©Б.Л. Злотин, ©А.В. Зусман.
Изобретатель пришел на урок
иллюстрации: ©А.Д. Гладышев, ©Н.А. Асланова
ДЕНЬ ЗНАНИЙ
Разговор в учительской
ИГЗ: физика — изобретателям, изобретатели — физике
ЗАДАЧИ:
ОТ АВТОРОВ
Дорогие ребята! Эта книга в первую очередь предназначена для вас. Возможно, вы прочитали нашу первую книгу «Месяц под звездами фантазии», в которой мы рассказали об обучении школьников творчеству в школе развития творческого воображения (РТВ) при Республиканском Дворце пионеров и школьников Молдавии. Тогда вы уже знаете, что более сорока лет назад в нашей стране начала создаваться теория решения изобретательских задач (ТРИЗ), С ее помощью можно научить изобретать каждого, кто захочет этому научиться. Знаете и одно из удивительных свойств этой теории: школьники осваивают ее гораздо легче» чем взрослые, Ребята охотно занимаются в школе РТВ: всем нравится решать хитрые изобретательские задачи, отвечать на странные вопросы, выполнять необычные задания, обсуждать все и вся... Среди инструментов, необходимых изобретателю, огромную роль играет физика. Знание физических эффектов и явлений даже в объеме обычной школьной программы позволяет находить исключительно простые и красивые решения многих производственных проблем. День за днем решая изобретательские задачи, ребята не только овладевали техникой решения, но и вспоминали то, что проходили на уроках физики, химии, и удивлялись тому, сколько интересного скрыто в обычных школьных предметах, И тогда у нас появилась идея пойти в школу и с помощью элементов ТРИЗ, ее творческого подхода и педагогических находок, направленных на активизацию творчества, «оживить» обычные школьные уроки, совместить творчество и физику, химию, другие предметы.ДЕНЬ ЗНАНИЙ
Разговор в учительской
ИГЗ: физика — изобретателям, изобретатели — физике
ЗАДАЧИ:
ДЕНЬ ЗНАНИЙ
— Изобретатель?! Но такой профессии не существует! Профессия, специальность — это то, чему можно научиться, а изобретателем нужно родиться! — возмущался Конструктор.— Действительно, здесь что-то не так,— поддержал его Химик.— Каждый человек должен выполнять какую-то работу, а изобретательство — это искусство, его нельзя планировать, трудно учитывать. Ведь иногда человек годами ничего не может придумать. А потом вдруг что-то подтолкнет, осенит — и готово: есть новая идея!
Изобретатель рассмеялся: обычная история! Стоит только назваться профессиональным изобретателем... Несколько сотен ребячьих глаз выжидающе глядели на него. Сегодня первое сентября, День Знаний. Ребята собрались в школьном зале послушать приглашенных в школу интересных людей — ученых, инженеров о взрослой жизни, работе, в которой должны пригодиться школьные знания.
Только что очень интересно выступали опытный инженер-конструктор и химик-исследователь, симпатичные, увлеченные своим делом люди. Но они дружно не согласны с тем, что изобретательство может быть не только хобби, но и работой, профессией. Ну что же, ничего страшного, подумал Изобретатель. Нужно подробнее рассказать о своем деле, убедить в своей правоте ребят, а если удастся, то и оппонентов…
— Как, по-вашему, работает изобретатель? — спросил он ребят.
— Сидит и рисует новую машину!
— Сначала нужно ее придумать!
— Вот он думает и рисует! А если не вышло, рисунок выбрасывает и начинает снова... Пока не получится.
— В принципе Вы правы,— улыбнулся Изобретатель.— Он пробует разные варианты, ошибается, снова пробует. Этот метод так и назвали метод проб и ошибок — МПиО. Он очень древний. С его помощью создавались и совершенствовались первые орудия труда, потом различные машины. Только это был очень нелегкий, длительный процесс. Например, потребовались тысячелетия» чтобы создать такое чудо, как папирусная лодка древних египтян, способная, как доказал Тур Хейердал, переплыть океан.
— А почему так долго — столетия?
— Это недолго. Ведь как все делалось? Строили тысячи лодок: одни оказывались неудачными, тонули, другим везло больше. Так отбирались лучшие. А новые поколения пытались усовершенствовать то, что им досталось от отцов, и снова одни лодки гибли, другие становились быстроходнее, прочнее, больше.
— Так изобретали в древности. Сегодня люди, наверное, научились придумывать новое быстрее?
— Попыток как-то усовершенствовать перебор вариантов было много, но мало успешных. Существенно изменить положение смогла только созданная советским ученым и изобретателем Г.С. Альтшуллером теория решения изобретательских задач (ТРИЗ). Она коренным образом изменяет технологию изобретательства, позволяет отказаться от перебора бесчисленных вариантов и изобретать «по правилам». Именно эта теория позволила сделать изобретательство профессией, заменить неуловимое «озарение» хоть и сложным, высококвалифициро¬ванным, но доступным каждому трудом.
— Постойте,— перебил Изобретателя Конструктор,— получается, что достаточно выучить эти ваши правила (хотя в их существование верится с трудом) и, пожалуйста, можешь изобретать?
— Конечно, недостаточно... — начал Изобретатель, но Конструктор снова перебил его:
— Не нужно ничего объяснять! Лучше решите «по правилам» одну задачку, тогда и станет все ясно!
Изобретатель вздохнул. И это знакомо. Специалист не верит, пока сам не убедится.
— Хорошо,— сказал он.— Попробуем решить вашу задачу.
Только ТРИЗ вовсе не исключает специальных знаний. Наоборот, она их использует в полной мере. Поэтому задачу будем решать так: я стану задавать вопросы в соответствии с правилами теории изобретательства, а вы вместе с ребятами будете отвечать.
Именно так, работает профессиональный специалист по ТРИЗ, когда решаемая задача из той области знаний, с которой он слабо знаком. Он знает, что спросить, а с «задачедатель» — что ответить, И вместе они могут найти решение, которое каждый в отдельности не нашел бы, Сформулируйте вашу задачу, только попроще, чтобы ребята все поняли.
— Задача кажется простой,-— начал Конструктор,— но вот уже много лет специалисты не найдут хорошее решение.
Задача 1. Якорь зарывается в грунт и держит корабль, не дает ему уплыть со стоянки под действием ветра или течения». Но обычный якорь на скалистом грунте не может зацепиться. .Из-за этого многие гавани считаются непригодными для стоянки судов. А в портах места все меньше. Очень нужно научиться ставить корабли на якорь и в скалистом грунте. Как быть?
— Одно из важнейших правил ТРИЗ — представить себе идеальное решение, идеальный якорь,— сказал Изобретатель, внимательно выслушав Конструктора.— Правда, слово «якорь» плохое, оно сразу создает образ привычной конструкции с «лапами», а нам, очевидно, нужно от этого уйти,
придумать что-то
новое. Поэтому в соответствии с другим правилом ТРИЗ это слово
нужно заменить на какое-то другое, не такое конкретное.— Но это же смешно! — удивился Конструктор.— Якорь — точный, хороший термин. Термины помогают четко мыслить, зачем от них отказываться?
— Именно из-за четкости и конкретности. При поиске нового термины создают сильную психологическую инерцию, толкают нас» наши мысли в привычном, известном направлении, А мы ищем новые нехоженные пути. Поэтому назовем якорь как-нибудь иначе, например «держалкой» — держит корабль...
— Или «хваталкой»! — подсказал кто-то из ребят.
— Точно! — обрадовался Изобретатель. — Это даже лучше! Итак, у нас твердая скала и «хваталка», которая, правда, пока плохо хватает. А к хваталке привязан корабль. Как представить себе идеальную хваталку?
— Она должна быть крепкой!
— Хорошо вгрызаться в грунт!
— Должна быть легкой!
— Дешевой!
— Нет, это не то,— остановил ребят Изобретатель.— Вы просто перечисляете обычные требования к якорям. Не так ли? — обратился он к Конструктору.
— Да, конечно, но их в самом деле гораздо больше. Впрочем в принципе правильно.
— А вот с позиций ТРИЗ это совсем не правильно. Что нам требуется от любого технического устройства? Чтобы оно выполняло свою функцию. Автомобиль должен доставить нас в нужное место, авторучка — оставлять след на бумаге. А все остальное — место для хранения, заправка (бензин или чернила), их стоимость, наконец, вредные эффекты (отравление воздуха, повышенная опасность автомобиля, возможность испачкать карман чернилами) — это расплата за полезную функцию. А у идеальной машины не должно быть никакой расплаты — только полезная функция. В ТРИЗ есть рабочее определение идеальной Машины: «Идеальная машина — это машина, которой нет, а ее функция выполняется, как по мановению волшебной палочки».
Так что такое идеальная хваталка?
— Корабль держится на месте без всяких якорей!
— Неплохая формулировка, но не очень точная — она совсем меняет задачу. Теперь нужно добиваться не улучшения постановки судна на твердый грунт, а сохранить местоположение корабля в любых условиях. Впрочем, это, по-видимому, тоже очень важная задача? — спросил Изобретатель у Конструктора. Тот кивнул.
— Какие еще будут формулировки? — продолжал Изобретатель.
— Хваталки нет, а хватание есть! Как в «Алисе...»: Чеширский кот уже исчез, а его улыбка осталась! — сказала девочка.
Сидевшая неподалеку Учительница посмотрела на нее неодобрительно: несерьезно! Но Изобретатель очень обрадовался такой формулировке:
— Правильно! Очень хорошо получилось! Хваталки нет, а хватание сохраняется. И отсюда следует четкое противоречие: хваталка должна быть, чтобы хватать, и не должна быть, чтобы... Что?
— Чтобы ее не нужно было возить с собой!
— Чтобы она не занимала места!
— Чтобы легко поднималась!
— Последнее требование уже от другого противоречия: хваталка должна быть, чтобы держать корабль, и не должна быть, чтобы корабль мог быстро сняться с места. Противоречие — такое же важное понятие ТРИЗ, как и идеальность. Обычно оно формулируется как противоположные требования к какому-то объекту. В нашем случае — к хваталке.
— Но зачем это все? — не выдержал Конструктор.— Такая путаница: вместо якоря — хваталка, противоречия. Ну как может выполняться функция, если ее некому выполнять? Ведь так не бывает!
— К сожалению, мы привыкли к тому, что для всего нужна своя специальная машина. Нужно что-то сделать — заказываем машину. Если не дают — ждем, когда будет. А вот в трудную военную зиму на Урале потребовалось установить в котлован многотонное основание тяжелого пресса, а крана для этой операции не было. И обошлись без крана. Как? Пусть ребята сформулируют идеальное решение — взмахнули волшебной палочкой и... что произошло?
— Основание само село на место!
— Свалилось, что ли?
— Нет, постепенно: зависло в воздухе и понемногу стало опускаться.
— Отлично! А теперь нужно подумать, как реализовать эту хорошую картинку. Что мешает?
— Основание не может зависнуть над ямой: тут же провалится, там же пустота.
— Теперь можно сформулировать противоречие: яма должна быть пустой, чтобы туда установить основание, и должна не быть пустой, чтобы оно не свалилось. Для того чтобы решить задачу, нужно разрешить противоречие. Есть специальные приемы разрешения. Например, нужно попытаться разделить противоречивые требования в пространстве или во времени. В нашем случае разделение в пространстве означает, что где-то пустота, а где-то нет. А во времени — в одно время пустота, в другое — нет. Что нам подходит?
— Во времени! Когда основание над ямой, в ней должно что-то быть, чтобы оно не упало, а потом это что-то должно исчезнуть...
— Мы уже совсем близки к решению. Осталось только догадаться, что умеет хорошо исчезать, а главное, быстро...
— Воздух! Нет, воздух не удержит основание... Вода?
— Оно утонет! Лед, нужен лед! Он крепкий и может таять!
— Конечно! Так и сделали. Залили котлован водой, она быстренько замерзла. Подтащили основание, установили как нужно, а потом горелками выплавили лед. И основание встало точно на место! Крана не было, а его функция была выполнена!
Но, естественно, не нужно думать, что функция была выполнена совсем уж без ничего. Без ничего ничего и не бывает. Вот только вместо сложной машины удалось воспользоваться подручными средствами — ресурсами, как мы это называем в ТРИЗ. А теперь вернемся к нашей задаче с хваталкой. Как можно разрешить сформулированное нами противоречие: хваталка должна быть и не должна быть?
— Тоже во времени! Хваталка должна появляться и исчезать.
— А какие у нас ресурсы?
— Вода. Много воды.
-— И здесь можно воду заморозить! Получится ледяная хваталка.,. Идея всем ребятам понравилась.
— Как вы считаете, ребята, мы решили задачу? — спросил Изобретатель.
— Да! Решили!
— Нет!
— Не совсем решили!
Мнения ребят разделились. Конструктор колебался:
— С одной стороны, интересно. С другой стороны... Трудно сказать.
— Конечно, мы не решили задачу,— твердо сказал Изобретатель.— Впрочем, это и не требовалось. Ведь решить задачу полностью — это создать годное к работе устройство, испытать его, убедиться в работоспособности. ТРИЗ для. этого не предназначена. Мы сделали другое: нашли новую идею. Не так ли? — повернулся он к Конструктору.
— Наверное» вы правы. Эта идея с примораживанием... Ледяной якорь — плита опускается вниз и примерзает к грунту. Технически это? пожалуй, осуществимо. Конечно, есть неувязки: грунт неровный, между ним и плитой будут щели. Впрочем и воду в щелях можно заморозить. В плиту вмонтируем холодильник и нагреватель. Нужно быстро поднять якорь — включается нагреватель. В общем, идея интересная, проверить стоит. Так это и есть теория изобретательства? Что-то больно просто. Хотелость бы подробнее...
— Нет, конечно, ТРИЗ сегодня — непростая наука» обладающая разными инструментами для решения задач. Среди них самый мощный — алгоритм решения изобретательских задач (АРИЗ), позволяющий выявлять скрытые в задачах противоречия и разрешать их, привлекая ресурсы. Мы сегодня воспользовались только некоторыми его элементами — идеальным решением, противоречием, ресурсами. Это потому, что задача с позиций ТРИЗ не особенно сложная. А подробнее о ТРИЗ можно узнать из книг, публикаций много. Вот некоторые из тех, что появились за последние несколько лет.— Изобретатель достал несколько книг из сумки и показал их ребятам.
— Спасибо,— поблагодарил Изобретателя Конструктор, а не могли бы вы очень коротко изложить основные идеи, суть ТРИЗ?
— Именно это я и собираюсь сделать,— ответил Изобретатель, откладывая книги в сторону.— Видите ли, всегда считалось, что изобретательство — таинственный, может быть, даже непостижимый процесс, происходящий в мозгу изобретателя.
Есть отдельные, талантливые люди, которым каким-то образом удается решать изобретательские задачи. Но как? Выяснить это не удавалось. Единственная рекомендация — думать над задачей как можно больше и настойчивее далеко не всегда помогает. Дело сдвинулось с мертвой точки, когда к процессу изобретательства подошли не со стороны психологии изобретателя, а со стороны техники. Ведь что такое изобретение? Это изменения в машинах, конструкциях, технологиях — в технических системах. И они, в отличие от психики изобретателя, легко поддаются анализу, изучению. Анализ сотен тысяч изобретений, проведенный более сорока лет назад Г. С. Альтшуллером, показал, что изобретения появляются не «как попало», а по определенным законам. Ведь не случайно в истории науки, техники отдельные открытия, изобретения делались одновременно разными людьми в разных странах. Вам, конечно, известны такие примеры? — обратился Изобретатель к ребятам.
— Ломоносов — Лавуазье! Закон сохранения вещества!
— Попов и Маркони — изобретатели радио...
— Лазер тоже изобрели у нас и в Америке!
— Нобелевскую премию за создание квантового генератора получили советские ученые Н. Г. Басов, А. М. Прохоров и американский ученый Ч. X. Таунс,— уточнил Изобретатель.— Таких примеров немало, и они говорят о том, что закономерности существуют. А раз они есть, остается их выявить, познать и использовать для целенаправленного совершенствования техники, без сотен «пустых» проб. Это и есть основное положение ТРИЗ. Изобретательству «по законам» можно успешно учить. В Кишиневе каждый год проходит такое обучение несколько групп инженеров со всей страны, Заканчивается оно обязательной выпускной работой, в которой слушатель решает свою произ¬ водственную проблему, сделав одно или несколько изобретений.
— А вы только инженеров учите изобретать? — спросил мальчик из второго ряда.— А школьников можно учить?
— Конечно, можно, Я, собственно, и пришел вас пригла¬ сить в нашу школу при Дворце пионеров.
— Но, наверное, это обучение сложно для ребят? Справятся ли они? — спросила Учительница.— Ведь они еще так мало знают?
— Наоборот, ребятам легче учиться изобретательству» чем взрослым. Детям помогает отсутствие стереотипов, нешаблонное мышление. Когда мы учим взрослых, нам нужно сначала сломать привычный для них нетворческий стиль мышления, а потом учить мыслить по-новому. Такая ломка — довольно болезненный процесс. Да и учиться они отвыкли. А у детей ничего ломать не нужно. Мы обнаружили, что лучше всего учить даже не старшеклассников, а ребят из 6—-7-х классов. Они прекрасно все осваивают.
Дело не только в стереотипах, в психологической инерции мышления взрослых. Ребятам очень помогают «свеженькие» знания по физике, химии, математике. Взрослые многое подзабыли, даже выпускники физических факультетов университетов.
— Ребята, сколько вы можете вот так, сразу назвать физических эффектов, явлений?
— Плавление! Кристаллизация!
— Испарение!
— Закон Архимеда!
— Цепная реакция! Электрическая дуга! Магнитные силы!
— Тепловое расширение! Полупроводник!
— Сила тяжести...
Изобретатель поднял руку, останавливая ребят:
— Когда мы начинаем занятия по изобретательству со взрослыми, даем задание: записать на листе бумаги как можно больше физических эффектов за полчаса. И в самых лучших работах - не более полутора—двух десятков! А ведь для решения изобретательских задач могут быть использованы тысячи физических эффектов, одни чаще, другие реже, но знание их просто необходимо изобретателю. Поэтому в ТРИЗ используется специальное пособие - указатель физических эффектов и явлений. Есть подобные указатели и для химических, геометрических эффектов, готовятся другие.
— Расскажите, пожалуйста, об изобретениях, сделанных с помощью физики,— попросили ребята.
— Как-то мне пришлось решать задачу обеспечения возможности выхода воздуха из находящегося под водой устройства. Вообще-то здесь ничего сложного — обычный клапан, который открывается, когда давление воздуха становится больше наружного. Задача оказалась в другом: клапан в воде обрастает мелкими ракушками, водяной растительностью и со временем перестает открываться, а если давление поднимется намного и все-таки откроет такой клапан, то он не закрывается. Это, конечно, недопустимо. Как быть?
Первые предложения ребят Изобретатель сразу отклонил: — Нет, нет, конечно, никакие щетки, очищалки для клапана не годятся, это сложно и ненадежно. Нужен простой физический эффект, способный помочь разрешить противоречие: клапан должен быть под водой, чтобы выполнять свою работу, и не должен быть под водой, чтобы не обрастать. Противоречие — это наиболее точная постановка изобретательской задачи, для его разрешения есть специальные приемы. Так как же может быть: предмет одновременно под водой и ... не под водой? Конечно, это водолазный колокол, например стакан, перевернутый и открытый снизу. Воздух в нем сжимается и не пускает воду. Достаточно надеть на клапан снизу кусок трубы, и обрастания не будет. Молодцы, ребята,— еще раз похвалил Изобретатель трех мальчишек-семиклассников,— вы повторили настоящее, совсем недавно сделанное изобретение!
— Есть много «физических» изобретений,— продолжал Изобретатель,— например, младенцы плохо держат обычный градусник. Недавно изобрели очень простой термометр-соску, в котором находится шарик из материала, меняющего свой цвет в зависимости от температуры». А как вы считаете, какой водой лучше тушить пожар: горячей или холодной?
— Конечно, холодной!
— Нет, ребята. Хоть холодная вода и отбирает больше тепла, но не это главное. Важнее то, что при соприкосновении с горящими предметами вода испаряется и отсекает от очага пожара кислород — виновника горения. А какая вода быстрее испарится? Конечно, горячая, лучше почти кипящая. Кстати, это придумали всего несколько лет назад. Или вот еще такие решения: воду, предназначенную для тушения пожара, при помощи спиральной насадки, надетой на шланг, заставляют вращаться, как в водовороте, тогда она летит дальше. Увеличить дальность струи можно и с помощью специальных химических веществ, которые делают воду «скользкой», она меньше трется о стенки шланга. Снижение вязкости воды под влиянием небольших добавок веществ называется эффектом Томса. Это уже химический эффект.
— А где же вы работаете «профессиональным изобретателем»?
— В Кишиневским межотраслевом научно-техническом центре «Прогресс». Наш центр как раз и создан для комплексного, всестороннего использования ТРИЗ. Мы проводим обучение специалистов разных предприятий (ежегодно к нам приезжают сотни людей со всей страны), решаем по заказу предприятий их задачи, улучшаем продукцию и технологию производства, оформляем патенты на изобретения, занимаемся внедрением новых идей в практику, дальнейшей разработкой ТРИЗ.
— Наверное, у вас интересная работа?
— По-моему, более интересной не существует на свете!
— Скажите, а ТРИЗ для решения научных задач не годится? — неожиданно спросил Химик.— У нас тоже...
Изобретатель был готов и с ним поработать, в ТРИЗ действительно есть методы решения исследовательских задач, но его остановила Завуч, напомнив, что сейчас прозвенит звонок на уроки, и поблагодарила от имени ребят Изобретателя, Конструктора, Химика и других приглашенных. Ребята разошлись по классам, а Изобретатель немного задержался, рассказывая Конструктору и Химику, как можно записаться на обучение по ТРИЗ. Завуч поджидала его в дверях.
— Не могли бы вы зайти в учительскую? — спросила она.
ДЕНЬ ЗНАНИЙ
Разговор в учительской
ИГЗ: физика — изобретателям, изобретатели — физике
ЗАДАЧИ:
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, он замечал, занимаясь с ребятами ТРИЗ, 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 очень 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, втиснутое в воду,
Выпирает на свободу
Весом выпертой воды,
Телом втиснутым туды...
Учитель рассмеялся, Такое «определение» закона Архимеда он слышал впервые:
— Действительно, формулировка четкая. 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 подымется, опустится или останется прежним?
Учителя задумались.— Поднимется, наверное,— неуверенно сказал один.
— Останется прежним? Нет, опустится. Поднимется...— заспорили педагоги.
Через несколько минут задача была решена. — 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 объясняются 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, Шаталов...
— Товарищи, 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. Тем более, что это дело непростое: ведь до сих пор никто не пробовал применять ТРИЗ для преподавания школьных предметов, нужно ее к этому приспосабливать. Приходите к нам учиться, вместе попробуем.
— Это сложно. Вы же знаете, учителя — самый занятой народ, — возразила Завуч и задумалась. — Может быть, вы сможете приходить к нам в школу? Работать с учениками в классах, беседовать с учителями. И поможете приспособить ТРИЗ к школе.
Тем более, что у вас уже есть опыт преподавания ТРИЗ детям.
— Опыт есть, только это совсем другое дело, я ведь учил ребят только изобретать. Да и на работе я очень занят, — колебался Изобретатель.
— Ну, это не проблема, «Прогресс» — наши шефы, договоримся, — заверила Изобретателя Завуч. — Значит, решено?
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, дости¬гает максимума примерно в 17 лет, а потом неуклонно падает в течение всей оставшейся жизни. А в наше время положение еще хуже: в результате акселерации возраст максимума снизился до 12 — 14 лет, да и сам максимум не так выражен. 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 в любой момент 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. Все правильно, нужно идти в школу!
ДЕНЬ ЗНАНИЙ
Разговор в учительской
ИГЗ: физика — изобретателям, изобретатели — физике
ЗАДАЧИ:
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 картотеки интересные изобретательские решения, в которых используется физика, и еще описания остроумных экспериментальных установок, способов исследования, изобретений, благодаря которым физика сама развивалась. Сделать выписки из книг. Изобретатель достал чистую папку и написал на ней «Физика — изобретателям и изобретатели — физике». Можно начинать!Но прошло полчаса, а в папке 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. Он не будет повторять учебники. Будет рассказывать об изобретениях, причем не обязательно только о современных — нужно показать и древние изобретения, тогда нагляднее будет картина развития науки и техники, жизни на Земле.
Физика и изобретательство — когда же началось их
«взаимо-выгодное» 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 их 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 часов тогда еще не существовало. Галилей нашел подходящий ресурс, природные часы — удары пульса. Что же это за «часы», скажете вы. Ведь биение пульса зависит от множества разных обстоя¬тельств, от волнения, например. Галилей это учел. Он измерял время полета по пульсу старого полуслепого монаха, чье сердце уже забыло волнения.
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 ив трубке поднималась вода — тем выше, чем больше была температура нагретого воздуха.
Галилей первым догадался использовать изменение свойств веществ при нагреваний как информационный ресурс. Сегодня это генеральное направление в развитии измерительной техники. Об изменении температуры могут рассказать 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 раз¬вивать физику, а знание физических законов — совершенствовать технику.
Долго боролись сторонники двух теорий теплоты. 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. Контрольные опыты для проверки гипотезы теплорода произвели физики Румфорд и Дэви. В опыте Румфорда сверлили изнутри ствол пушки тупым сверлом (внутрь ствола доступ воздуха и, следовательно, теплорода затруднен) и наблюдали за ростом температуры.
Правда, в этом опыте полностью исключить доступ воздуха было невозможно. А опыт Дэви 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 быстрое вращение. 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 воздух «теплорода».
Техника не раз «выручала» Дэви, с ее помощью он сделал много открытий.
Например, построив огромный по тем временам гальванический столб, он подробно исследовал электрическую дугу (правда, на 8 лет раньше ее наблюдал русский ученый В. В. Петров), стал основателем электрохимии. Но его открытия послужили и технике. Шахтеры всегда смертельно рисковали, опускаясь в шахту с открытым огнем — свечами, факелами, светильниками. Ведь если в шахте оказывался рудничный газ, взрыв был неизбежен. Дэви установил, 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 навсегда были избавлены от опасности.
Молодой студент не поверил в теорию движения ледников,
выдвинутую
маститым геологом Н. С. Шалером. Последний утверждал, что из-за
огромного давления многокилометровой толщи лед у основания ледника
должен плавиться и скользить по «водяной смазке». Как это проверить?
Студент решил смоделировать это грандиозное явление в обычных условиях.
Он взял большой чугунный брус, просверлил в нем отверстие и подогнал к
нему цилиндрик, который должен был служить поршнем. Оставалось залить в
отверстие воду, заморозить ее и надавить на поршень мощным прессом,
Расчеты показали, что давления, возникающие в отверстии, соизмеримы с
давлением ледника на собственное основание» Но как узнать, расплавился
ли лед под поршнем?
Ведь туда не заглянешь! 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 водыг 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! Брус
сняли с пресса и, слегка подогрев его, вытащили из отверстия ледяной
цилиндрик. Пуля по-прежнему находилась в его середине. Значит, давление
не сумело расплавить лед, иначе бы пуля в воде утонула и оказалась бы
вблизи дна.
Так начал свой путь в физике знаменитый Роберт Вуд. Его называли «гением эксперимента». Практически каждая из его почти трехсот научных работ — описание красивейших опытов с массой изобретений. Вуд обладал удивительным свойством находить самые простые решения (а это сложнее всего!), использовать любые имеющиеся под рукой ресурсы. Когда ему потребовалось очистить от пыли и паутины спектроскоп — деревянную трубу длиной 20 метров и диаметром 15 сантиметров, он, 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.
Талантом изобретательнейшего экспериментатора прославился и советский ученый, лауреат Нобелевской премии Петр Леонидович Капица. Однажды перед ним встало острое противоречие. Для проведения экспериментов по изучению свойств веществ в очень сильных магнитных полях была создана уникальная электрическая машина — ударный генератор, способный давать огромный ток — 72 тысячи ампер при напряжении 3000 вольт в течение сотой доли секунды. Этого времени оказалось достаточно для проведения опыта. Но в момент включения тока машина создает маленькое «землетрясение», которое заставляет дрожать точные измерительные приборы, фотоаппараты, другую фиксирующую аппаратуру, искажает результаты эксперимента. Конечно, можно было попытаться как-то смягчить удар, установить амортизаторы, «подушки». Но особого эффекта это скорее всего не дало бы, а установка бы резко усложнилась. Капица нашел до гениальности простое, решение: генератор поместили в одном конце зала, а испытательный стенд — в другом. Электрический ток распространяется со скоростью света, а толчок — со скоростью звука, то есть намного медленнее. Пока он дойдет до стенда, испытание длительностью в сотые доли секунды успевает закончиться. И толчки не страшны.
Наверное, трудно найти человека, ни разу в жизни не слышавшего о выдающемся физике современности Альберте Эйнштейне. Интересно, что с 1902 по 1909 годы великий физик работал патентным экспертом в бюро патентов в г. Берне (Швей¬цария), то есть занимался рассмотрением различных изобретений. Именно в это время были выполнены его первые знаменитые работы: по специальной теории относительности, теории фотоэффекта (за эту работу он через 17 лет был удостоен Нобелевской премии), по теории броуновского движения, впервые позволившей экспериментально доказать атомное строение материи. Некоторые биографы Эйнштейна считают, что работа в патентном бюро не имела отношения к его деятельности в области физики. Но сам Эйнштейн считал иначе. Во многом эта работа — привычка разбираться с «хитрыми» задачами и решениями, преодолевать психологическую инерцию — помогала формированию его физического мышления. Не все знают, что Эйнштейн был активным изобретателем, ему принадлежит более 20 разных патентов, причем отнюдь не на безделушки. Он автор идеи «потенциал-мультипликатора» — прибора для измерения чрезвычайно малых напряжений. Этот прибор ему понадобился для подтверждения собственных теоретических выводов о малых изменениях (флуктуациях) напряжения в конденсато¬рах, связанных с хаотическим движением электронов. Прибор усиливал сигнал в 360000 раз и устарел только с появлением современной электроники. Навигационные гироскопические устройства, новые холодильные машины и магнитогидродина-мические насосы, магнитострикционный громкоговоритель, экспонометр и многое другое — таков круг технических интересов Эйнштейна. Крупнейший физик-теоретик наших дней был и прекрасным изобретателем!
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 крестьянину 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?
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 пле¬нил 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 друг за стеной... Как быть?