? Работать с учениками в классах, беседовать с учителями. И поможете приспособить ТРИЗ к нашей школе.

– Опыт есть, только это совсем другое дело, я ведь учил ребят только изобретать. А вот учить их физике или химии с помощью ТРИЗ не приходилось. Да и на работе я очень занят, – колебался Изобретатель. Но идея чертовски привлекательная…

Домой Изобретатель шел, унося под мышкой не поместившиеся в сумке учебники и программы по физике для разных классов. «Удивительная у меня способность «влипать» во всякие авантюры, – думал он, посмеиваясь над собой. – Мало мне своих забот. Но все-таки это должно быть очень интересно. И учить школьников нужно».

В начале нашего века французский психолог Теодюль Арман Рибо установил, что способность к фантазированию, к творчеству, воображению с возрастом человека сначала растет, достигает максимума примерно в 17 лет, а потом неуклонно падает в течение всей оставшейся жизни. А Изобретатель в результате своей предыдущей работы с детьми обнаружил, что в наше время возраст максимума снизился до 12–14 лет, хотя, по-видимому, сам максимум повыше. Сказывается телевизор, зубрежка, заменяющие творчество созерцанием, запоминанием. Самое обидное, что это падение творческих способностей вовсе не обязательный физиологический процесс, а результат плохой методологии обучения. Его можно затормозить, остановить и превратить в сильный, быстрый взлет, если использовать теорию изобретательства, входящие в нее элементы развития творческого мышления. А еще лучше просто не допустить падения, начав работать с ребятами, которым сейчас по 12–14 лет. А, может быть, нужно начинать с первого класса? Или детсада? Нет, тут еще совсем целина, непонятно, как подступиться. Всё правильно, нужно идти в школу!

Рис. 4. Кривые Рибо

Изобретатель Готовится к Занятиям (ИГЗ): Физика – изобретателям, изобретатели – физике

Начать подготовку к занятиям со школьниками Изобретатель решил в тот же вечер. Зачем откладывать хорошее дело в долгий ящик? Нужно отобрать из своей базы данных интересные изобретательские решения, в которых используется физика, и еще описания остроумных экспериментальных установок, способов исследования, изобретений, благодаря которым физика сама развивалась. Скопировать что-то из Интернета, сделать выписки из книг. Изобретатель открыл в компьютере новую папку: «ТРИЗ – школе», и в ней файл «Физика – изобретателям и изобретатели – физике». Можно начинать!

Но прошло полчаса, а в файле еще ничего не появилось. По какому принципу отбирать? С какой целью?

Цели, в основном, были понятны: не дать ребятам потерять способность к воображению, привлечь их к учебе, используя для этого необычные задачи. А для себя – проверить, отработать методы работы с тем, чтобы ими могли воспользоваться коллеги – специалисты по ТРИЗ и учителя.

Нет смысла повторять учебники. Буду рассказывать об изобретениях, причем не обязательно только о современных – нужно рассказать и о древних изобретениях, тогда нагляднее будет видна картина развития науки и техники, жизни на Земле.

Физика и изобретательство – когда же началось их «взаимовыгодное сотрудничество»? Наверное, с того времени, когда люди поняли, что высший авторитет в науке, последнее слово принадлежит не Библии, не схоластам, не умершему за 300 лет до нашей эры Аристотелю, а природе, опыту. Природа может давать ответы на правильно поставленные вопросы. Вопросы-эксперименты. Одним из первых на этот путь встал Галилео Галилей. Ему принадлежат первые остроумные изобретения устройств, приборов, позволяющих «расспрашивать» природу, «подсматривать» ее секреты, «подслушивать» тайны.

Как измерить время падения предметов с башни? Ведь портативных часов тогда еще не существовало, были лишь огромные башенные. Галилей нашел подходящий ресурс, природные часы – удары пульса. Что же это за «часы», скажете вы. Ведь биение пульса зависит от множества разных обстоятельств, от волнения, например. Галилей это учел. Он измерял время полета по пульсу старого полуслепого монаха, чье сердце уже забыло волнения и билось очень ровно.

Галилей изобрел и первый прототип термометра – термоскоп. Он представлял собой открытую трубку с пустотелым стеклянным шариком на ее конце. Шарик брали в руку и согревали её теплом, после чего другой конец трубки опускали в сосуд с водой. Когда воздух в шарике остывал, объем его уменьшался и в трубке поднималась вода – тем выше, чем больше была температура нагретого воздуха.

Галилей первым догадался использовать изменение свойств веществ при нагревании как информационный ресурс. Сегодня это важнейшее направление в развитии измерительной техники. Измерять температуру можно через изменение размеров или формы тела, цвета и яркости свечения, электропроводности, частоты колебаний кристалла, магнитных свойств, индуктивности и электрической емкости, электродвижущей силы, тока, диэлектрической проницаемости. Трубка Галилея – древний предок всех нынешних термометров.

Галилей – революционер в науке! С него началось сближение и взаимопроникновение двух сторон человеческой деятельности, которые до того времени развивались отдельно, независимо: науки и техники. Технические изобретения помогали ему развивать физику, а знание физических законов – совершенствовать технику.

Кстати, сторонники двух теорий теплоты долго боролись друг с другом. Одни считали, что теплота – это некая невесомая жидкость, ее называли «теплород» или «флогистон». Предполагалось, что когда тела трутся друг о друга, то в них «натекает» теплород из окружающего воздуха. Другие настаивали, что тепло – это движение мельчайших частиц вещества. Как же выяснить, кто прав?

Контрольные опыты для проверки гипотезы теплорода произвели физики Румфорд и Дэви. Румфорд сверлил изнутри ствол пушки тупым сверлом и наблюдал за ростом температуры. Температура быстро повышалась, хотя внутри ствола доступ воздуха и, следовательно, теплорода затруднен. То есть опыт отрицал теорию теплорода. Правда, в этом опыте полностью исключить доступ воздуха было невозможно, поэтому он не был абсолютно убедительным.

– Друзья, а как бы вы сделали эксперимент, который бы убедительно показал возможность нагрева без всякого притекающего из воздуха теплорода?

Такой опыт придумал сэр Гемфри Дэви, английский физик, химик и географ. Его опыт был поставлен очень остроумно: под стеклянный колпак, из-под которого был выкачан воздух, были помещены два ледяных бруска, которые с помощью несложного механизма приводились в соприкосновение, а затем в быстро вращались и тёрлись друг об друга. Лед плавился, вода нагревалась на 15 градусов. Здесь уже нельзя было говорить, что теплород появился из воздуха. В своем опыте Дэви разрешил несложное для нас, но казавшееся неразрешимым в те времена противоречие: к трущимся деталям, нужно иметь доступ, чтобы заставить их двигаться, и нельзя иметь доступ, чтобы не проникал «теплород».

Техника не раз «выручала» Дэви, с ее помощью он сделал много открытий. А его открытия послужили технике.

Хотите яркий пример?

Шахтеры всегда смертельно рисковали, опускаясь в шахту с открытым огнем – свечами, факелами, светильниками. Ведь если в шахте оказывался рудничный газ, взрыв был неизбежен. Дэви обнаружил, что если окружить открытый огонь частой медной сеткой, то языки пламени, способные вызвать взрыв массы газа, не могут выйти за сетку, а свет и необходимый для горения воздух проходят без всяких потерь. Снова было разрешено противоречие: к пламени должен быть доступ воздуха, чтобы оно горело, и не должно быть доступа, чтобы не было взрыва. Шахтеры были избавлены от смертельной опасности.

Иногда в науке бывает и так, что совсем молодые люди опровергают теории великих – если у них есть смелость, креативность, умение доказывать свои мысли.

Вот, например, один юный студент не поверил в теорию движения ледников, выдвинутую маститым геологом Н. С. Шалером. Геолог утверждал, что из-за огромного давления многокилометровой толщи лед у основания ледника должен плавиться и скользить по «водяной смазке». Представили это себе? Вполне здравая идея, в которую все современники верили. Но как её проверить?

И вот студент решил смоделировать это грандиозное явление в обычных, практически домашних условиях. Он взял большой чугунный брус, залил в отверстие воду, заморозил ее, вставил в отверстие поршень и надавил на него мощным прессом. Расчеты показали, что давление, возникающее в отверстии, соизмеримо с давлением ледника на собственное основание. Но как узнать, расплавился ли лед под поршнем?

Ведь туда не посмотришь! Установить внутри датчик температуры? Но давление раздавит любой датчик, да и температура у льда и талой воды одинакова. Студент догадался использовать для индикации состояния льда главное свойство, которое отличает его от воды, лед – это твердое тело!

Он сделал так: залил воду в отверстие до половины, заморозил ее, потом положил на лед свинцовую пулю и долил воды, заморозив и ее. Получился столбик льда с вмороженной в него пулей. Его поставили под пресс. Давление было огромным, куда больше, чем в ледниках – сквозь микроскопические поры в чугуне выдавились тончайшие иглы льда! Однако оказалось, что после этого пуля по-прежнему находилась в середине ледяного бруска. Значит, давление не сумело расплавить лед, иначе бы пуля в воде утонула и оказалась бы вблизи дна.

Рис. 5. Старинная шахтерская лампа Дэви

Так начал свой путь в физике знаменитый Роберт Вуд. Его называли «гением эксперимента». Вуд обладал удивительным свойством находить самые простые решения сложных задач (а это сложнее всего!), использовал любые имеющиеся под рукой ресурсы. Однажды ему срочно потребовалось очистить от пыли и паутины важную часть своего самодельного, но очень хорошего спектроскопа – деревянную трубу длиной 20 метров и диаметром 15 сантиметров. Как бы вы поступили в этом случае?

Вуд, не долго думая, схватил свою кошку и запихал ее в трубу, закрыв ближайший выход. Кошка проползла по трубе к свету и выскочила из нее, волоча за собой шлейф паутины…

Ну что ж! Бенждамин Томсон граф Румфорд, Гемфри Дэви, Роберт Вуд, – они умели мыслить смело, выходить за границы стандартных решений, удивлять необычными идеями.

Ну а мы разве так не хотим? Будем учиться мыслить смело!

Мозг нужно тренировать точно так же, как и мышцы. Для этого мы будем решать нестандартные, «прикольные» задачки. А теперь вперёд, за дело!

Задача 3.

Весна. Колхозники готовят картошку для посадки, а на поле с прошлого еще года затаился коварный враг – нематода, черви-вредители. В своих коконах они могут ждать не один год, а как только почувствуют запах картофельного сока из поврежденных при посадке клубней, вылезут из коконов и доберутся на горе крестьянам до лакомого обеда. Конечно, существуют химические методы борьбы, но они опасны не только для вредителей, которые научились неплохо приспосабливаться к химии, но и для людей, которым потом придется есть картошку с этого поля. Как быть?

Рис. 6. Замороженная пуля

Задача 4.

Изобретателю надоело писать. Он достал инструменты и принялся портить футбольный мяч. Вынул камеру, надрезал, закрепил внутри грузик на упругой пружинке. Потом тщательно заклеил камеру, засунул в покрышку и накачал. Вышел на улицу и ударил для пробы по мячу. «Поиграем завтра с ребятами на школьном стадионе», – подумал он и рассмеялся. Над чем он смеялся?

Задача 5.

Дело было очень давно. Английский король Ричард Львиное Сердце возвращался из крестового похода и бесследно исчез где-то по пути (потом стало известно, что его пленил и заточил в крепость герцог Австрийский). Найти короля взялся трубадур Блондель Нельский, Он очень любил Ричарда – героя и поэта, с которым они вместе сочинили и спели немало песен в былые времена. Но как же его найти? Можно сотню раз проехать мимо темницы, где он томится, и не знать, что король находится за стеной… Как быть?

Рис. 7. Сумасшедший мяч

Помочь Архимеду

Через несколько дней в квартире Изобретателя раздался телефонный звонок.

– Здравствуйте, я учитель физики. Помните, мы с вами беседовали о законе Архимеда? Мы завтра его будем повторять. Приходите на урок!

– С удовольствием!

…Изобретатель сидел за последним столом. У доски мучился рослый ученик.

– Тело легче воды, плотно лежащее на дне стакана, не всплывет, потому что… там атомы… или молекулы… Оно вытесняет…

– Нет там никаких атомов и молекул! Там маленькие человечки, – не выдержал Изобретатель. – Вы разрешите? – обратился он к Физику. Тот кивнул. В полной тишине среди замершего от удивления класса Изобретатель прошел к доске.

– То есть, атомы и молекулы, конечно, есть, – улыбнулся он, – но не будем о них думать! Представим себе, что вода состоит из маленьких, маленьких человечков, с ручками, ножками. Они теснятся толпой, толкают друг друга, стараясь занять свое место в сосуде. Идите сюда! – позвал он ребят с первых парт, – и вы тоже, и вы.

У доски столпилось полкласса. Это – человечки воды. Всем очень нужно добраться до стенки – так сила тяжести тащит частицы воды на дно стакана. Немного и с удовольствием потолкавшись, ребята заполнили в несколько рядов узкое пространство между столами и стенкой.

А теперь в воду бросили тяжелый предмет – это Сережа, отвечавший у доски. Он сильнее других, и ему тоже нужно попасть к стенке!

Сильный Сережа быстро растолкал смеющихся одноклассников и прижался к стенке. Ребятам пришлось освободить ему место и «уровень жидкости в сосуде» возрос. Но движение не прекращается: по условиям задачи они пытаются вытолкнуть Сережу. Несколько ребят попытались втиснуться между ним и стенкой, но Сережа это быстро пресек.

Небольшая перестановка: место Сережи занял маленький Юра. Ребята общими усилиями быстро выталкивают его «наверх».

А теперь новое задание. Юра прижался к стене очень плотно, между ним и стенкой втиснуться нельзя. Ребята стараются, давят на него со всех сторон (а тянуть по условиям игры нельзя), сильнее прижимая его к стене. Вот он и не может «всплыть»!

Ребята сели на места.

– Для того чтобы понимать законы физики, – сказал Изобретатель, – действующие, например, в жидкости, нужно четко представлять, что там на самом деле происходит. Но это не так-то просто. И тогда на помощь может прийти метод, который в ТРИЗ называется ММЧ – Моделирование Маленькими Человечками.

Всем ясно, что такое модель?

– Это что-то вроде машины, но маленькая.

– А что это? – спросил Изобретатель, указав на стоящее в витрине шкафа замысловатое сооружение из маленьких разноцветных шариков, закрепленных на проволочных кольцах.

– Планетарная модель атома!

– Разве она меньше, чем атом?

– Нет, намного больше! Модель может быть и больше!

– А бывает в натуральную величину. Например, перед тем, как изготовить новый автомобиль, иногда сначала делают его деревянную модель, чтобы посмотреть, как он будет выглядеть в натуре. Так что же такое модель?

– Что-то похожее на настоящее, но проще, то, что легче сделать.

Концепция моделирования сложна не только для ребят. Модель далеко не всегда похожа на реальный объект. Например, математическая модель физического процесса – это уравнение. Модель отражает какое-то свойство или группу свойств реального предмета или явления. Наблюдая, изучая ее, можно узнать, что будет происходить с настоящим объектом. Для одного и того же объекта можно строить разные модели – в зависимости от того, что мы хотим узнать. Но Изобретатель совсем не хотел тратить время на бесплодное обсуждение философских вопросов моделирования. Сложные вещи лучше всего понимаются на практике. Поэтому:

В изобретательских задачах тоже очень важно представлять себе, какое действие мы хотим получить, как оно проходит. И вот мы воображаем, что в нашем распоряжении множество маленьких человечков, они нас слушаются, нужно только знать, как ими командовать. Иногда это очень помогает в изобретательской практике. Вот, например, на одном предприятии возникла задача…

Задача 6.

Представьте себе деталь, напоминающую гвоздь, у которого нужно покрыть серебром заостренный конец. Серебрение происходит в ванне, наполненной раствором солей, содержащих серебро. Для погружения деталей в ванну используют пластмассовый лист с прорезями, в которые устанавливают «гвозди». Концы торчат вниз, а сами «гвозди» удерживаются «шляпками» за края прорезей. Затем лист кладут на края ванны, и концы оказываются в растворе. Но в течение дня уровень раствора в ванне колеблется (часть раствора испаряется, расходуется), за ним нужно следить, иначе детали – в брак. Как быть?

Рис. 8. Процесс серебрения гвоздя

– Нужно сделать систему автоматического подлива раствора. Очень просто – датчик определяет уровень жидкости, дает команду на открывание крана. Можно использовать компьютер, – предложили ребята.

– Конечно, компьютер неплохо поставить. Но ведь проблема в том, что жидкость вязкая и очень активная, она быстро портит датчики, забивает краны… Приходится часто останавливать работу – все это недешево стоит. Наверное, если бы можно было обойтись без ЭВМ, найти какое-то простое решение, было бы лучше? Давайте поэксплуатируем маленьких человечков! Нет, к доске выходить не нужно! Просто нарисуйте человечков в своих тетрадях.

…Толпа человечков раствора. Над ними – мост, а с моста свисает столб – это наш «гвоздь». Человечки облепляют столб и уходят из раствора вместе с ним. Теперь их осталось меньше, и следующий столб покрывается человечками не на всю нужную высоту. А потом их еще меньше. Что же им делать? – Пусть ванна с человечками поднимается постепенно навстречу столбу!

– Нет, лучше пусть столб опускается!

– Он же на мосту закреплен, мост не может опускаться!

– Может! Бывают мосты, которые плавают, я такие в кино про войну видел! Понтонные!

– Точно! Можно лист с деталями поставить на поплавки, пусть он плавает в ванне!

– Правильно! – сказал Изобретатель. – Так и была решена эта задача. Только решали ее несколько лет. А почему вы ее решили так быстро?

– Помогли маленькие человечки.

– И еще Архимед!

Хорошо. Вот еще задача.

Задача 7.

При производстве стальных труб очень важно отрезать от слитка заготовку точно заданной массы, тогда все трубы будут иметь нужную длину. А слитки разного размера, формы. Установили множество датчиков, которые определяли форму слитка, его размеры, ЭВМ высчитывала вес и указывала, где резать. Но система получилась дорогой и капризной. Датчики забрызгивались маслом, к ним приставала летящая окалина, они начинали ошибаться, часто вообще отказывали. Как быть?

Может быть, опять выручит старик Архимед? Подумайте дома.