©Злотин БОРИС ЛЬВОВИЧ, ©Зусман АЛЛА ВЕНИАМИНОВНА.
Изобретатель пришел на урок
иллюстрации:
©А.Д. Гладышев,
©Н.А. Асланова
публикация на сайте http://jlproj.org
В ГОСТЯХ У ИЗОБРЕТАТЕЛЯ
ИГЗ: Горыныч в упряжке
ЗАДАЧИ:
В ГОСТЯХ У ИЗОБРЕТАТЕЛЯ
— Это я так храню интересные вырезки из газет и журналов,— сказал Изобретатель.— Они распределены по тематике, пронумерованы. А короткие информации у меня на карточках.— Изобретатель показал на картонные ящички картотеки.— Здесь тысяч десять «красивых» изобретений, 15 лет собирал. Вот с этими материалами я сейчас больше всего работаю.— Изобретатель снял несколько папок.— Это Указатель физических эффектов и явлений для изобретателя, его разработал еще в семидесятых годах бакинский физик Ю. В. Горин. Это работы коллег по ТРИЗ, присланные в разные годы. Вот очень интересная работа И. Л. Викентьева, ленинградского инженера, по использованию в изобретательстве геометрических форм.
— Вы и биологией интересуетесь? — спросил Физик, увидев несколько полок с книгами по биологии.
— Да, и еще искусствоведением, литературоведением, — ответил Изобретатель.— Моя исследовательская работа в ТРИЗ — поиск закономерностей развития, эволюции технических систем. Но развитие есть в первую очередь в живом мире, как и везде оно подчиняется общим законам диалектики. Должно быть что-то общее в развитии живого мира и техники. Биологи-эволюционисты, например, знают об эволюции очень многое, полезное и технарю. Кстати, и им может пригодиться то, что накоплено в ТРИЗ. В искусствоведении нет, конечно, такого стройного учения, как эволюционное, но и там есть находки, хорошие примеры развития.
— А фантастика? Для развлечения или тоже профессиональное?
— Даже само название — фантастика — говорит о том, что эта литература развивает фантазию, воображение. Хорошая фантастика заставляет думать. А кроме того, там полно задач. Понимаете, почти каждый рассказ — некая необычная ситуация, из которой нужно найти выход, настоящая изобретательская задача!
— Я тоже люблю фантастику,— признался Физик.— Только мои коллеги всегда надо мной подсмеиваются, намекая, что это несерьезное занятие.
— И совершенно зря! Ведь многие физические эффекты можно показать на примерах из фантастики. Ребятам это было бы необыкновенно интересно.
— Наверное, вы правы,— отвечал Физик, перебирая книги на полке.— А это что? Неужели вам нравится...— Физик замялся, подбирая подходящее слово.— У вас здесь хорошие книги, а вот Казанцев...
— Да, тут у меня есть несколько образцов плохой фантастики, специально держу,— засмеялся Изобретатель.— Я научился их тоже использовать. Например, даю ребятам в секции РТВ задание проанализировать рассказ А. Казанцева или В. Немцева и найти способ его улучшить. Но я хотел бы узнать, что вы думаете об использовании ТРИЗ в школе.
— Я прочел книги по ТРИЗ, которые вы мне давали. Пожалуй, я ваш союзник. Хотя, конечно, многое мне еще не ясно. Например, плохо представляю, как использовать методику решения исследовательских задач, описанную здесь,— Физик раскрыл книгу «Месяц под звездами фантазии».— Может быть, при проблемном обучении? Мы как-то начинали говорить на эту тему.
— Да, конечно, тот разговор нужно продолжить. Понимаете, с позиций ТРИЗ с проблемным обучением тоже проблема. По сути дела ученик пытается, как слепой котенок, решить сложную для него задачу перебором вариантов. А нужно учить правильному мышлению.
— Вы не правы. Учитель задает ученику наводящие вопросы, направляет его.
— Но куда, позвольте спросить?
— Как куда? Конечно, к решению. Ведь учителю ответ известен.
— Вот в этом и беда! Знает и направляет каждый раз, исходя не из общих правил, соображений, а из конкретной задачи, каждый раз другой! А если бы не знал учитель ответа, мог бы направлять?
— Конечно, нет! Разве можно направлять, не зная дороги! — ответил Физик и тут же задумался.— Хотя... Впрочем... Я читал в нашей книге про идеальность. ТРИЗ направляет в сторону ее повышения, а это верное направление независимо от решаемой задачи. Послушайте, получается, что проблемное обучение можно построить на базе ТРИЗ! Правда, я думаю, что и обычное проблемное обучение полезно. Ребятам нравится, они живее на уроках. И потом, у них постепенно вырабатывается что-то такое... интуиция, что ли... Они начинают находить решения быстрее, с меньшим перебором.
— Последнее вполне возможно. Как вы думаете, что такое интуиция? — спросил Изобретатель и, не дождавшись ответа, потянулся за энциклопедическим словарем.— «Интуиция...— способность постижения истины путем непосредственного ее усмотрения, без основания при помощи доказательства...» — прочитал он.— Понятнее некуда,— усмехнулся он и раскрыл философский энциклопедический словарь. Здесь об интуиции написано было подробнее. Француз Анри Бергсон, один из создателей философского интуитивизма, считал, что интуиция — инстинкт, определяющий поведение организма непосредственно, без обучения. Зигмунд Фрейд, создатель психоанализа, считал, что интуиция — «скрытый, бессознательный первопринцип творчества». Были и определения типа «божественное откровение», «бессознательный процесс, несовместимый с логикой и жизненной практикой». В конце статьи написано: «Интуиция представляет собой своеобразный тип мышления, когда отдельные звенья процесса мышления проносятся в сознании более или менее бессознательно, а предельно ясно осознается именно итог мысли — истина...» — Пожалуй, это хорошее определение,— сказал Физик,— «итог мысли — истина!»
— Или заблуждение,— добавил Изобретатель.— Гарантии нет. Но в принципе с этим можно согласиться. Вот только поможет ли вам это определение воспитать интуицию в себе?
— Но определение вовсе не должно это делать, оно...
— Оно не инструментально, к сожалению. И, значит, бесполезно. Давайте попробуем сами сформулировать, что такое интуиция.
— Хотите быть умнее энциклопедического словаря? — пошутил Физик.
— Мы не умнее, но у нас есть метод,— неожиданно серьезно ответил Изобретатель.— Он заключается в отборе и анализе «патентного фонда» с целью выявления закономерностей. Так создавалась ТРИЗ, так можно искать закономерности в любой области человеческой деятельности. «Патентный фонд» в нашем случае — это описания творческой деятельности разных людей. Вот, например,— Изобретатель снял с полки самодельно переплетенный том с надписью «Творцы и методы творчества», стал его листать и зачитывать.
...Приехал как-то А. Н. Туполев на завод, увидел в сборочном цехе готовую к испытаниям опытную машину другого конструктора и сказал: «Не полетит!» И она не взлетела... Увидел какой-то агрегат — часть самолета, которую должны были испытывать на прочность в лаборатории, и заявил вопреки расчетам: «Сломается здесь!» И сломалась...
Таких рассказов-легенд известно немало и про Туполева, про других ученых, инженеров. Безусловно, они отражают реальные события, когда срабатывала эта самая интуиция — «усмотрение истины путем непосредственного созерцания...». Но скажите, была ли какая-то закономерность в том, что тот самолет не полетел? Ведь, наверное, он чем-то отличался от тех, которые полетели?
— Конечно, отличие было, только никто его не замечал.
— А почему же Туполев увидел?
— Как-то понял, осознал... Может быть, он эту закономерность знал? Что полетит, а что — нет?
— Но тогда почему же он всем не рассказал про эту закономерность, не объяснил? Держал в тайне секрет?
— Да нет, скорее он не мог ее сформулировать словами, просто чувствовал.
— Держите! — вдруг воскликнул Изобретатель, кидая Фиику какой-то предмет. Тот автоматически поймал теннисный мячик и удивленно посмотрел на Изобретателя.
— Объясните, пожалуйста, как вам удалось за секунду рассчитать полет мячика и движение своих рук, чтобы они встретились в нужный момент? — спросил Изобретатель.
— Да ничего я не рассчитывал, просто угадал.
— А кто научил вас так здорово «угадывать»? Или это врожденное умение?
— Насколько я знаю, не врожденное. Ребенок с детства учится координации своих движений. Первые его попытки неуклюжи, а постепенно приходит точность. А в принципе это — сложнейшая вещь. Если бы потребовалось такое действие рассчитать для робота, то пришлось бы делать серьезную программу,— сказал Физик.
— Вот в этом-то и штука,— задумчиво произнес Изобретатель, подбрасывая и ловя мячик.— Самый удивительный этап жизни ребенка — его первые годы. Вот мы с вами учили иностранный язык. У нас были учителя, учебники, нам помогало знание родного языка. А ребенок, учась говорить, выполняет эту огромную работу без всякой помощи — пока он не научился говорить, мы ему ничего объяснить не можем. И он сам следит за нашим поведением и речью, устанавливает связи между словами и предметами, учится обобщению. Ведь не так просто понять, что совершенно разные предметы — стол журнальный, кухонный, письменный — это все называется одним и тем же словом. И так для каждого предмета, для каждого слова! Весь первый период жизни ребенок только и делает, что устанавливает для себя массу разных закономерностей: лингвистических, психологических (утром мама бывает сердита, а сосед Колька отбирает игрушки), физических (если наклонишься — упадешь, горячее жжется...), географических (возле дома — магазин, другие дома), биологических (голубя никак нельзя догнать, он улетает)...
Но через некоторое время мир вокруг ребенка меняется. Многое из окружающего становится понятным, все меньше закономерностей приходится открывать. Появляется новый инструмент — речь, язык. И ребенок делает еще одно открытие: оказывается, гораздо проще о чем-то спросить, узнать у взрослых в словесной форме, чем трудиться над познанием самому. Необходимость творчества стремительно падает. Дом уже изучен, ничего в нем нового не осталось, разве что ящик в папином столе, куда лазить категорически запрещается. Вблизи дома тоже все известно, а за магазин ходить нельзя. Всех мальчишек и девчонок своего двора он уже знает, а с чужими дружить запрещают. Мир близкий понят, а дальний огорожен забором запретов и ограничений. В ответ на свои вопросы чаще всего слышит «Отстань! Вырастешь — узнаешь!» Бывают, конечно, терпеливые родители, которые хотят, чтобы ребенок развивался, но здесь грозит другая крайность: слишком подробный ответ снимает новые вопросы.
— Ну, знаете, вас не поймешь. Не отвечать на вопросы плохо, и отвечать тоже. Тупик какой-то! — не выдержал Физик.
— Почему же тупик? Противоречие! И оно может быть разрешено. Я, конечно, не претендую на истину в последней инстанции, но думаю, что и здесь есть выход. Например, отвечать подробно, но так, чтобы ответ не был исчерпывающим, чтобы вместо одного вопроса перед малышом вставали несколько новых. Может быть, полезно употреблять неизвестные ему слова, давать таинственные объяснения, превратить в игру. Дети очень любят необычное, сказочное. Много фантазируют. А мы сердимся: «Тебе уже десять лет, а ты сказки читаешь!» или «Не смей придумывать! Надоели твои фантазии!» Нам хочется, чтобы ребенок рассуждал так, как мы — рационально, логично. И мы постепенно «задавливбем» его детское мышление — умение находить и пользоваться закономерностями, не выраженными в словах. А что это как не интуиция?
— Но ученые исследовали детское мышление. Швейцарский психолог Жан Пиаже считал, что детское мышление — несовершенное, допонятийное,— возразил Физик.
— Так считают большинство психологов. Правда они успокаивают, что особенности детского мышления не являются жестко предопределенными возрастом, их преодоление может быть ускорено специально организованным обучением. Давайте только посмотрим, что мы будем одолевать, какие недостатки выявили психологи у мышления детей, и сопоставим их с особенностями творческого мышления, которое мы пытаемся создать у взрослых с таким трудом, обучая их ТРИЗ. Например, психолог Р. М. Грановская пишет, что основной дефект пони¬мания — нечувствительность к противоречию. А мы стараемся приучить взрослых спокойно относиться к противоречиям, не бояться их, понимать, что они неизбежны как движущая сила всяческого развития, а умение с ними «работать» — важнейшая составляющая творческого мышления.
— Знаете, действительно очень непросто привыкнуть к тому, что противоречие — это еще не конец, что его можно разрешить,— смущенно засмеялся Физик.— Для меня это была главная трудность при чтении книг по ТРИЗ. Неужели дети не боятся противоречий?
— Только очень маленькие, лет до трех. А пятилетние уже «заразились» от нас страхом, даже плачут, сталкиваясь с противоречиями. А вот еще один «дефект» — он называется «синкретизм»— стремление связывать все со всем. Дети верят, что луна влияет на ночные сны, что плохое поведение может вызвать дождь. Конечно, это несерьезно, но вторым важнейшим признаком творческого мышления является системный подход, умение видеть разные явления и предметы в связи, во взаимодействии. Вы преподаете физику, ваш коллега — химию, другой — геометрию. А мне, инженеру, для того, чтобы решить задачу, сконструировать машину, нужны эти знания не в отдельности, а в едином комплексе, включающем кроме упомянутых еще десяток других наук. Сначала отучаем ребенка связывать луну со снами (кстати какая-то связь наверняка есть), приучаем к ограниченному, несистемному мышлению, а потом, лет через двадцать, настаиваем, что творчески мыслить нужно системно.— Изобретатель перевернул несколько страниц.— Вот еще цитата: «Дети каждого возраста играют по-разному. До полутора лет ребенок, потерпев неудачу в игровой задаче, обычно не пытается решить ее иначе, не ищет новых средств, ведущих к достижению прежней цели, а меняет саму задачу». Я очень уважаю в людях упорство в достижении цели, но умение изменить задачу — едва ли не главная составляющая успеха при решении практических изобретательских задач с помощью ТРИЗ.
— Но какой же смысл решать не ту задачу, которую вам поставили, а другую? — удивился Физик.
— Я вам лучше на примере из своей практики объясню,— ответил Изобретатель.— Помните, я давал ребятам задачу усовершенствовать отмывку электролизной меди от электролита?
— Помню. Ребята тогда предложили несколько интересных решений.
— Ну вот. А теперь зададим, как рекомендует ТРИЗ, себе вопрос: «А зачем нужно мыть эту медь?»
— Как же? Ведь она грязная! — Это в вас психологическая инерция говорит: раз грязная, значит, нужно мыть. Но ведь есть по крайней мере еще один путь производить чистую медь.
— Какой?
— Не пачкать! Найти способ так изменить технологический процесс, чтобы листы меди не нужно было мыть.
— Наверное, если бы это было возможно, специалисты сами додумались бы до этого.
— Давайте вспомним задачу. Отмывать медь приходилось потому, что в поры рыхловатой меди попадал электролит. Допустим, мыть медь нам категорически запрещено. Что тогда делать?
— Может быть, можно как-то избавиться от пор?
— Можно, если уменьшить электролизный ток.
— Если я правильно понял, этого нельзя делать — упадет производительность изготовления меди.
— Вот и специалисты решили, что нельзя, и взялись за задачу, как лучше отмывать. А, собственно, почему нельзя? — Но... Кажется, я понимаю... Это просто противоречие!
— Конечно! Если ток большой, то процесс идет быстро, но образуются ненужные поры, а если ток маленький, то поры не образуются, но процесс идет медленно.
— Ток должен быть большим, чтобы производительность была высокой, и должен быть малым, чтобы не было пор.
— Вы прекрасно сформулировали физическое противоречие. А как его разрешить?
— Во времени или в пространстве... В какое-то время ток большой, а в другое — малый... Все ясно! — обрадовался Физик.— Это же просто! Нужно весь процесс вести на большом токе, а в самом конце перейти на малый. Все поры закроются, электролит не сможет пачкать медь.
— Совершенно верно. Когда я предложил специалистам это решение, они никак в себя не могли придти. С одной стороны, конечно, радовались. Еще бы! Мало того, что медь получалась нужного качества, еще можно ликвидировать участок отмывки! Это же какая экономия! А с другой стороны, им было обидно, что сами до такой простой вещи не дошли. А всего-то нужно было изменить задачу.
— Знаете, я по этому случаю анекдот вспомнил,— сказал Физик.— Представляете, вдоль берега Темзы прогуливаются два джентльмена. И слышат «Спасите!» Оказывается, тонет ребенок. Не раздумывая, один прыгает в воду, плывет к мальчику, доставляет его к берегу и передает второму. Только собирается вылезть из воды, как снова детский крик о помощи. Естественно, спасают и этого ребенка. А потом снова «Спасите!». Тут второй джентльмен неожиданно надевает шляпу, поворачивается и уходит. «Куда же вы? — кричит первый.— Надо спасать детей!» «Вы тут пока сами спасайте,— невозмутимо отвечает ему второй.— А я пойду посмотрю, кто их в воду бросает...»
— Отличный анекдот! — захохотал Изобретатель,— и в самую точку! Но о чем мы говорили? — спросил он, отсмеявшись.
— О детском мышлении.
— Ну да. Так как, убедил я вас в том, что в детском мышлении и в творческом подходе к решению задач много общего?
— Получается, что если детей ничему не учить, тогда из них выйдут гениальные изобретатели? — не сдавался Физик.
— Этого я не утверждал. Детское допонятийное мышление помогает творческому решению задач, но наша жизнь не состоит только из одного творчества. Для нормального существования в человеческом обществе нужно овладеть и обычным человеческим мышлением, основанным на формальной логике. И главная задача, которую сегодня не ясно даже как решать, в том, чтобы воспитывать у детей формально-логическое мышление, не убивая детское, допонятийное.
— Все-таки странно получается,— сказал Физик.
— Всегда считали, что интуиция — принадлежность гения, верх мыслительных способностей, а выходит, что это какая-то детская форма мышления.
— Я подозреваю, что дело обстоит еще обиднее,— улыбнулся Изобретатель.
— Умение пользоваться не выраженными в словах закономерностями у людей называют интуицией. Те же способности у животных называют условным рефлексом. Что такое рефлекс? Собака после ряда опытов устанавливает связь, закономерность: когда красный свет — дают есть, когда звонок — дергают током. И она использует эту выявленную закономерность, разумеется, в рамках опыта. Животные могут подмечать и закономерности довольно сложные, выраженные не столь ясно. Я читал про такой опыт: в домике, где жили крысы, было два коридора. В каждом из них могла оказаться либо пища, либо неприятность — удар током. Но в одном коридоре пищу подавали несколько чаще, чем ток, а в другом — наоборот. И крысы довольно скоро стали бегать только в более «благополучный» коридор. Но я совсем не хочу обидеть гениев. Те, кто сумели сохранить творческое мышление после всех школьно-институтских, кандидатских, докторских мук,— достойны восхищения.
— А чем плоха старая теория о том, что гениальные способности предопределены генетически? Или, допустим, задатки этих способностей?
— Во-первых, это пока принципиально не проверяемо. Судят как: раз получился гений, значит, были задатки. Роются в биографии, находят подтверждения. А таких подтверждений у многих хоть отбавляй, но никто ими не интересуется — не гении. Но это не главное. Главное — какие выводы следуют из той или иной позиции. Если считать что талант — от рождения, то делать нечего, остается только сидеть и ждать, пока эти таланты появятся. А потом выкликать «Алло, мы ищем таланты!». Пассивная позиция. А ведь известны школы, из которых таланты выходили подряд, как на потоке: школа Резерфорда, Иоффе, Бора... Что они, хорошо искали? Скорее хорошо учили. Наша позиция — таланты можно и нужно создавать. Нужно только найти методы, отработать приемы. Я, собственно, за этим и пошел в вашу школу.
— Значит, по-вашему, все люди обладают одинаковыми задатками творческих способностей, независимо от генов?
— Не совсем. Люди все-таки разные. Один вырос под два метра, в другом, как говорится, метр с кепкой. Но отклонения в физическом развитии относительно невелики, ±50% приблизительно. А в интеллекте различие в тысячи раз! Почему? Может быть, врожденные отличия в интеллекте тоже где-то на уровне 50%, а остальное — результат воспитания, обучения, образа жизни? А раз так, то можно миллионы людей вывести в гении, если правильно воспитывать.
— Есть такой учитель, Борис Павлович Никитин,— начал Физик. — Я слышал. Он закаливает своих детей, они у него зимой босиком бегают.
— Удивительная закономерность,— усмехнулся Физик,— все слышали о том, что дети Никитина бегают босиком, и считают это главным. А на самом деле это второстепенное, хотя физическая закалка, конечно, необходима. Главная работа Никитина — воспитание интеллекта.
— К сожалению, так очень часто бывает и в нашем деле. Человек придумает что-то очень важное, новое. А принимают какие-то частности, то, что легче понять, использовать.
— Так вот,— продолжал учитель,— Никитин выделил два вида человеческих навыков: исполнительские и творческие. И показал, что у них разный характер роста. Исполнительские способности растут сначала быстро, а потом рост замедляется и уровень способностей стремится к некоторому предельному значению — рекорду. Причем рекорд не так уж сильно отличается от средних возможностей человека. Например, сегодня рекорд на стометровке чуть меньше десяти секунд, его добиваются спортсмены, отдающие все силы спорту. А за 15 секунд стометровку пробегают миллионы людей. Творческие же навыки сначала растут медленно, но предела их развитию нет, и различие может быть в тысячи раз. Характер кривой очень зависит от того, когда человек начал заниматься данным творческим делом. Если вовремя, то кривая растет очень круто, а если позднее — более полого. Причем оптимальный возраст очень ранний — до трех лет.
— Значит, мне уже поздно учиться музыке? — усмехнулся Изобретатель. — Конечно, время упущено, но не безнадежно. Никитин говорит, что есть гении «от бога» — те, кто начали заниматься своим делом вовремя, им все давалось легко, играючи. А есть гении «от себя» — это те, которые опоздали, но потом очень много, трудно работали и все-таки добились. Можно «перескочить» на другую кривую, но для этого требуется фанатичная работа. Правда, и гений «от бога» не состоится, если не будет много работать — растеряет все преимущества раннего старта.
— Все же я думаю, что оптимального возраста для развития способностей творческих спосоЬностей нет. Просто нужно начинать как можно раньше. Эдисон, Микулин творили в детстве не потому, что были талантливы, а потому стали талантливы, что творили в детстве. Помните, я говорил о допонятийном мышлении? Начав рано, мы «захватываем» тот прекрасный период, когда ребенок еще творческая личность, когда он еще не знает, что такое зубрежка.
— Ну хорошо. Допустим, мы научимся сохранять творческие способности детей,— сказал Физик.— А зачем тогда ТРИЗ?
— Детское мышление — это только база для настоящего ворческого мышления. Ребенок не боится противоречий? Хорошо! Но приемов их разрешения он не знает да и формулировать не умеет! И недостатков у обычной интуиции масса. Во-первых, интуитивное знание невозможно передать другим, каждый вынужден находить, его сам, а это страшная растрата сил. Во-вторых, интуитивно познанные закономерности близки к истине в областях, где есть масса однотипных примеров, многое повторяется. Например, каждому многократно приходилось наблюдать полет камня, мяча — легко установить закономерность. А в областях, где примеров мало — непредставительная выборка, как говорят статистики, интуитивное знание может здорово подвести. Например, обидел однажды черноглазый мальчишка, потом второй, третий — готово интуитивное недоверие к черноглазым... Может быть, в этом причины расовых предрассудков. В-третьих, когда знание не оформлено в словах, формулах, цифрах, им трудно пользоваться, не всегда удается применить. Ведь даже эти легенды про Туполева — исключения. Далеко не всегда и Туполев мог предсказать результат испытаний, бывали и у него неожиданности.
— Я познакомился по этим книгам с основными закономерностями развития технических систем, на которых базируется ТРИЗ. И знаете, меня не покидало ощущение, что некоторые из них мне показались само собой разумеющимися, что ли... Как будто я и раньше их знал.
— Ничего удивительного. Ведь ТРИЗ — сконцентрированный опыт множества изобретателей, она переводит интуитивные изобретательские приемы в словесную форму. Отсюда ощущение узнавания и, как следствие, хорошее усвоение. У нас на семинаре как-то учился опытный изобретатель — за 30 лет работы сделал 25 изобретений. Неплохо, правда? Так вот, защищая выпускную работу, он сказал, что всегда пользовался идеальностью, но неосознанно. Просто представлял себе, как бы он решил задачу с помощью «волшебства». К этому приему он пришел интуитивно. Но после обучения на семинаре он за 10 лет получил еще свыше сотни авторских свидетельств! Потому что стал пользоваться приемом сознательно, да еще и другие приемы освоил. Хотите, покажу наглядно, как интуитивные закономерности переводятся в словесные формулировки? Вы любите живопись?
— Да. Немного разбираюсь,— скромно ответил Физик.
— Отлично! — Изобретатель достал репродукцию и показал ему.— Как, по-вашему, что это за направление?
— Кажется, экспрессионизм. Или кубизм...
— А это?
— Это поп-арт.
— А вот это?
— Затрудняюсь...
— А теперь взгляните на эту таблицу,— Изобретатель протянул Физику небольшой лист бумаги,— может быть, она поможет разобраться? Физик внимательно рассматривал схему.
— Интересно. Я такой никогда не видел. Действительно, очень просто с ней работать. Можно вообще живописи не знать и правильно определить. Откуда она у вас?
— Ее разработал интересный человек — Л. Б. Наумов со своими сотрудниками. Эта таблица для демонстрации возможностей метода классификации. А вообще-то он врач, доктор медицинских наук, такие таблицы строит для диагностики разных заболеваний. С помощью его таблиц студенты-медики старших курсов ставят диагноз точнее, чем врачи, опыт работы которых больше, чем возраст студентов!
— Здорово! Как вы думаете, можно по принципу наумовских алгоритмов составить таблицу для решения физических задач?
— Не знаю. Попробуйте. Только учтите, что составление даже простенького алгоритма требует месяцев работы. Нужна проверка на множестве задач.
— Зато какой эффект может получиться! Вы разрешите перерисовать таблицу?
— Зачем? Возьмите, у меня еще экземпляр есть.
— Спасибо! — Физик аккуратно сложил листок и спрятал в карман.— Я вот что еще хотел спросить. Ваши утверждения о том, что гениальности можно научить, наверное, не все принимают без возражений?
— Конечно,— рассмеялся Изобретатель — Это ведь нормальное явление — не давать новому ходу. Новое многим мешает, требует что-то менять, а им и так хорошо... Нас, «тризовцев», тоже били, бьют и, надеюсь, еще будут. Вот если перестанут, тогда плохо, значит, дело перестало развиваться, новое исчезло. Вопросы, связанные с талантом, гениальностью, многих затрагивают, вызывают возмущение. Эти идеи неприемлемы для двух групп людей. Среди первых нередко выдающиеся личности, много сделавшие, добившиеся. Для них очень важно сознание собственной исключительности. Действительно, всю жизнь потратили, сделали сотни изобретений — а тут заявляют, что всему этому мальчишку можно научить! Один такой изобретатель ходил жаловаться на меня в разные инстанции, обвинял в том, что я у детей воспитываю неуважение к творчеству. И только за то, что в его присутствии мои восьмиклассники с помощью АРИЗ за двадцать минут решили задачу, над которой он, перебирая варианты, бился три года! А другая группа — люди, как ни странно, прямо противоположного типа. Человек ничего существенного в жизни не сделал, оправдываясь тем, что «бог не дал таланта». Стоит такой у пивного ларька и рассуждает: «Вот с Васькой в школе за одной партой сидели, а он нынче академик! Голова! Правда, в школе я лучше его задачки-то решал...» А скажи такому, что не в таланте дело, а в том, что Васька работал, как проклятый, а он у ларька отдыхал и сам своей судьбой распорядился,— нарвешься не только на крепкое словцо... А в общем-то больше всего возражают против ТРИЗ люди, с теорией просто не знакомые. «Этого не может быть, потому что этого не может быть никогда!» «Творчеству нельзя учить, если можно, то это вовсе не творчество!» «По правилам можно находить только известные решения!» Вот типичные высказывания такого рода субъектов. Как правило, такие люди не смотрят и не слушают, спорить с ними бесполезно, доказывать бессмысленно.
— А что же делать!?
— Делать свое дело. Дело — лучшее доказательство, и даже сотни упрямых бюрократов в конце концов будут вынуждены отступить.
— Смотрите, уже двенадцатый час! Засиделся я у вас, заторопился Физик.— А интересный разговор вышел. Да, мы говорили о проблемном обучении. Давайте попробуем вместе с использованием методов ТРИЗ. Сам я пока не справлюсь. Хорошо бы в десятом классе. Я их уже познакомил с маленькими человечками, с МАТХЭМ. А теперь полезно познакомить их с решением исследовательских задач. Согласны?
— По рукам! — улыбнулся Изобретатель.
ИГЗ: Горыныч в упряжке
ЗАДАЧИ:
ИГЗ:
ГОРЫНЫЧ В УПРЯЖКЕ
В предыдущих записях Изобретатель рассказал о том, как
получать и измерять тепло. Но самое важное — как оно работает. Не так
ли?
Изобретатель вспомнил, как в самом начале своей работы на заводе
за какую-то провинность он был командирован на две недели в ремонтный
цех поработать на ужасно неприятной операции — извлечении стержня
обмотки ремонтируемого турбогенератора. Лобовые части всех стержней
скреплялись специальными прокладками, обматывались стеклошнуром, и все
это было пропитано затвердевшей, как камень, эпоксидной смолой. Из-за
плотной установки креплений и опасности повреждения дорогостоящей
обмотки запрещалось пользоваться электро- и пневмо-дрелями,
шлифовальными машинками. Вот и приходилось часами сидеть в неудобной
позе и водить туда-сюда короткими пилками.
На заводе неоднократно устраивались конкурсы рационализаторов — кто
придумает набор специальных фигурных пил. Но ничего не получалось. ?
Изобретателю (тогда мальчишке, выпускнику ПТУ) очень не хотелось
заниматься трудной и скучной работой. О ТРИЗ он тогда еще не слышал, но
решение, которое нашел, было вполне в духе ТРИЗ. Он взял нихромовую
проволочку (в соседнем цехе из нее изготавливали нагреватели),
подсоединил ее концы к выходу обычного сварочного трансформатора,
пропустил проволоку вокруг крепления и взялся за ее концы плоскогубцами
с изолированными рукоятками. Включил ток и потянул проволоку на себя.
Ток моментально раскалил проволоку, и она, как масло, разрезала твердую
изоляцию. Конечно, работать пришлось в респираторе (продукты сгорания
эпоксидной смолы ядовиты), зато за несколько часов все было готово. Уже
значительно позже, вспоминая эту историю, Изобретатель понял, что
разрешил тогда противоречие: пила должна быть жесткой, чтобы хорошо
пилить, и должна быть мягкой, чтобы обогнуть твердую прокладку. 
«Вещество должно быть, чтобы..., и не
должно быть, чтобы...» «Вещество должно быть твердым, чтобы..., и не
должно быть твердым (должно быть мягким), чтобы...». Должно и не должно
быть магнитным, прозрачным, электропроводным, светящимся, вязким,
сжимаемым... Эти и множество других противоречий могут быть разрешены
при воздействии теплового поля, меняющего свойства веществ. Нужно
только знать, как воздействовать. Проводили опыт: проверяли, как свет
проходит сквозь изогнутый кристалл. Но сначала нужно было изогнуть
кристалл, причем равномерно, без трещин. А размеры его — доли
миллиметра. Механическим способом не изогнешь — слишком мал кристалл.
Конечно, идеально, если он сам изогнется. Для этого одна сторожа его
должна сжаться, другая — растянуться. Это легко сделать, если бы разные
части кристалла обладали разным коэффициентом теплового расширения,
тогда при нагреве он бы изогнулся. Противоречие: они должны быть
разными, чтобы изгиб получился, и не должны быть, чтобы это был один
кристалл. Решение — напылить на одну грань металл с коэффициентом
теплового расширения, отличным от коэффициента для кристалла. Теперь,
если такой кристалл нагреть, он изогнется. Но ведь нам нужно получить
изогнутый кристалл в холодном состоянии. Тогда придумали напылять
металл на предварительно нагретый кристалл, тогда он согнется при
охлаждении до комнатной температуры.
...
Во времена правления Наполеона во Франции обнаружили, что одно из
красивейших исторических зданий Парижа — Дворец Инвалидов находится в
аварийном состоянии. Очевидно, из-за проседания фундамента его стены в
верхней части разошлись почти на полметра. Потолок мог обрушиться в
любой момент. Был объявлен конкурс на проект ремонта здания, отпущены
немалые средства — миллион франков. Но все предложенные варианты
требовали многих лет работы и в десятки раз больше средства, чем было
выделено. Кроме того, многие проекты портили внешний вид Дворца разного
рода подпорками.
Красивое изобретательское решение нашел молодой инженер. Оно позволило
восстановить здание в кратчайший срок. 8 верхней части разошедшихся
стен были пробиты отверстия, сквозь которые пропустили толстые железные
стержни с резьбой на концах. Казалось, можно тут же стянуть стены,
закручивая гайки. Но не тут-то было — слишком большие усилия для этого
требовались. Поступили иначе. Затянули гайки, насколько было возможно.
Затем под нижним рядом стержней расположили желоба, в которые насыпали
уголь, и подожгли. От выделяемого тепла стержни нагрелись и,
естественно, слегка удлинились. Гайки подкрутили до упора. Огонь потух,
стержни сами укоротились и немного сблизили стены. Теперь оказались
свободными гайки стержней верхнего ряда — подкрутили и их. Снова
разожгли уголь под нижними стержнями и... все повторилось. Так за
несколько дней удалось стянуть разошедшиеся стены.
Газопровод
закреплен на мощных сваях, забитых в вечную мерзлоту. Но проходит
несколько лет, и свая «тонет» в казав¬шейся гранитом ледяной земле.
Оказывается, летом по бетону идет в землю приток тепла, подплаеляющий
мерзлоту. А зимой земля прикрыта шубой снега и не успевает хорошо
промерзнуть, чтобы компенсировать летнее оттаивание. Как же строить в
таких условиях, да и можно ли? Можно. В свае выполнили отверстие по
всей длине (труба внутри), в которое заливали керосин. В зимние дни,
когда температура в глубине земли выше, чем снаружи, более теплые
нижние слои керосина поднимаются наверх... Идет циркуляция, переносящая
холод вниз, к основанию сваи, и земля глубоко промораживается. А летом
нагретый керосин остается наверху, циркуляции нет, дополнительного
притока тепла — тоже. Такие «керосиновые» сваи никогда не
проваливаются. Если
в разных частях емкости с каким-нибудь раствором создать разные
температуры, изменяется концентрация элементов раствора. Это явление
называется термодиффузией. Термодиффузия была использована в атомной
физике для разделения изотопов урана. Интересно, что одной из причин
неудач фашистов с созданием атомной бомбы было нежелание использовать
этот метод, разработанный немецким ученым Густавом Герцем из-за
«неарийского» происхождения последнего. Так фашизм сам себя наказал за
расизм. Одно
из самых любимых изобретателями веществ — лед. Еще во время войны
англичане предлагали построить из льда непотопляемый авианосец.
Несерьезно? Но на Севере лед становится надежным строительным
материалом. Достаточно теплоизолировать его поверхность, и зданию не
страшно короткое северное лето.
Недавно было предложено использовать айсберги не только для получения
чистой воды, но и для удаления отходов производства: грязная вода с
отходами намораживается толстыми слоями на поверхность льда, а потом
эти льдины уплывают по¬дальше от прибрежного района, где постепенно
тают. Впрочем лучше эти отходы сразу очищать, а не загрязнять ими
мировой океан. Лед
активно работает в промышленности. Допустим, нужно удержать на столе
шлифовального станка мелкие детали. На¬магнитить? Но детали могут быть
и немагнитными. Тогда — лед, с помощью которого их легко приморозить к
столу, если, ко¬нечно, вмонтировать заранее в стол холодильную систему.
Замороженная
смазочно-охлаждающая жидкость (СОЖ) гораздо лучше охлаждает
шлифовальный круг. Сделанные из льда матрицы позволяют штамповать
взрывом большие детали. Лед, намороженный на поверхность подводных
крыльев корабля, защищает их от кавитационного разрушения, точно так же
лед
может защищать поверхность труб от истирания абразивными веществами,
например рудной пульпой — взвесью мелко истолченной руды в воде. В
тонком стеклянном капилляре металл — висмут. К концам капилляра
подсоединили провода и пропустили по ним электрический ток. Вскоре
висмут расплавился (температура плавления 271 градус). Но при плавлении
висмут не увеличивает свой объем, как большинство металлов, а
уменьшает. И столбик металла в капилляре разорвался. Электрическая цепь
разомкнулась, ток прекратился. Висмут остыл, объем его увеличился,
разрыв в цепи исчез, ток пошел снова. Висмут снова расплавился, столбик
разорвался, ток прекратился... И так хоть до бесконечности. Получился
прекрасный ограничитель тока, разрывающий цепь, если его величина
становится достаточной для разрыва столбика. И еще — инвертор,
преобразующий постоянный ток в переменный. И еще датчик температуры,
обладающий уникальным свойством: при заданном токе он сообщает о
температуре изменением частоты включений-выключений тока. Такие датчики
без дополнительных преобразователей можно использовать в системах с
ЭВМ.
Можно
ли считать, что вода, охлажденная до нуля градусов,— это уже лед? Нет.
Для превращения воды в лед у нее еще нужно отобрать довольно много
тепла — теплоту замерзания. Этим воспользовались изобретатели,
размораживая вечную мерзлоту. Обычно это делали, выливая сверху горячую
воду. Но в резуль¬тате получали нечто вроде полужидкой трясины, которую
было очень трудно вычерпать из ямы. Было предложено, казалось бы,
парадоксальное решение: лить не горячую, а холодную воду. Она застывает
толстым слоем, который без труда расколет бульдозер, а под ним остается
оттаявшая, но не размокшая почва. Тепло, отдаваемое холодной водой при
замерзании, ото¬гревает почву «в сухую». Чем
выгоднее (энергетически) охлаждать раскаленную сталь на прокатном стане
— водой или жидким азотом? В общем, особого выигрыша не дает ни вода,
ни азот: у азота ниже температура, зато у воды больше теплота
парообразования. Было предложено смешать в одну струю воду и жидкий
азот. Капельки воды превращались при этом в лед, льдинки падали на
сталь. Теперь тепло стали расходуется сначала на то, чтобы растопить
льдинки, и потом — превратить воду в пар. Эффективность охлаждения
резко выросла.
Температура кипения очень сильно зависит от давления. И этим можно
воспользоваться. Более 20 лет известны гидромониторы — водяные пушки,
выбрасывающие под огромным давлением водяную струю, способную дробить
камни. Недавно сумели почти без всяких затрат повысить эффективность
такой пушки в десятки раз! Для этого оказалось достаточно вместо
обычной воды использовать нагретую до 200—300 градусов. Так как
давление в гидромониторе велико, она не испаряется. Вот струя
перегретой воды вылетает из пушки, не успев испариться за доли секунды
свободного полета, врезается в каменную стену, вби¬вается в мельчайшие
трещинки и уже там вскипает, разрывая самый твердый камень. Известен
способ получения деталей из труб путем их раздувания. Трубу-заготовку
укладывают в форму-матрицу, нагревают докрасна и подают в нее высокое
давление. Для создания этого давления требуется специальное дорогое
оборудование. Но сумели обойтись без него, используя силу вскипающей
воды. Мощные держатели плотно схватывают концы трубы, электрический ток
быстро ее нагревает, и внутрь впрыскивается вода. Мгновенное испарение,
удар давления — и труба приняла нужную форму. Но в этой простой системе
обнаружился недостаток — вода охлаждает стенки трубы, они получаются
неодинаковыми. Тогда нашли еще одно красивое решение — впрыски¬вать не
воду, а ее смесь с дизельным топливом — соляркой. Топливо сгорает,
поддерживая необходимую температуру. Берем
небольшой баллон и набиваем в него сухой лед. Постепенно нагреваясь и
испаряясь, газ выходит из баллона. Этот газ может крутить небольшую
турбину, получился отличный двигатель для моделей. Плавление,
испарение, затвердевание — эффекты, связанные с изменением агрегатного
состояния веществ, в физике назы¬ваются фазовыми превращениями. Есть и
другие фазовые превращения, которые успешно используются в технике, ими
успешно управляет тепловое поле. Например, все слышали о закалке стали.
Деталь нагревают до температуры, при которой происходит перестройка
структуры. При этом возникает высокотемпературная структура — аустенит.
Если теперь деталь медленно охладить, она вернется в свое
первоначальное мягкое состояние. Но если охлаждение провести быстро,
например опустив деталь без промедления в воду или в масло, аустенит
превратится в особую твердую структуру — мартенсит. Такая закаленная
деталь
может теперь обрабатывать обычную сталь, не прошедшую закалки.
Такой режим закалки известен очень давно. А когда Елена Сергеевна Жмудь
предложила опустить раскаленную болванку в жидкий азот (его температура
минус 196 градусов), термисты отказались, опасаясь взрыва. Пришлось
делать это ей самой. Взрыв произошел, но не тот, которого опасались,—
взорванными оказались привычные представления о свойствах металлов.
Стойкость режущих инструментов после такой обработки возрастала в 5,
30, даже 100 раз! Потом попробовали опускать в жидкий азот не
раскаленные инструменты, а сверла, фрезы, прошедшие обычную закалку
давным-давно, пролежавшие на полках складов месяцы и даже годы.
Результат был тот же — повышение стойкости. Прошедшие необычную
обработку инструменты тщательно исследовали, но рентгеноструктурный
анализ не показал никаких изменений в структуре металла. Другой
поразительный факт — твердость инструмента тоже не увеличилась. Новая
загадка: одинаковые сверла, изготовленные из одинакового материала,
только из разных партий, и у одних износостойкость повышалась в сотню
раз, у других — в десяток, у третьих — никакого повышения. Пока наука
не дает объяснения этому странному явлению. Но оно уже используется на
десятках заводов. Чем
быстрее охлаждается сталь при закалке, тем она тверже, но и, к
сожалению, более хрупкая (напоминает стекло, которое трудно поцарапать,
но легко разбить). А если охладить сталь при закалке не просто быстро,
а сверхбыстро? Наверное, сталь при этом вообще рассыплется в порошок?
Нет, этого не происходит. Ускоренное охлаждение приводит к появлению
качественно новых свойств. Расплавленную сталь набрызгивают тонким
слоем на быстро вращающийся чугунный каток. Касаясь его поверхности,
она почти мгновенно остывает, и кристаллическая структура вообще не
успевает образоваться. Металл становится аморфным, похожим по структуре
на стекло. Его так и называют — металлическое стекло. Необычные стекла
обладают невероятной прочностью, химической стойкостью, повышенными
магнитными свойствами. Еще несколько лет назад они были экзотической
лабораторной диковинкой, а сегодня на их базе уже выпускают специальные
композиты. В
тридцатые годы нашего века было открыто новое удивительное свойство
металлов: в некоторых очень узких диапазонах температур на короткое
время они становились сверхпластичными, и тогда даже очень твердую
сталь возможно вытянуть без разрыва, как пластилин. Выяснили, что это
происходило как раз в момент перестройки структуры, когда старая уже
124
разрушилась, а новая еще не образовалась. Но как «поймать» эти доли
секунды? Оказывается не очень и сложно. Пресс для глубокой вытяжки
стали с использованием эффекта сверхпластичности работает так: деталь,
нагретую выше температуры фазового превращения, кладут на стол пресса.
Магнитная система управления работой пресса включена, но сигнала на
срабатывание от датчика, расположенного под деталью, пока нет. Но вот
металл, остывая, доходит до точки перестройки структуры. При этом
стремительно возрастает его магнитопроводность, что обеспечивает
прохождение сигнала от датчика и включение пресса. Одно движение
пуансона — и сложнейшая деталь отштампована с высокой точностью и
минимальным усилием (металл в состоянии сверхпластичности!).
О
Еще в студенческие годы Изобретатель работал в криогенной лаборатории.
Однажды решили с друзьями провести экспери¬мент. Дело было летом, пошли
в магазин и купили килограмм клубники. Отобрав лучшие ягоды, заморозили
их в парах жидкого азота и поместили твердые, как ледышки, шарики в
емкость, к которой подключили вакуумный насос. В вакууме лед
испаряется, не переходя в жидкость. Назавтра ягоды были с виду совсем
как свежие, только совершенно невесомые. Потом их «закатали» в банку,
заполнив ее азотом. А зимой был сюрприз для друзей и родственников —
совершенно свежие ягоды. Такой процесс замораживания и вакуумирования
пищевых продуктов (сублимационная сушка) позволяет их очень долго
хранить, а после впитывания потерянной ранее влаги они не отличимы от
свежих. Такие продукты входят в рацион космонавтов, альпинистов,
полярников (дополнительное их преимущество — малый вес). В
широкий, но невысокий сосуд налита жидкость, подогреваемая снизу. Когда
нагрев становится больше некоторого критического, начинается активное
перемешивание жидкости, конвективный перенос тепла. Но он не хаотичен,
на поверхности жидкости появляется аккуратный рисунок из множества
шестиугольников, похожий на срез пчелиных сот. Эти «соты» называют
«ячейками Бенара». В свое время они поразили ученых: невозможно было
понять, как из хаоса, беспорядка обычного теплового движения появляется
порядок, организация. Объяснить это явление удалось создателю новой
науки — неравновесной термодинамики — бельгийскому ученому И. Р.
Пригожину. Он показал, как могут «сами собой» возникать сложные
структуры, «самоорганизовываться» молекулы. Новая наука — синергетика
проливает свет на тайну самопроизвольного возникновения жизни, отрицает
неизбежность «тепловой смерти» Вселенной через миллиарды лет.
Как бесстрашно работает на арене цирка артист с огромным удавом!
Вот сейчас тот сожмет свои кольца и... Но артист успевает сбросить кольцо,
не везет удаву. Но почему он так медлителен? Где его хваленая огромная скорость движений, невероятная сила?
Остается...в холодильнике. Змеи — холоднокровные существа. Температура их тела целиком зависит от температуры окружающей среды.
А при низкой температуре у змей замедляются все реакции. Что и используется в цирке.
Тепло издавна трудится в медицине. Русская парная баня, финская сауна с горячим сухим воздухом возвращают здоровье.
Легкоплавкий минерал озокерит, долго сохраняющий тепло, про¬гревает больной орган. Позволяет делать «бескровные» операции
термокоагулятор, «заваривающий» кровоточащие сосуды. Аппарат искусственного кровообращения охлаждает кровь и позволяет делать
операции на открытом сердце. Полиэтиленовый пакетик с водой, замороженной в холодильнике, снимает зубную боль.
Как отогреть замерзающего? Нужно как можно скорее подать тепло к его
внутренним органам, но при этом в первую очередь нагревается место
подвода тепла: поверхность кожи или стенки желудка, если тепло подается
горячим питьем. А это очень опасно: кровь приливает к перегретым местам
и отливает от сердца, мозга, что грозит смертью пострадавшему. Тепло
само должно разлиться по всему организму, добраться до особо важных
органов. Но как? Нужен ресурс, способный разносить тепло. Конечно, это
кровь, циркулирующая по всему организму, не забывающая даже самый
маленький капилляр. Горячие грелки укладывают-на места выхода крупных
артерий — и кровь сама разносит живительное тепло.
А если нужно помочь рабочему в горячем цехе или пожарному, работающему
вблизи очага пожара? Решение, понятно, противоположное. На рабочей
куртке в нужных местах нашиты кармашки, в которые закладывают лед.
Задача 36. Очень интересный утюг видел Изобретатель недавно на выставке. Его «подошву» можно спокойно трогать рукой — не обожжешься. В то же время он отлично гладит и высушивает белье. Как это может быть?
Задача 37. Для конденсации отработанный пар выпускают в бак с водой. Обычно этого достаточно. Но иногда выпускают сразу довольно много пара, и он не успевает сконденсироваться, прорывается сквозь воду и уходит. Это нежелательно. Как быть?