Физика? Нет ничего проще!
Возвращение физики
Александр Александрович Фролов

© Александр Александрович Фролов, 2023

ISBN 978-5-4485-0021-3

Создано в интеллектуальной издательской системе Ridero

От автора

Физика как элемент культуры общества покинула нас в конце прошлого века – начале нынешнего. Она столько натворила, что инженерии и технологии еще долго расхлебывать. Натворила и почила на лаврах. Стала далекой, недосягаемой и потому такой сложной и непонятной. Общество, уставшее от войн и взлетов прогресса, ударилось в потребление. Потребление же обеспечивают инженерия и технология, но никак не наука и подавно – не физика. Тогда зачем она нормальным людям?

Культура – это совокупность всех достижений человечества, которые можно передать людям или иным разумным существам. Можно, но не всегда нужно. Вот и не вошла физика в современную культуру. Дальше – больше (это называется положительной обратной связью). Уже никто не хочет в физики, как это было в 50-х годах прошлого века. Днем с огнем не сыскать учителей физики, понимающих предмет. Да и откуда? Ведь их учили те, для кого физика уже стала сложной и потусторонней. Объемы курсов научных основ предмета и методики его преподавания соотносятся в педагогических вузах примерно как 5:95. Ну и что методизируем? Вот и развиваются идеология и практика «объяснения физики простым языком» (слава Богу, пока рекомендуется нормативный). Растет убожество иллюстраций в школьных учебниках, из которых исчезают физические величины и законы физики в присущих ей разумных формах. Сама физика в образовательном процессе и в познавательной практике человечества – в глубокой спячке.

Да, есть где-то там, далеко-далеко, «андронный коллайдер», как говорят порой дикторы телевидения. То и дело всплывают сообщения об «открытиях», чаще всего – на уровне желтой прессы. Не надо обольщаться. Просто в оставшихся в живых лабораториях все еще идут «вычерпывание» и «долизывание» того, что физика натворила в прошлом веке. Теми, кто вполне заслуженно носит почетное звание далеких от жизни очкариков в белых халатах, получающих в разных странах за это заслуженно разные деньги.

Да, есть выдающиеся педагоги-физики и физики-методисты, которые понимают сущность предмета и его назначение в школе. Но они – робинзоны в океане бессмыслицы преподавания физики. Ни в какой сфере жизни общество не сможет удержаться на единицах, и здесь – тоже.

Обыватель – это не обидный ярлык. Обыватель – это почетное звание человека, личности, бытующего на этой Земле, реализующего себя в отведенное ему жизнью время. Лучше – реализующего успешно. Эта успешность зависит от того, насколько правильно он умеет смотреть на мир, насколько адекватно он его себе представляет и насколько адекватно изменениям в этом мире он действует. Адекватность как компетенцию может обеспечить только наука – система постоянно развивающихся знаний о реальном окружающем мире и внутреннем мире человека. Так что учиться надо науке, точнее – научному мышлению. А учиться надо от простого к сложному. Ведь падение материальной точки заведомо проще, чем организация повседневной успешной и благополучной семейной жизни. Вот физика и введена на уровне коллективного бессознательного в школьную и ряд других образовательных программ, чтобы передавать людям завоеванную эволюцией структуру научного мышления. И надо во что бы то ни стало вернуть ей возможность выполнения этой почетной задачи.

Что касается Большой Физики… Ей скоро пора просыпаться. Летят к Земле астероиды. Нам надо лететь на Марс, а способы перемещения – не те. Плохо пахнет экологическая обстановка, а физические способы ее изменения и даже понимания – не те. Да и вообще – осталось всего-навсего каких-то три-четыре миллиарда лет, и наше Солнце бабахнет Сверхновой. Надо будет вовремя сменить место жительства. Надо разобраться – что там, за чертой Большого взрыва. Надо, наконец, наладить осознанное использование физики в образовательном процессе для обучения думанью. Надо… Много чего нам надо от физики. Пора ее будить в общественном сознании. И для начала неплохо было бы понять, что будить-то собираемся. Ну а потом уже – как будить. Лиха беда начало. И я подумал: а почему бы не начать?

Александр Фролов,

2017 год

Введение

Книга посвящена физике. А не ее математическому обеспечению. И потому вовсе не нуждается не то что в злоупотреблении математическими выражениями, а и просто в их употреблении. Поняв, что такое физика и как она устроена, как она описывает мир, субъект физического познания мира сходит на описанный в книге «математический базар» и найдет в его развалах любой необходимый инструмент, профессионально изготовленный специалистами вроде Ньютона, Фурье, Лагранжа, Галуа или Колмогорова. А здесь – просто физика как она есть. Голая, пока невооруженная, еще ничем конкретным не занявшаяся и оттого особенно беззащитная в ее непонимании нормальными зубрилами всех уровней.

Книга посвящена физике. В представлении автора и тех, кто его учил этому представлению. Автор просто постарался посмотреть на физику как можно проще, как учил старый монах-иезуит Оккам. Оказалось, что эта простота достаточно трудна, и многие ее стороны физики и физиковеды чаще всего обходили, как-то получая свои решения и не оставляя следов построения понимания. Ссылок, значит, не оставляя автору для почтительного цитирования. Например, сказал Роберт Фейнман что-то по поводу эквивалентности физического закона и определения физической величины – но как сказал! Разбросав части размытого высказывания по стопе «Фейнмановских лекций по физике», не утруждая себя «показыванием», которое является сущностью научного подхода и на которое можно сослаться. Фейнман был велик, и ему было не до этого, впрочем, как и другим классикам физической науки. Вот автору этой книги и приходилось показывать (уж как мог!), так порой ни на кого и не ссылаясь. За исключением, разве что, себя, любимого. Некоторые технологические аспекты понимания физики – такие, например, как алгоритмизированный подход к введению определений понятий и физических величин – так и остались беспрецедентными. Опять же – не на кого ссылаться, кроме упомянутого выше… Вот и бедна книга ссылками. При всем безусловном почтении автора ко всем предшественникам в этой области. Истина-то дороже! Хочется надеяться, что читатели поймут и простят.

Книга посвящена физике. А у физики, как и у всей науки, нет лица. Она идет себе сквозь мир бесчеловечным терминатором, оттачивая простейшие научные модели и через них описывая этот мир. Но понимать мир в его модельных представлениях – удел людей, у которых лица есть. Вот и у автора есть сложившееся лицо, от которого он рассматривает операциональную структуру (и тем самым – сущность) физики. Поэтому с ним, автором, можно дискутировать, чего не стоит делать с физикой. И автор всегда будет рад обмену мнениями, разумеется – аргументированными. Но для этого все же надо, как минимум, прочитать книгу.

Книга посвящена физике. И, соответственно, ее будущему. А это будущее тесно связано с качеством трансляции представлений о физике, без которых невозможна трансляция физического знания о мире. Дела с физическим образованием, в особенности – в рамках общего образования, нельзя считать благополучными. В связи с этим необходимо, по крайней мере, обозначить на образовательной карте основные области неблагополучия. Автор уже давно старался внести в эту картографию свой посильный вклад. Сначала написав много ранее пособие «Язык, закон, задача в курсе физики средней школы». Затем развив этот подход до «Технологии интеллектуального образования». Теперь вот с этой «Технологией» возвращаясь к физике. А там уж, миром да собором, глядишь – и изменим судьбу физики в лучшую сторону.

Судьба же предлагаемой книги – оказывать помощь в понимании физики как при первом знакомстве с ней, так и при осмыслении и переосмыслении уже сложившихся ранее физических представлений. Для содействия реализации этой судьбы автор в первой главе постарался отстоять свое право иметь и высказывать собственную точку зрения на сущность физики и ее нынешнее состояние в науке и образовании. Для того, чтобы говорить о физике как отрасли науки, вторая глава посвящена «отшелушиванию» эмоциональных, экономических, организационных и прочих одежек научной работы, под которыми эта самая сущность науки тщательно прячется – иногда нечаянно, иногда – злонамеренно. Такая уж у нее, сущности науки, социальная природа – мимикрировать и прятаться, прятаться и мимикрировать с целью прокорма, выживания и подспудного насаждения в обществе здравого смысла, как бы оно ни упиралось. Третья глава – о думанье и его структуре. Мыслят все; думают, увы, немногие. Физика учит думать. Для этого физика говорит с нами на языке, который стараниями современного образования утрачивается, как были на уровне общедоступности утрачены, например, санскрит и иврит, выжившие только в узких кругах для богослужений. Иврит реставрировали. Почему бы не реставрировать и восстановить в правах, с учетом современных научных представлений, язык физики? Об этом – четвертая глава. Волки, Балу, Багира и Каа чтут закон джунглей, хотя и не могут определить соответствующего понятия. Бандерлоги не чтут закона, не знают его и, главное, не хотят знать. Мы – не бандерлоги, мы – люди, которых физика должна учить закону, и мы должны понимать, что это такое и учиться устанавливать законы самостоятельно. Тем, кто заинтересован, пятая глава поможет в этом. Все, что мы делаем в этой жизни – нескончаемая последовательность решения задач. Несть числа легендам о методах и способах их решения. А подход к решению задач – один, и именно физика учит этому на всех уровнях научно-познавательной и образовательной деятельности. Как она это делает (должна делать) – внутри себя как отрасли науки и за своими пределами – показано в шестой главе. И, наконец, что творится и что должно твориться в физическом образовании для того, чтобы физика выжила и вернулась к нам, рассмотрено в последней, седьмой, главе книги.

Остается пожелать немедленного применения на практике того, что может дать читателю книга – это пожелание автора самому себе. А читателю – вдумчивости и успешности такого применения.

Глава 1. С какой стати?

Свершения в любой области бывают большими и малыми. И те, и другие могут иметь как социальную, так и сугубо личностную значимость. У каждого из этих свершений – свои масштабы. К свершениям приходят нации, государства и отдельные люди. Свершения есть всегда.

Другое дело – наука. У нее нет масштабов. Она просто есть или ее просто нет. В науку приходят или не приходят. Порой так и не приходят, проработав всю жизнь в научной организации, написав множество работ и даже оставив в ней вполне позитивные следы. В физике, как самой простой отрасли науки, это просматривается особенно ярко. Трудоголик Альберт Эйнштейн с пятилетнего возраста, задумавшись над природой поведения стрелки компаса, шел в науку, с точки зрения окружающих, достаточно кружным путем. На самом деле он шел туда прямолинейно, размеренным неотвратимым шагом римского легионера, последовательно решая, казалось бы, самые разные задачи, обратившие на себя его внимание. И пришел, оставив после себя поле понимания в множестве работ, оказавших влияние на развитие не только физики, но и других отраслей науки. «Озаренец» Рудольф Мёссбауэр, такой же нобелевский лауреат, как и Эйнштейн, не оставил после себя ничего кроме нескольких статей по эффекту, носящему его имя, и текста нобелевской речи. Трудно предположить, что он видел «научное поле» физики, то есть саму физику как научное здание. Поэтому он не мог сам принимать участие в трансляции как физического знания и понимания мира, так и научного знания, научного подхода в целом. Это ни в коей мере не снижает уважения и почтения к Мёссбауэру как к научному работнику, подарившему миру уникальный и потрясающий инструмент исследования глубин строения вещества.

К тому, что такое наука и научная работа и как они соотносятся друг с другом, мы вернемся в следующей главе книги. А здесь рассмотрим на конкретном примере, как может приходить в науку и, тем более, в физику, обычный человек. Мы никогда не знаем и не узнаем, что думает и чувствует другой, идущий и приходящий в науку своим неповторимым способом. Поэтому можно анализировать только свои ощущения, чувства, мысли и поступки с целью поделиться опытом – удачным или неудачным – для того, чтобы другим идущим было легче выбирать свою собственную траекторию вхождения в науку и, в частности, в физику. Ну и, разумеется, ответить на первый традиционный вопрос, который представители большинства так любят задавать желающим высказать свою точку зрения: «Кто ты такой (чтобы судить о физике и ее трансляции)?».

1.1. Докатиться до физики

Мне посчастливилось расти на окраине города, который ныне называется Алматы, расположенного в предгорьях хребта Заилийский Алатау. Сад был полон не только разнообразных растений, но и диковинных птиц, насекомых, улиток, иногда – ежей и ящериц. В отсутствие современных гаджетов и других соблазнов ухода от реальности все это кипение жизни привлекало внимание мальчика-дошкольника, родители которого были внимательны к его воспитанию, но, тем не менее, существенно заняты восстановлением нормального течения жизни, нарушенного только что окончившейся войной. А в доме – библиотека в целую стену, да еще два застекленных шкафа с энциклопедиями, заманчиво поблескивавшими тиснением корешков переплетов. Поскольку никак не меньше четверти этой библиотеки было посвящено природе во всех ее проявлениях, начав читать примерно с четырех лет, я читал сказки в гораздо меньшем объеме, чем Брема, Мензбира и других зоологов. Наибольший интерес у меня вызывали птицы, ящерицы и змеи. Лягушки и жабы – тоже, но не в такой степени. Мудрые воспитатели поддерживали эти интересы, а некоторые – по крайней мере не порицали. И вот годам к двенадцати я обзавелся (естественно, через тех же воспитателей, в первую очередь – своего деда Павла Николаевича Комарова) аж двумя научными руководителями из Института зоологии Академии наук Казахской ССР. Орнитологию я постигал под руководством Мстислава Николаевича Карелова, оставившего нам впоследствии капитальный пятитомный труд «Птицы Казахстана». Герпетологию сделал для меня интересной и понимаемой выдающийся научный работник, первый герпетолог Казахстана Константин Петрович Параскив, столетие которого зоологическая общественность отмечала в 2011 году. До сих пор меня потрясает то обстоятельство, что эти люди возились со мной, уделяя мне достаточно много времени, терпя мои естественные возрастные глупости и поддерживая склонность к живой познавательной деятельности. Главное, что они дали мне – это представление о классификационной основе научного подхода.

В это время в школьных курсах ботаники и зоологии безраздельно царствовал академик «от сохи» Трофим Денисович Лысенко, вошедший в историю генерацией и поддержкой доморощенных идей, позже все-таки признанных псевдо- и антинаучными, а также отличившийся гонениями генетики и генетиков. Это потом, много лет спустя, я пойму, что сознание отфильтровывает положения непонятного происхождения, а их дальнейшее развитие и продвижение либо заведомо злонамеренны, либо свидетельствуют об определенных пробелах в умственном развитии. А тогда, в школе, просто «учил». Как все. Не очень-то и стараясь понять. Вот так научное развитие шло своим путем, а школьное – своим, и противоречия как-то не всплывали.

То же самое происходило и с физикой. Послевоенные учителя были в большинстве своем на порядок квалифицированнее и преданнее своему делу и своему предмету, чем их сегодняшняя смена. Но и они не могли похвастаться пониманием физики, поскольку школьные учебники содержали те же физические и психологические ошибки, что и сейчас. Чего стоил только «приемник А. С. Попова»! Технические решения и изобретения, лежащие в плоскости инженерии и не имеющие к физике отношения, выливались в картинку, которую в качестве шпаргалки рисовали на ладони – понять все эти разряды, проводочки, соединения и постукивание молоточком по когереру было просто невозможно. Формулировка первого закона Ньютона (да еще в путанице со следствием из него) сводила с ума. Так что – наизусть. Что такое электрический заряд – естественно, никто не понимал – ни мы, ни учитель. Наизусть. И так далее. Ну как тут не возненавидеть эту муть?! И мозг послушно ее отвергал.

И вот к концу обучения в школе (а оно тогда было десятилетним) явное противоречие между интересом к окружающему миру и отсутствием инструментов его познания в своем внутреннем мире привело к тому, что я с ужасом осознал собственную умственную несостоятельность, неумение думать, совершая в голове определенные действия, приводящие к надежным и устойчивым результатам. Стало страшно и непонятно, как жить и действовать дальше, в неотвратимо надвигающейся взрослой жизни. И стало ясно, что надо учиться думать, а то… К этому времени у меня уже сложилось убеждение, что обучение должно продвигаться от простого к сложному. И вот когда накатило осознание, что падение камешка описать и понять в принципе проще (хотя и это надо уметь), чем поведение приятеля или, тем более, приятельницы, я заплакал. При родных и близких. Это даже вошло в семейную легенду. Отличник, спортсмен, юный научный работник и достаточно трудный для родителей и правоохранителей детина – рыдает! Потому как осознает, что дорога к научению думанью лежит через непонятную и потому ненавистную физику, которая проще всего по определению. Но спортивные и «трудные» качества уже научили заламывать себя в случае необходимости. И пошел я на физфак университета.

В те годы физика была чрезвычайно модной. Такова уж людоедская сущность общества: нужны бомбы и электростанции – призовем побольше народу и отберем кого надо. В первую очередь – для решения срочных разовых задач. А что остальные – в отвалы, так это дело привычное. И рвались на физфаки толпы вчерашних школьников, очарованных жутковатым фильмом «Девять дней одного года» и подобными ему средствами психологической обработки. Сдавали пять вступительных экзаменов при конкурсе двадцать пять человек на место и, набрав двадцать пять баллов, поступали, если были еще успешными спортсменами, общественниками или обладателями иных задокументированных талантов. Так что выбирать было из кого.

1.2. Знакомство с физикой

Поступил. И вот тут обнаружилось, что вчерашнему школьнику, привыкшему к восприятию образовательных предметов как совершенно не связанных между собой, приходится проходить через «первое сито». Либо ты хотя бы отдаленно догадываешься о системности получаемого образования и терпеливо пытаешься понять, какое на самом деле отношение имеют математический анализ и прочие предметы к физике, либо ты не выдерживаешь и сходишь с дистанции. Тем или иным способом. Чаще всего – меняя специальность и не понимая, что там, в новой специальности, ты будешь так же несистемен и бездумен, как и здесь, на физфаке.

Отправляясь в физику и уже имея какой-то юношеский опыт научной работы, понимаешь, что без интереса к тому или иному конкретному физическому явлению ты просто не сможешь на самом деле учиться. Это сейчас мне понятны трудности формирования внешней и, особенно, внутренней мотивации в отношении определенной деятельности. А тогда приходилось выбирать «на ощупь» и «на глазок». Повезло, что «глазок» заметил кристаллы и удивительное явление их роста. Заметил благодаря тому, что в этой области работал близкий родственник, принимавший участие в моем воспитании. Вот и обратил я внимание на рост кристаллов. Но как здесь работает физика и, тем более, другие предметы, начинать понимать приходилось с нуля.

Пока на первых двух курсах читались общие дисциплины, я обнаружил много нового вообще в плане отношения к пониманию. Геометрический и физический смысл производной, дифференциала и интеграла, теории функций и их поведения в окрестности точки в связи с возможностями физических экстраполяций – все это было принципиально ново и требовало для реального усвоения усилий раба на плантации. Именно в то время у меня сложилась идеология опережающего рассмотрения тем и предметов. Предварительное самостоятельное разбирательство, с опережением программы на день или на год, позволяло осмысленно подходить к предметным курсам и своевременно осознавать возможности приложения их материала к тому, что меня интересовало. Так, ряд курсов я ухитрился пройти на мехмате. Особенно меня волновали матрицы и операторы. Кто бы мог предположить, что почти через пятьдесят лет реальное понимание этого материала позволит создать матричное представление научно-познавательной модели интеллекта с принципиально измеримыми компонентами [7]! Заодно удалось относительно самостоятельно на приемлемом уровне разобраться с векторными и тензорными алгеброй и анализом. И все это – ради понимания возможностей описания кристаллов.

Однако самым неожиданным оказалось почерпнутое из курса общей физики представление о предельной до грубости принципиальной простоте физических моделей. С этим труднее всего было примириться: ведь все – от школьного курса до художественной литературы – преподносили физику как нечто таинственное, романтичное и, в первую очередь, чувственно-эмоциональное. Выдавливание этой чуши из себя по каплям заняло потом большую часть остальной жизни. И, в конечном итоге, привело к пониманию ситуации на уровне второй главы этой книги.

И вот к середине третьего курса (а всего их было шесть) начали более или менее осмысленно различаться слова, произносимые лекторами, и значки, которые они писали на огромных досках физических аудиторий. Лекторы были фантастическими. Все слышали о Ландау, многие учились по учебникам Соколова и Давыдова и целой плеяды других украшений физической науки. А мы имели возможность задавать им вопросы между лекциями и парами. И получали ответы, можно сказать, «из первых рук». Это здорово стимулировало. Доходило до анекдотических случаев. Владимир Иванович Григорьев, тогда еще доцент, так читал курс «Электродинамика», что целый поток (250 человек) слушал, развесив уши, забыв про конспекты. Клянчили потом конспекты у старательных девочек, которые ушей не развешивали, но и красоты электродинамики в этом исполнении не осознали.

На третьем курсе при распределении по кафедрам я пришел на кафедру физики кристаллов, которой руководил легендарный Алексей Васильевич Шубников. Какие там (как и на всем физфаке) были преподаватели! Какие люди! И как они с нами возились! С третьего курса и до окончания университета я безвылазно работал в проблемной лаборатории роста кристаллов, которой заведовал Леонид Николаевич Рашкович. А непосредственным моим научным руководителем был Владимир Карлович Яновский, потрясающий научный работник и человек. Он целенаправленно шел к высокотемпературной сверхпроводимости, но проиграл во времени в честной конкурентной борьбе, и Нобелевскую премию получили другие. Но росту кристаллов меня научили. И много еще чему. Вот тогда я и понял, что нет более страшного врага научного работника, чем узость. Вырастить впервые кристаллы перовскита размера, достаточного для проведения физических исследований, установить пространственную группу их структуры, исследовать ряд физических свойств… И все это время меня ласково подгоняли кнутом самолюбия, заставляя использовать то, чему учили. Позже, спустя лет двадцать, то, чему учил в своих курсах выдающийся симметрист Владимир Александрович Копцик, позволило мне предложить корректную теоретико-групповую модель структуры ближнего порядка в расплавах конгруэнтно плавящихся веществ [2].

Все это написано в попытке передать, как тщательно и доброжелательно нас учили, готовя к профессиональной научной деятельности. И как порой по-детски несостоятельно, но настырно и самоотверженно учились мы. Отнюдь не забывая и о том, что наполняло мир кроме физики и науки вообще.

1.3. Назад к физике

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

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

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

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

1.4. Вперед к образованию

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

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

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

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

Литература к главе 1

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

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

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

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

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

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

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

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

Глава 2. Физика: наука и научная работа

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

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

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

2.1. Что такое наука

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

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

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

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

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

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

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

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

2.2. Что такое научная работа

Не всякая познавательная деятельность научна. Ее научность определяется тем, выдерживает ли осмысление результатов исследований проверку принципами теории познания (см., например, [2]). Проверяются результаты – познавательной деятельности в целом и отдельных ее этапов. Последовательность этих этапов обусловлена особенностями научного продуктивного мышления [6, 8], сложившимися в процессе филетической эволюции человека [5]. Такая последовательность определяет структуру научного познания как процесса, и потому ее соблюдение в ходе исследования также нуждается в систематической проверке. На этом проверки на научность (то есть на соответствие науке) заканчиваются. Остается индивидуально-личностная и коллективная познавательная деятельность в рамках заданных требованием научности структур. Это есть не что иное, как научная работа.

Научная работа представляет собой совместное решение совокупности задач, обеспечивающее достижение поставленной познавательной цели. Поэтому она включает в себя множество действий, порой не имеющих непосредственного отношения к рассматриваемому явлению, но каждое из этих действий осуществляется в соответствии с алгоритмическим принципом решения задачи [6, 9].

Самым первым и самым важным шагом решения всякой задачи и, тем более, научной, является ее эмоциональное присвоение. Исходя из представления об эмоции, к эмоциональному присвоению можно побудить, но его нельзя транслировать в конкретике. Людьми, ввиду их индивидуальности, просто не могут быть присвоены эмоции других людей. Могут быть осмыслены и поняты в каких-то своих представлениях, а затем – приняты во внимание. Но не приняты на уровне восприятий и представлений адресантов. Они – чужие. Очень хорошо помню, как во время моей учебы на третьем курсе университета замечательный теоретик в области теории симметрии профессор кафедры физики кристаллов Владимир Александрович Копцик предпринимал попытку такого побуждения к эмоциональному восприятию явления. Он с энтузиазмом и восхищением зачитывал нам фрагмент повести американского писателя Чарльза Сноу «Поиски». В этом фрагменте описывались красота выросших в лаборатории кристаллов и увлекательность наблюдения процесса этого роста. Из всей студенческой группы ростом кристаллов уже в те времена (впоследствии – существенную часть жизни) занимался один я. Потому я мог разделять эмоциональный настрой автора, но не более того. Те объекты, о которых писал он, были мне достаточно чужды – я был заинтересован кристаллизацией других веществ. И все же мне было интересно, и я не чувствовал себя одиноким в своих интересах. Но я смотрел на лица студентов группы и уже тогда понимал, что этот педагогический пассаж Владимира Александровича если и задевал еще кого-нибудь, то уж совсем ассоциативно – поэтичностью языка, энтузиазмом преподавателя, да и просто соответствием описываемой в лаборатории обстановки осенней погоде за окном аудитории. Поэтому то, чем занимался в данном случае профессор, не имело отношения к науке – это был призыв к пониманию очарования научной работы. Но самому очарованию невозможно научить. И учить в строгом смысле слова нельзя – настолько оно у всех разное (если присутствует вообще).

Гораздо позже, уже в процессе функционирования собственной научной школы, занимавшейся физикой роста кристаллов, различие между наукой и научной работой, связанное с эмоциональным восприятием собственной деятельности, становилось для меня все очевиднее.

На растущей из расплава поверхности кристалла образовывалась зеркальная грань. Это описывалось хорошо известной простейшей моделью, в которой по растущей гладкой поверхности кристалла двигалась ступенька высотой в один атом. Двигалась она за счет присоединения к ступеньке новых атомов из расплава. На самом деле, разумеется, все гораздо сложнее, особенно при росте кристаллов из расплава. В этой простейшей модели теоретики Бартон, Кабрера и Франк [1] рассчитали, а экспериментаторы неоднократно и надежно показали, что для определенного механизма порождения ступени скорость роста кристалла вдоль нормали к поверхности при этом пропорциональна квадрату переохлаждения расплава вблизи поверхности кристалла. Переохлаждение – это такое (обычно весьма незначительное) понижение температуры расплава, при котором вещество уже должно перейти в твердое состояние. Вместе с образной моделью, такая зависимость,

является научным результатом, относится к науке, и я с моими сотрудниками был этому обучен, это было нам транслировано – преподавателями и научной литературой. И, если будет нужно, еще не раз транслирую это с вполне однозначным результатом (иначе просто не приму экзамен).

Но вот ряд наблюдений за процессом роста кристаллов веществ, которые были объектами наших исследований, показал, что эти кристаллы, возможно, растут в соответствии с другим законом. Более сложное, чем в модели Бартона, Кабреры и Франка, атомное строение этих кристаллов позволило предположить, что в простейшей модели структура ступеньки на растущей поверхности будет несколько иной, а потому и закон может иметь иной вид для этого частного случая. Это никак не противоречит научности, адекватности и точности предыдущего модельного описания. А дальше – на установление конкретного вида этого закона ушло больше года напряженной работы группы сотрудников. Кристаллы растут достаточно медленно, и процесс в нашем случае тянулся от суток до недели. И все это время – непрерывное наблюдение за процессом, его обеспечение, контроль и управление, с которыми не может безнадзорно справиться никакая автоматика. Это захватывает, но изматывает. Но вот процесс закончен, и кристалл, добытый из недр установки, лежит на столе, и мы любуемся им. И вот уже один доцент позвякивает возле сейфа с веществами какой-то посудой, а его аспирант бежит в институтский буфет за сосисками с горошком. В нарушение всех правил внутреннего распорядка мы садимся за один из лабораторных столов и в процессе такого вот мини-банкета делимся впечатлениями, вспоминаем грустные и смешные истории, происходившие в процессе эксперимента, говорим, что недопустимо вот так выматываться и договариваемся, когда будем выматываться в следующий раз и что к этому надо подготовить. Затем, усталые, но счастливые, расходимся по домам – к семьям, ваннам, вкусным ужинам и вообще нормальной жизни. Все, что здесь было описано – научная работа. Этому невозможно научить. Более того – нельзя учить. Не буду я учить студентов и аспирантов разводить спирт – этому уже научил Менделеев. Не буду учить нарушать правила внутреннего распорядка учреждения и здорового образа жизни. Но научная работа, в отличие от науки, имеет человеческое лицо, и не только лицо. Она просто человечна. Наука себе этого позволить не может.

В результате примерно года такой упорной работы, выращивания в разных условиях исследуемых кристаллов и их изучения мы установили, что закон послойного роста для них и вообще для большой группы веществ другой, новый,

Таким образом, был установлен новый, четвертый после трех установленных Бартоном, Кабрерой и Франком [1] законов роста кристаллов – закон «дислокационного роста кристаллов с малым числом изломов на ступени». Этот закон был описан в соответствующем научном издании [7] и является научным результатом проведенной работы, то есть относится к науке. В процессе установления закона условия и результаты экспериментов все время проверялись на соответствие научности. Таким образом, установленный закон и условия его установления могут быть транслированы средствами науки с целью возможного использования этих данных другими исследователями. Но все это будет существовать уже в отрыве от нас, и у этого результата не будет человеческой «привязки», как нет у него и человеческого лица с эмоциональными выражениями.

Чрезвычайно важным шагом решения задачи, в том числе – исследовательской, является установление закона, в соответствии с которым эта задача будет решаться. Здесь следует понимать, что частным случаем установления закона для решения задачи, во-первых, является обоснованный выбор нужного закона из числа уже известных, понимаемых на уровне присвоения процедуры их установления в режиме виртуального сотрудничества с авторами. Во-вторых – сама исследовательская задача может быть задачей по установлению закона. В обоих этих частных случаях речь идет либо об очередной проверке адекватности известной модели, описывающей лежащее в основе постановки задачи наблюдаемое явление, либо о констатации неадекватности такой модели, что является стимулом к формированию новой, адекватной модели для расширенного круга родственных явлений или для углубленного понимания сущности ранее уже изучавшегося явления. Установлению законов (следовательно, пониманию процесса и результата их установления другими исследователями) можно обучить [6], поскольку это научный подход, это наука. И надо в интересующей нас области знать законы, которые уже существуют для адекватных моделей, чтобы не изобретать без надобности велосипед. Но конкретный выбор конкретного закона (или его установление) для решения конкретной задачи – индивидуально-личностное дело каждого исследователя. Так, при решении описанной выше задачи из области роста кристаллов был выбран уже разработанный модельный подход [1]. Но мы могли пойти и по другим направлениям развития таких подходов – как уже существующим, так и подлежащим созданию заново. Просто это был наш выбор, осознанный, но осознанный на основе чрезвычайно многофакторного анализа ситуации, который, чаще всего, не может быть адекватно и, тем более, однозначно, описан. Следовательно, и научить этому выбору нельзя. Попытка такого обучения может отвратить исследователей (тем более – будущих) от установления собственных законов в случае необходимости решения оригинальных задач. В таком случае исследователи будут пользоваться исключительно готовыми чужими моделями, не порождая нового научного знания [6, С. 141].

Еще один важный шаг решения задачи – нахождение (не поиск, а нахождение!) средств, методов, возможностей, не включенных изначально в условие задачи, но совершенно необходимых при реализации выбранного для решения закона. Или для его установления и последующей реализации. Вот здесь, в этом шаге исследовательской деятельности, и разворачивается научная работа в полный рост. Здесь и не пахнет наукой – сплошные опыт, интуиция, пробы и ошибки. Великие экспериментаторы уровня Петра Леонидовича Капицы и Роберта Вильямса Вуда вовсе ничего не открывали и ничем не озарялись. Просто в каждом из исследований у них была цель, к которой они шли буквально напролом, не выбирая средств, а порождая их на ходу по мере необходимости. Так, Петру Леонидовичу Капице для экспериментального исследования свойств жидкого гелия понадобились тончайшие кварцевые нити, которые оказалось невозможным получить обычным стеклодувным способом – растягиванием до необходимой толщины капли расплавленного кварцевого стекла. И тогда он взял длинную деревянную линейку и сделал из нее лук. Оплавил в пламени горелки конец палочки из кварцевого стекла до получения жидкой капли, вышел в институтский коридор, где, по счастью, никого не было, и выстрелил из лука этой палочкой как стрелой. И получил такие кварцевые нити, какие были ему нужны. И столько, сколько ему было нужно. Где здесь наука? Скорее всего, это вообще делалось на уровне практического мышления [4], результаты которого сразу реализуются в практической деятельности, минуя стадию осознания и осмысления. Можно ли этому научить? Конечно же, нельзя. Во-первых, в рамках практического мышления обучение невозможно или, по крайней мере, чрезвычайно затруднительно (хотя об этом постоянно забывает современная педагогика). Во-вторых, это все было с П. Л. Капицей. А нам в нашем следующем эксперименте понадобится что-нибудь другое. И лук с кварцевой палочкой уже не помогут. Хотя на складе инструментов научного исследования (в данном случае – физического) есть полка, занесенная в каталог, на которой лежит этот способ получения кварцевых нитей. На все мыслимые и, главное, немыслимые случаи обучения не напасешься. Самим надо думать. Не о науке, а о том, как ее делать. То есть о научной работе. В которой необходимо уметь пользоваться справочниками и каталогами. Этому пользованию можно научить на уровне обучения поиску по ключевым словам. Но это – не наука.

В описанной выше работе над изучением процесса роста кристаллов принимал участие сотрудник, без которого многого не удалось бы сделать – Олег Павлович Шепатковский. Физик по образованию, он понимал обсуждаемые модели, но сам не предлагал. Понимал математические выводы, но сам не написал ни одного математического выражения. Его критические замечания в этих областях были, чаще всего, полезны. Но в том, что касалось приготовления образцов для исследований, ему не было равных. Глубоко понимая сущность проводимых исследований, Олег Павлович, в частности, разрабатывал и изготавливал станки и устройства – отрезные, шлифовальные, полировальные. Механические, электроэрозионные, ультразвуковые, электрохимические. Станки не только обеспечивали нужды наших лабораторий, но и сериями расходились по стране, принося славу, связи и деньги. Это научная работа? Несомненно, да! И человек, занимавшийся ею – блестящий научный работник. Это наука? Несомненно, нет! И трансляция умений принимать гениальные решения в процессе организации и проведения научной работы принципиально невозможна. Нахождение недостающего для решения исследовательской задачи, как основы построения науки, остается и всегда будет оставаться уникальным, прецедентным проявлением индивидуально-личностной особенности конкретного человека, занимающегося научной работой. Однако сборник таких прецедентов должен существовать, и научные работники должны уметь им пользоваться. Этому пользованию, как уже выше было сказано, можно научить. Но это – не наука.

И еще один аспект научной работы, без которого построение науки невозможно, но который заведомо наукой не является. Это собственно процесс сборки результатов научной работы через их систематизацию – в научное знание, то есть в науку. Сюда относятся, в частности, руководство научными исследованиями – с одной стороны, и управление научной работой – с другой. Руководство научными исследованиями предполагает глубокое научное понимание происходящего в данной области действительности. Постановка задачи исследования, планирование ее решения, обработка и систематизация результатов, представление мировому сообществу научного результата – это организация науки. Эта организация должна быть жестко стандартизирована на цивилизационном уровне. Кадровое, финансовое и материальное обеспечение выполнения поставленной задачи, контроль хода процесса этого выполнения, отчетность по результатам контроля – это организация научной работы. Данный вид деятельности не требует глубокого научного понимания, однако в нем необходимы четкая исполнительская структура и обеспечение взаимодействия с другими ветвями и направлениями деятельности (не обязательно научной).

Организация науки регулируется потребностью общества в научном знании и осуществляется научными работниками, способными к порождению нового научного знания. Как правило, это – люди, которые ориентированы именно на получение научного результата, достигающие или уже достигшие успеха в решении хотя бы одной из научных задач. И пожизненно остаются ориентированными подобным образом. Именно таковы были те, кто вошел в нашу память и наши представления как великие научные работники. Архимед, Грегор Иоганн Мендель, Исаак Ньютон, Дмитрий Иванович Менделеев, Николай Иванович Вавилов, Александр Михайлович Прохоров… Эти люди порой окутаны флером чудачества, удаленности от «практической» жизни. Они жили и умирали ради получения научного результата и хорошо понимали, что не имеет значения – будет ли написана их фамилия на коробке, лежащей на складе науки. Мы изучаем их результаты, чтобы понять, что же такое наука и как она устроена.

Организация научной работы регулируется заинтересованностью общества в практическом приложении научного знания к удовлетворению его материальных, интеллектуальных и эмоциональных потребностей. Организаторами и управленцами в этой сфере деятельности на верхних уровнях общественных и государственных интересов становятся, как правило, люди, отличающиеся волевыми качествами в сочетании с амбициями. Выдающимися примерами таких деятелей в области организации научной работы были руководитель Манхэттенского проекта генерал Лесли Гровс и руководитель советской ядерной программы того же времени Лаврентий Павлович Берия. Их трудно заподозрить в научном понимании сущности физических явлений, однако реакторы и бомбы были сделаны!

Современное управление научной работой чаще лежит на биссектрисе угла, образованного этими двумя направлениями (организации науки и организации научной работы). Люди, тщеславно ожидавшие от себя великих научных свершений (чего не делают выдающиеся научные работники – они-то просто работают) и разочаровавшиеся ввиду непопадания в галерею портретов на стенах школьных учебных кабинетов, вполне осознанно уходят в управление научной работой. Там они могут потешить себя, в частности, близостью к этой самой «большой» науке. Именно эта категория людей не понимает, что «большой» и «малой» науки не бывает – наука либо есть, либо ее нет. Не следует забывать отношение к работам Альберта Эйнштейна в начале прошлого века – надо же ведь, какой ерундой занимался: то броуновским движением, то какими-то никому не нужными квантами, а то – вообще (прости, Господи!) относительностью, которая годилась разве что для анекдотов. В общем, «малой» наукой занимался Альберт Эйнштейн. И что из этого получилось? Шагу не может шагнуть без его результатов современная физика, да и не только физика. Но вернемся к «несостоявшимся большим ученым», как бы глупо этот термин ни звучал. Они в состоянии понимать научную сущность получаемых в данной области исследовательской деятельности результатов. Они в состоянии распределять потоки необходимых средств проведения научной работы. Они не могут породить принципиально нового научного знания в области своей декларируемой специальности, но зато теперь, приступив к руководству научной работой, они могут совершенно честно страдать от того, что чрезвычайная загруженность (и это – правда!), и только она не оставляет времени для научного подвига, который мог бы обессмертить их имена. Материальную удовлетворенность руководящая деятельность обеспечивает. Поэтому такие руководители вполне честно и бескорыстно страдают от недоступности занятия собственной научной работой ввиду чрезвычайной загруженности управленческими заботами. Как правило, такие управленцы добросовестно отрабатывают взятые на себя обязательства и потому заслуживают уважения как к их высокой научной и управленческой квалификации, так и к искренности высоких намерений. Такие люди нужны научной работе и, следовательно, в конечном итоге, науке. Они обучены науке, они знакомы с научной работой, которой обучить нельзя (можно только ознакомить с прецедентами). Без них современная наука, требующая колоссальных кадровых, финансовых и материальных вложений, а также организационных усилий, просто не может существовать и развиваться.

Научные работники Михаил Борисович Пиотровский в его деятельности на посту директора Эрмитажа и Александр Михайлович Прохоров в его деятельности на посту президента Академии наук – организаторы науки. Выдающихся организаторов не науки, но научной работы, вышедших из среды научных работников уровня докторов наук, поименно называть неэтично. Они вполне заслужили доброй памяти как люди, внесшие вклад в науку – и пусть остаются таковыми. Но надо понимать, что за ними нет результатов, которым можно научить. В пределе – нельзя научить человека любой квалификации быть Лаврентием Павловичем Берия или Лесли Гровсом.

И уж подавно научной работой является неустанная проверка научных результатов, тех, которые надежно упакованы и лежат на складе науки. Речь идет, в частности, о границах применимости научных моделей явлений и, следовательно, о границах их непоколебимой адекватности. Кропотливая научная работа в том смысле, о котором мы так подробно говорили выше, позволяет выявить эти границы для того, чтобы наука могла шагнуть за них дальше, расширяя и углубляя наши представления о мире. Выявить – это научная работа, осознать и шагнуть вперед – наука. Честь одного и честь другого – равновелики. Но первое – это искусство умения, терпения и настойчивости, чему научить нельзя. Второе – проявление понимания, и научить ему можно.

2.3. Разделяй и властвуй

Итак, наука и научная работа – принципиально разные феномены. Но неразрывно объединенные научно-познавательной деятельностью человека. Проблема заключается в том, что общество на уровне коллективного бессознательного [10] «догадывается» насчет необходимости научности представлений о мире для своего выживания, то есть именно такие представления являются жизненно важными архетипами. Однако эти две грани неразрывного единства противоположны в сущности своей. Одна из них, наука, является результатом коллективной познавательной деятельности человечества. Поэтому она отличается надежностью, обобщенным характером понимания сущности наблюдаемых явлений, общедоступностью и принципиальной возможностью взаимопонимания людей в описании этих явлений. Последнее, в свою очередь, делает возможной трансляцию научных знаний, то есть, в конечном счете, науки в целом.

В отличие от этого научная работа, как было показано выше, является сугубо индивидуально-личностной формой деятельности. К тому же в отдельных своих аспектах – не всегда познавательной. Несомненно, опыт научной работы чрезвычайно ценен, но он в большинстве случаев связан с исследованием лишь конкретных явлений. Требуется репродуктивное ознакомление с большим объемом прецедентов или с большим числом деталей конкретного прецедента научной работы для того, чтобы соответствующий ее прием сам стал элементом научного знания.

Примерами в физике могут служить описания исследований Шарля Огюстена Кулона и Генри Кавендиша. Для измерения зарядов взаимодействующих тел Кулону пришлось сделать множество совершенно одинаковых сферических тел из сердцевины побегов бузины. Одинаковых – это значит заведомо имеющих одинаковые электрические свойства. Современному исследователю страшно даже подумать о потребовавшемся для этого адском труде методами того времени. Казалось бы, результаты этого труда были нужны только для исследования электростатического взаимодействия тел. Однако аналогичную работу пришлось, в частности, проделать Кавендишу с металлическими сферами при исследовании явления гравитации. Только здесь речь шла о гравитационных свойствах тел. На первый взгляд, эти фрагменты научной работы представляются разрозненными и чисто технологическими. Но, в сочетании с прецедентами других подобных опытов, они приводят к научному пониманию процедуры введения в физике меры определенного свойства тела через проявление этого свойства во взаимодействиях совершенно одинаковых тел.

В 1784 году Кулон использовал крутильные весы при исследовании электростатического взаимодействия тел для того, чтобы исключить в этом исследовании влияние притяжения тел Землей. Неясно, не сделал ли это раньше Кавендиш. Но вот в 1798 году уж точно Кавендиш воспользовался такими весами для измерения средней плотности Земли. И теперь крутильные весы прочно вошли в арсенал экспериментальной физики. Науке безразлично, при помощи каких весов получен удовлетворяющий ее требованиям результат. Но найденное в результате научной работы удачное аппаратурное решение привело к созданию достаточно универсального прибора, который может быть использован в широком круге физических экспериментов. Например, при исследовании Петром Леонидовичем Капицей сверхтекучести жидкого гелия [3].

Таким образом, результаты собственно научной работы, будучи освоенными и систематизированными, становятся устойчивой составляющей инструментария научного подхода к исследованию явлений. Это, как ни парадоксально, создает принципиальную возможность в цивилизационно необходимой трансляции такого подхода выделять из нетранслируемого множества прецедентов научной работы инструментально оформившиеся философские и аппаратурные методы, ставшие неотъемлемой частью научно-познавательной деятельности, обеспечивающие обоснование смысла и надежности транслируемых научных результатов. И потому являющиеся частью научного знания, частью науки.

Но в таком случае передача деталей указанных методов должна быть строгой и достоверной, иначе репродуктивно транслируемые научные результаты будут восприниматься как необоснованные и потому не подлежащие присвоению и усвоению. Негативным примером могут служить нелепые иллюстрации экспериментов в современных школьных учебниках физики.

Соотношение науки и научной работы может быть проиллюстрировано следующей схемой.

Рис. 2.1. Схема, иллюстрирующая взаимосвязь науки и научной работы

Итак, подведем итоги.

1. Научное знание отчуждено от своих создателей, неэмоционально и безлико. Именно поэтому возможна его трансляция, порождающая однозначное взаимопонимание субъектов познавательной деятельности и возможность практического приложения научного знания к реализации социально значимых процессов.

2. Научная работа является глубоко индивидуально-личностной и потому принципиально субъективно окрашенной формой познавательной деятельности. В связи с этим ее сущность и детали, в том числе – мотивационный аспект, не могут быть переданы в процессе обучения. Более того, такие попытки могут привести к психологическому блокированию у обучающихся инициативных и творческих подходов к научной работе.

3. Разработанные в процессе научно-познавательной деятельности, инструментально оформившиеся в результате научного обобщения прецедентов философские и аппаратурные методы, приемы и способы могут сами стать элементами научного знания и, соответственно, предметами изучения и обучения.

4. Обобщенная человечеством вплоть до отчуждения от человеческого и, тем более, от конкретных проявлений конкретного человека наука с ее научными результатами и глубоко человеческая и человечная научная работа совершенно равноценны и равнопочетны в деятельностных проявлениях. Они неразрывно связаны, и эта связь может быть реализована в деятельности как одного человека, так и разных людей, в том числе – их групп.

Возвращение обществу физики как элемента общечеловеческой культуры возможно только путем трансляции этому обществу ее научной сущности. Ввиду принципиальной простоты физических моделей именно физика в системе образования и вообще в представлениях людей является важнейшим носителем структуры научного мышления и научно-познавательной деятельности. Поэтому, рассмотрев далее природу и содержание этой структуры, мы перейдем к рассмотрению ее реализации именно в физике.

Литература к главе 2

1. Бартон, В. Рост кристаллов и равновесная структура их поверхностей [Текст] / В. Бартон, Н. Кабрера, Ф. Франк // Элементарные процессы роста кристаллов. – М.: Мир, 1959. – С. 11—109.

2. Илларионов, С. В. Теория познания и философия науки [Текст] монография / С. В. Илларионов. – М.: «Российская политическая энциклопедия» (РОССПЭН), 2007. – 535 с.

3. Капица, П. Л. Эксперимент, теория, практика [Текст] / П. Л. Капица. – М.: Наука, Главная редакция физико-математической литературы. – 1981. – 496 с.

4. Маклаков, А. Г. Общая психология [Текст]. Учебник / А. Г. Маклаков. – СПб.: Издательство «Питер», 2001. – 592 с.

5. Новоженов, Ю. И. Филетическая эволюция человека [Текст] / Ю. И. Новоженов. – Екатеринбург, 2005. – 112 с.

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

7. Фролов, А. А. Огранение кристаллов силицидов и германидов при выращивании из расплава [Текст] / А. А. Фролов // Рост кристаллов, том 17. – М.: Наука, 1989. С. 216—237.

8. Фролов, А. А. Соотношение алгоритмизации и эвристики при формировании и трансляции научного знания [Текст] / А. А. Фролов, Ю. Н. Фролова // Образование и наука. – 2007. – №5 (47). – С. 11—21.

9. Фролов, А. А. Язык, закон, задача в курсе физики средней школы [Текст]: учебно-методическое пособие для учителей и учащихся старших классов / А. А. Фролов. – Екатеринбург: Банк культурной информации, 2003. – 96 с.

10. Юнг, К. Г. Архетип и символ [Текст] / К. Г. Юнг. – М.: Ренессанс, 1991. – 304 с.

Глава 3. Алгоритмическая структура научного мышления

На стенах школьных кабинетов физики и вузовских аудиторий висят портреты людей, чаще всего пожилых, в буклях или стоячих воротничках. Ну, иногда – в тогах. Они сурово взирают на обучающихся. Они – великие. Что-то там открыли, и теперь остальные почему-то должны это учить. Прямо-таки наизусть, потому что остальным не дано открывать и быть великими. Эта избранность всегда меня смущала. Что же такое было в головах у великих, если они с такой легкостью открывали невидимые дверцы и доставали оттуда величины, законы и решения? К университету непонимание стало нестерпимым. Появились первые подозрения, что не в одной физике чудят такие загадочные личности. И что, наверное, есть что-то общее в ходе их мыслей. Тем более, что некоторые из «открывателей» много чего понатворили в разных отраслях науки. Похоже, вся наука устроена определенным образом и имеет структуру, отраженную в способе мышления. Или какой-то определенный способ мышления отражается в структуре научного знания и метода его формирования. Но тогда возникает крамольная мысль: значит, эту структуру можно выяснить и, пользуясь ею, совершать научные подвиги не хуже великих. Вот и займемся выяснением.

Во второй главе книги мы пришли к тому, что наукой называется система постоянно развивающихся знаний о реальном окружающем мире и внутреннем мире человека. Для того, чтобы знания постоянно развивались, необходимо, чтобы и они сами, и способы их добывания, обработки и практического применения становились достоянием всего общества, то есть всей человеческой популяции. Здесь необходимо напомнить, что знания есть следствие познавательной деятельности человека именно в популяционном смысле, на популяционном уровне. В какой-то мере аналогом этой ситуации была история развития хоккея в нашей стране. В хоккей играли все – от мала до велика, во дворах и на стадионах – кто с фирменной клюшкой, кто с выломанной в сквере изогнутой палкой. И сборная страны стала знаменитой, великой, непревзойденной «Красной машиной». Сейчас же играют только избранные и только в приличных секциях – мастера есть, а машины нет. Одни велосипеды. Уровень задан, а развивать некому. Вот и ждите, Демокрит с Левкиппом, прихода Ломоносова… сотни лет. Знание распределено в обществе, рабовладельческое оно или коммунистическое. Только характер распределения разный, а природа – одна.

Следовательно, перед обществом возникли как минимум две задачи. Во-первых – решить, что именно нужно транслировать на все человечество в первую очередь. Человечество решает эту задачу на уровне коллективного бессознательного, путем больших и малых проб и ошибок, совершаемых отдельными людьми или какими-то группировками. Чем мельче становятся со временем пробы и ошибки, тем точнее мы узнаем, что транслировать. Хотя узнаем порою с опозданием и очень дорогой ценой. Во-вторых – обществу необходимо решить, какими средствами и способами знание транслировать. С тем, чтобы обеспечить результат популяционного масштаба.

В решении этих задач чрезвычайно важную роль играет наличие у науки уже упомянутой структуры, отражающей структуру научно-познавательного мышления и вообще научно-познавательной деятельности. Чем четче проявляется структурированность знания, тем более оно готово к трансляции и тем приоритетнее для нее. Поэтому для обсуждения физики как отрасли науки, в которой наиболее ярко проявляются простота и красота научного подхода к видению мира, необходимо представить и понять исторически сложившуюся последовательность этапов такой деятельности. То есть как она складывалась, почему сложилась в современном виде и что это за вид. Конечно, на математическом или, по крайней мере, математизированном уровне понимания. Так уж надежнее и технологически воспроизводимее. В сущности, основой любой адекватной трансляции может быть только математика того или иного уровня сложности. Здесь имеется в виду принцип, сформулированный мне в ходе коррекционных занятий одним учащимся шестого класса: «Математика – это язык, язык – это математика». С этим трудно не согласиться. Однако надо отметить, что если первое утверждение, дословно повторяющее высказанное Ф. Бэконом, несколько метафорично, то второе, обратное, надо понимать буквально. Возникновение знаковых систем в процессе построения движений [2] в принципе математично, и это возникновение, по-видимому, можно рассматривать как один из первичных этапов собственно возникновения и развития математики. Вне зависимости от того, осознаем мы именно эти, первичные, этапы или не осознаем. Вырастающие из этого математические описания явлений разного уровня сложности могут приобретать различные конечные формы. В том числе – речевые. Необходимо понимать, что при серьезном научном анализе описания явлений, которые мы относим, например, к «гуманитарным», требуют математического обеспечения, несравнимо более сложного, нежели имеющегося, например, у физика-теоретика.

Адекватная трансляция чего угодно вне языка как знакового средства общения между людьми невозможна. Таким образом, транслировать надо, в первую очередь, структуру научно-познавательной деятельности, причем на математически обеспеченном процессуальном уровне.

С другой стороны, трансляция научного знания и средств его формирования имеет целью развитие у отдельных членов общества научно-познавательного мышления. И, как следствие, на статистическом уровне – становление у общества в целом научно-познавательного подхода к восприятию мира и его преобразованию. Это означает, что нам необходимо выявить конкретный вид современного представления о структуре процесса научно-познавательного мышления и понять динамику этого процесса. Корректное воспроизведение такой динамики должно обеспечить столь важную для нас трансляцию процессуальной структуры научно-познавательной деятельности. Следовательно, обеспечить обучение субъектов познавательной деятельности самостоятельному получению научного знания о мире, прежде всего – в области простейших модельных представлений о нем. То есть, математических и строящихся на их основе простейших представлений любых научных дисциплин. И, после математики, в первую очередь – физики как наиболее наглядной в отношении модельных представлений исследуемых явлений. В связи с этим необходимо понять, «как думает» физика и как должны думать физики, чтобы быть физиками.

3.1. Продуктивный характер научного мышления

Под мышлением принято понимать процесс познавательной деятельности, при котором субъект оперирует различными понятиями, образами, ассоциациями, обобщая, классифицируя и структурируя их. В этом процессе познавания мира и трансляции людьми друг другу средств и результатов познавания мы в операциональных проявлениях сталкиваемся с двумя видами мышления.

Практическое мышление – это «процесс мышления, совершающегося в ходе практической деятельности. В отличие от теоретического мышления, направленного на решение отвлеченных теоретических задач, опосредованно связанных с практикой, практическое мышление включено в решение практических задач» [4, С. 316]. В ходе такого процесса не ставится задача создания новых методологических средств, которые можно переносить в принципиально иные ситуации, в том числе – передавать другим людям.

При реализации практического мышления в его чистом виде неопределенными (следовательно, неизмеримыми) и непередаваемыми (поскольку неизмеренными) оказываются его главные элементы: сам предмет трансляции; уровень и качество его понимания транслятором; восприятие и качество усвоения обучающимся. Блестящим примером практического мышления я считаю следующий. Однажды к воротам моей усадьбы (а я живу в лесу) подъехал на квадроцикле знакомый. Человек с недюжинной изобретательностью, предприниматель и носитель так часто упоминаемого ныне «инженерного мышления». То есть могущий самостоятельно построить вездеход или неузнаваемо модернизировать в нужном направлении какую-нибудь другую технику. И вот мы решили все наши дела, и я провожаю его к немолодому квадроциклу. А тот отказывается заводиться. Тогда товарищ запускает руку в недра двигателя, уставившись в пространство, некоторое время роется там, выдергивает какой-то проводок и, не глядя, кладет его в карман. Квадроцикл успешно заводится с первой попытки и радостно ревет. Пораженный, я спрашиваю: «Что это за проводок и почему ты его удалил?» И получаю ответ: «Не знаю… просто так надо было сделать».

Представление о «продуктивности» мышления связано с получением в результате мыслительной деятельности определенного продукта, который может быть в дальнейшем осознанно преобразован и/или передан другим людям. Как, например, пакет молока. Продуктивное мышление обычно отождествляется с творческим – «связанным с решением проблем: новых, нестандартных для субъекта интеллектуальных задач» [4, С. 316]. Полагаю, что такое отождествление неверно: творческие решения характерны и для практического мышления, что проявляется, в частности, в деятельности политиков, государственных деятелей, полководцев [8]. А история с квадроциклом? Это ведь явно творчество! Кроме того, «творческих деятельностей просто не бывает. Известно, что в так называемых творческих профессиях есть как художники, так и ремесленники» [3, С. 191]. Данное высказывание Д. Б. Богоявленской явно направлено против деления мыслительной деятельности на творческую и нетворческую: мышление, как процесс создания моделей, в которых мы отражаем мир, уже в любом случае творчество. Поэтому продуктивное мышление отличается от практического возможностью передачи и процесса такого творчества и его результата другим мыслящим существам как продукта деятельности. Вне трансляции результат продуктивного мышления может маскироваться под результат практического. Если полководец помалкивает о том, как он пришел к решению, это не означает его практического мышления. А вот практическое под продуктивное не замаскируешь. Разве что в школьном образовании.

Общий характер основ продуктивного мышления при всей индивидуальности его личностного содержания и проявлений безусловно обязывает к понятийному характеру трансляции. Трансляцию следует понимать как обсуждение с другими людьми (да и вообще мыслящими существами) процесса и результатов мышления индивидуального или коллективного субъекта этой деятельности и вытекающих отсюда практических действий. А согласно одному из возможных определений понятия – оно есть единица знания о наиболее общих, существенных и закономерных признаках явлений. Это означает необходимость понятийного обеспечения коммуникации субъектов мыслительной и, тем более, познавательной деятельности. Поскольку продуктивное мышление, при котором сама мысль является продуктом, опирается как на предметную деятельность (то есть на осуществление субъектом воздействий на материальные объекты в окружающем мире), так и на средства языка, понятийное мышление – это всегда осознанное вербализованное мышление. Согласно А. Р. Лурии [6, С. 310], операция продуктивного мышления сводится к тому, чтобы усвоить логическую систему, заключенную в речевом сообщении или в силлогизме, и чтобы сделать научный логический вывод, исходя из сформулированных в силлогизме отношений. Этот вывод «однозначно определяется алгоритмом (системой операций), заключенным в силлогизме». А воспроизводимое и транслируемое достижение выводов нужно для того, чтобы в конечном итоге надежно обеспечить адекватность практического взаимодействия с окружающим миром, традиционно называемого «предметной деятельностью».

Творческое мышление не обязательно является понятийным. Продуктивное понятийно в обязательном порядке. Теоретическое мышление, являясь продуктивным, методологично в своей сущности. Эта методология лежит в основе любого научного исследования и, в первую очередь, физического. Последнее утверждение обосновывается уже отмеченной наглядностью физического мышления в отношении модельных представлений исследуемых явлений.

Здесь нельзя не коснуться одного важного обстоятельства. Речь идет о соотношении практического и продуктивного мышления в интеллектуальной деятельности профессионального научного работника. Очень часто говорят о непонятности и непознаваемости путей, которыми научный работник приходит к «озарению». Во-первых, озарение – очень редкое явление, и если уж оно и проявляется, то исключительно в связи с выделением из мира, из потока сознания необычного явления. Или необычного выделения привычного явления. А дальше – кропотливая системная пошаговая работа без всяких озарений, являющаяся уделом успешных профессионалов. Например, Ньютона, без устали работавшего, погрузив ноги в таз с холодной водой. Во-вторых, «озарение» всегда касается лишь деталей какого-то из шагов осознанной познавательной деятельности. Как все те же кварцевые нити Петра Леонидовича Капицы.

Совершенно очевидно, что даже для просто выживания человека его мозг должен быть в состоянии обеспечивать выполнение законченных последовательностей некоторых действий. Это, в частности, следует из работы Н. А. Бернштейна «О построении движений» [2], посвященной биомеханике и физиологии движений. То есть мозг в любом случае самостоятельно строит программы мышления различной сложности. Такие программы, в отсутствие направленного социального воздействия – обмена достижениями в области продуктивного мышления – чаще всего фрагментарны и обеспечивают лишь отдельные реакции и их адекватность реальным ситуациям. Эти программы не осознаются, и отсюда представление об «озарениях» различного масштаба в случаях успешного решения возникающих перед человеком задач. Так работает практическое мышление в определенном выше его смысле. Надо отметить, что преимущественно такое мышление характерно для подавляющего большинства людей. Вряд ли можно найти человека, не произносившего ключевой фразы: «Знаю [понимаю], но сказать не могу». «Знаю, но сказать не могу» – это формула уклонения от ответа по различным причинам, включающим в себя и непонимание. «Понимаю, но сказать не могу» – может быть декларацией субъекта о владении невербализуемой информацией.

Практическое мышление, обусловленное случайными комбинациями фрагментарных программ, делает такое мышление «в чистом виде» недостаточным даже просто для выживания и уж, тем более, успешной жизни. Поэтому социальная форма существования личности, требующая согласованности действий на основе обмена информацией, с необходимостью приводит к появлению продуктивной составляющей мышления. Доля такого вклада различна у разных людей, но, по-видимому, для большинства она достаточно мала. Более того, этот вклад в процессе развития личности чаще всего в конечном итоге оказывается узко специализированным. Отсюда и хорошо известная общежизненная неприспособленность многих выдающихся специалистов, решающих свои задачи за пределами профессиональной деятельности на основе практического мышления. Вытекающая из сказанного выше неприспособленность большинства людей к общей жизни маскируется социальными представлениями, уходящими корнями в локальные проявления эволюционного процесса. Этот аспект требует отдельного исследования и выходит за рамки настоящей книги.

Однако эволюционное развитие продуктивного мышления, необходимого для выживания вида, привело к его формированию у определенной части людей на уровне преимущественного. По достаточно произвольным оценкам, концентрация в обществе людей, мышление которых является наиболее полно продуктивным, составляет от 10—4 до 10—5. Это значит, что таких людей приходится от единицы на десять тысяч до единицы на сто тысяч представителей вида. Не густо. Эта концентрация на уровне коллективного бессознательного контролируется обществом в целях сохранения его устойчивости. Станет меньше – в пещеры. Больше – опасно снизится управляемость. Но факт остается фактом: такие люди есть, и они в своем мышлении отчетливо проявляют его структурированную продуктивность. Как сложилось, сформировалось мышление таких людей в известных случаях – непонятно. Слишком много случайных факторов. И уж точно: если здесь как-то и замешана генетика – то далеко не в первую очередь [14].

У людей с так или иначе сформированной и устоявшейся структурой продуктивного мышления она начинает работать в автоматическом режиме – на других, более высоких скоростях и без «выдачи промежуточных отчетов». При решении практических задач это выглядит как проявление практического мышления. Однако это есть не что иное, как определенная «свертка» продуктивного мышления, представляющая собой эффективную упаковку его во времени за счет увеличения скорости протекания процессов на уровне подсознания. Можно предположить, что формирование программы продуктивного мышления осуществляется преимущественно левым полушарием мозга, а систематическое функционирование «отлаженной» программы – правым. По-видимому, именно с такой ситуацией мы сталкиваемся, пытаясь анализировать мышление систематически успешных полководцев, предпринимателей, изобретателей и иных ярких представителей высокоскоростного эффективного преобразования результатов мышления непосредственно в практику.

Научное мышление характеризуется осознанностью, последовательностью, адекватностью действительности (выраженной в появлении в результате научного мышления адекватных моделей) и неотвратимостью завершенности его процесса. А эти условия могут осуществляться и контролироваться исключительно в режиме продуктивного мышления.

3.2. Алгоритмичность мышления

В процессуальном отношении важно понимать природу этапов научно-познавательной деятельности и их последовательности. Последовательность логически связанных между собой действий ассоциируется у нас с алгоритмом. Большинство людей не задумывается особенно о том, что же такое алгоритм. Алгоритм можно определить как точное описание последовательности элементарных операций, связанных между собой необходимыми, существенными, устойчивыми и воспроизводимыми причинно-следственными связями, системно обеспечивающими неотвратимое достижение поставленной цели [9, С. 16]. Поскольку в основе научно-познавательных действий лежит, как мы выяснили, продуктивное мышление, последовательность этих действий должна определяться алгоритмом данного вида мышления. То есть продуктивное мышление должно быть в принципе алгоритмизировано, по крайней мере, в своих «верхних этажах», определяющих структуру деятельности. Тогда все понятно и, изучив структуру продуктивного мышления, мы заведомо сможем использовать ее при решении любой познавательной задачи, не говоря уже о физической, как наиболее простой.

Для уверенности в алгоритмичности продуктивного мышления необходимо ответить на три вопроса. Первый: как развивается структура продуктивного мышления по мере усложнения мыслительных действий (уровней формирования движений по Н. А. Бернштейну)? Второй: с какого момента процесс мышления становится алгоритмичным (и, следовательно, транслируемым)? Третий: каковы структуры процессов реализации важнейших этапов (шагов) алгоритма продуктивного мышления (научно-познавательной деятельности)?

Для ответа на первый вопрос целесообразно обратиться к представлениям Н. А. Бернштейна об уровнях формирования движений [2]. В сущности мышление и неразрывно связанная с ним речь [5] представляют собой высшие уровни двигательного нервного процесса. Рефлекторное кольцо [1, С. 48] есть модельное представление структуры протекания конкретного двигательного процесса, хранящейся в памяти нервных структур организма. В феноменологическом подходе каждому рефлекторному кольцу соответствует элемент опыта [11, С. 103]. С использованием аппарата теории множеств нам с А. Г. Гейном, А. И. Дорониным и А. А. Слепухиной удалось показать, что тематические подмножества элементов опыта, понятия и донаучные (обыденные) модели объектов соответствуют совокупности рефлекторных колец, вызываемых из памяти в ответ на сигнал и, следовательно, нижнему уровню формирования движений по Н. А. Бернштейну. Здесь следует отметить, что донаучная модель не может носить физического характера, поскольку она многофакторна, а потому сложна.

Если же «первичной» совокупности колец недостаточно для реакции, то происходит вызов из памяти «вторичных» совокупностей колец. То есть вызываются все совокупности колец, связанные с кольцами из «первичной» совокупности, следующими за кольцами, максимально соответствующими сигналу, в порядке убывания уровня соответствия. Эти вторичные подмножества возникают одновременно и пересекаются с первичным. Необходимо рассматривать сразу все пересечения тематических подмножеств элементов опыта. Такое математическое описание соответствует уровню B по Бернштейну (уровень синергии). В феноменологическом подходе это не что иное, как описание концепта. Концепт – множество элементов опыта, объединенное совокупностью представлений, понятий, знаний, ассоциаций и переживаний, сопровождающей определенное слово. Важно подчеркнуть, что, вводя математическое выражение концепта, мы получаем возможность рассмотреть его сущность и происхождение (процесс формирования).

В том случае, если и сформированного концепта оказалось недостаточно для решения задачи, делается вывод о ее сложности и необходимости решения на более высоком уровне. Представляется разумным следующее предположение. Пересечения тематических подмножеств множества элементов опыта в составе концепта флуктуируют около некоторого значения своей мощности. Кроме того, количество элементов опыта в каждом подмножестве (и, следовательно, в пересечениях) изменяется во времени. В какой-то момент времени конкретный концепт оказывается наиболее соответствующим задаче ввиду достижения мощности суммы пересечений, необходимой для выбора решения в точке бифуркации. Этот вариант концепта запечатлевается, а остальные варианты подавляются в соответствии с принципом доминанты. Анализ рассогласования выбранной реакции и достигнутого результата приводит к формированию описанным способом нового, уточняющего (корректирующего реакцию) концепта. Указанный выше флуктуационный механизм обеспечивает конкретное состояние концепта, позволяющего уточнить результат выбора реакции. Таким образом, достаточно сложная реакция итерационно оптимизируется. Это позволяет предположить возможность возникновения на данном уровне (третьем, С, по Н. А. Бернштейну) праалгоритмических структур. Движения уровня С по Бернштейну можно охарактеризовать как «переместительные», связанные с «владением пространством». Поэтому соответствующее мышление можно охарактеризовать как практическое, то есть непосредственно реализуемое в практической деятельности. Закономерность формирования праалгоритмических структур мышления является основой возможности, при дальнейшем развитии, осознания и трансляции таких последовательностей мыслительной деятельности. Это надо понимать как общность алгоритмической основы и практического, и продуктивного мышления. То есть праалгоритмы, несомненно, являются нижними уровнями развития продуктивного мышления, возникающими достаточно рано, непосредственно сразу за формированием понятий (обыденных моделей) и концептов.

По-видимому, принципиальное отличие праалгоритма от алгоритма состоит в следующем. Формирование праалгоритма представляет собой процесс поиска последовательности операций, необходимой для решения задачи при затрудненности выбора решения, обусловливающего движение, на уровнях понятия или концепта. Такая последовательность является достаточно «нежесткой», поскольку для данного уровня формирования «переместительных» движений характерно различие индивидуальных приоритетов в системе целей решения. Возможно, что именно на этом уровне мы, например, выбираем для решения данной задачи приоритетность физического описания наблюдаемого движения при помощи величины «путь» или же величины «перемещение». «Нежесткость» структуры праалгоритма определяется возможностью произвола в выборе необходимости и существенности причинно-следственных связей между его шагами из некоторого спектра возможных. Устойчивость и воспроизводимость связей, по-видимому, пока не столь важны или, по крайней мере, еще не полностью определены. Это указывает, в частности, на то обстоятельство, что формирование праалгоритма происходит на уровне все еще обыденной, донаучной модели. И, скорее всего, за пределами разрешающей способности сознания в плане выбора деталей этого формирования.

Алгоритм, в отличие от праалгоритма, представляет собой, в соответствии с определением, «жесткую» структуру. Формирование алгоритма происходит уже в научной модели самого процесса мышления. В частности, причинно-следственные связи между шагами уже отчищены и выверены социальной практикой мышления до уровня единственности. Поэтому, естественно, алгоритм отражает последовательность действий, которая может быть осознана как в своей структуре, так и в содержании действий каждого шага. Применительно к физике в основе взаимопонимания занимающихся ею людей лежат именно алгоритмы – введения определений физических понятий, введения физических величин, установления законов, решения физических задач.

Все сказанное выше позволяет предположить, что мышление приобретает алгоритмический характер уже на «самых нижних этажах», как только из мира (а фактически – из потока сознания) выделен объект осмысления на уровне общности представлений о нем, достаточной для построения логического условия решения задачи. Вне зависимости от осознаваемости этого условия на данном уровне формирования движения (в широком бернштейновском смысле слова).

Отсюда и ответ на второй вопрос о моменте начала алгоритмичности процесса мышления и возможности трансляции структуры этого процесса и модельной сущности содержания его результатов. Надо отметить, что жесткая алгоритмичность и возможность неискажающей трансляции возникают одновременно. Это обстоятельство чрезвычайно важно при решении задач: осознание условия задачи, процесс решения и его результат на уровне функционирования мозговых структур одновременны. И только при их анализе они разделяются во времени, образуя привычную для нас последовательность.

Что касается третьего вопроса – структуры процессов реализации важнейших шагов алгоритма продуктивного мышления в целом – эти структуры формируются на основе осознания их алгоритмической сущности. Дело в том, что они основываются на запечатленных в памяти выбранных пересечениях множеств, которые корректируются в процессе деятельности, в том числе на уровне эволюции. Примером может служить рассматриваемый в следующей главе эволюционно сложившийся к настоящему времени классификационный подход, обеспечивающий формирование определений понятий в рамках таксономической лингвистики. Понимание в строгом смысле этого слова – процесс или результат осмысления сущности явления. Понимание может быть достигнуто исключительно на понятийной основе, тем глубже и тем стремительнее, чем более глубокие уровни алгоритмичности нам удается осознать. Так, выделение явления из мира (точнее, из собственного потока сознания субъекта мыслительной деятельности) является самым первым шагом алгоритма познавательной и, в частности, научно-познавательной деятельности. Завершение исполнения этого шага – введение определений необходимых понятий – также алгоритмично в своей сущности. Но и в этом алгоритме определенные шаги (например, отнесение изучаемого явления к классу явлений) также исполняются заведомо алгоритмически. Прекращение осознания алгоритмов процесса мышления по мере углубления в истоки этого процесса вовсе не означает отсутствия алгоритмов. Просто разрешающая способность нашего сознания в конкретных актах мышления ограничена. Можно достаточно уверенно предположить, что широкое и глубокое осознание алгоритмов мыслительной деятельности дисциплинирует разум, обеспечивая бесперебойную работу мышления, в том числе и на глубинных, стартовых уровнях. Здесь, в частности, имеется в виду организация вызова из памяти. Если информация «уложена» в памяти в соответствии с алгоритмическими принципами работы мозга, то и извлекается она в соответствии с теми же принципами – легко и просто.

Наконец, даже высокие профессионалы, такие, как А. Р. Лурия, полагают алгоритм чем-то все же «внешним», заданным и жестким. Это не так. Жесткой в алгоритме является только последовательность шагов. Исполнение же каждого из них происходит в соответствии с алгоритмами других, более глубоких уровней, в способах реализации своих шагов носящими все более личностный, индивидуальный характер. Достаточно вспомнить флуктуационное построение праалгоритма – это ведь поисковый процесс! Ну и, безусловно, надо постоянно помнить о том, что в процессе восхождения к «верхним этажам» продуктивного мышления, к реализации его крупноблочного алгоритма, каждый раз, в каждом законченном акте осмысления проходится весь цикл – начиная с появления сигнала и вызова из памяти тематического подмножества. И качество мышления, разумеется, зависит от отлаженности этого процесса для конкретной личности. Отлаженность означает наличие обратной связи, контролирующей направленность срабатывания алгоритмов «нижних уровней» со стороны эволюционно сложившегося на сегодняшний день общего алгоритма научно-познавательной деятельности.

Ну а эвристика… Обыденное сознание традиционно противопоставляет эвристический подход алгоритмическому. Для модели «чисто эвристического» подхода характерен «перебор всех вариантов построения решения без наличия какой-либо направляющей, принципиально важной идеи» [4, С. 612; 9]. Справедливость и, тем более, точность этого практически определения спорна, как минимум, по следующей причине. «Решение», разумеется, относится к задаче. А задачу можно считать поставленной только в том случае, если содержание ее условия понятийно обеспечено на уровне определений. Но в таком случае необходимо принять во внимание то обстоятельство, что так называемая «формула изобретения» есть не что иное, как частный случай алгоритма введения определения понятия. А это означает, что «перебор вариантов» в любом случае осуществляется в соответствии с определенной «направляющей идеей», в роли которой выступает указанный алгоритм. Так что «перебор вариантов» происходит только в рамках определенного шага алгоритма, а это уже совсем другое дело. В принципе, возможность эвристичности зарождается, по-видимому, при сугубо индивидуально-личностном вызове из памяти тематических подмножеств рефлекторных колец. Однако до выявления в осознании эвристического результата мышления еще далеко. В силу сказанного выше в этом разделе книги, даже скрытые разрешающей способностью сознания конкретного субъекта мыслительной деятельности ее фрагменты алгоритмичны или, по крайней мере, праалгоритмичны. Только в случае «чисто эвристического» подхода направляющая эту алгоритмизированную деятельность обратная связь с «главным», «конечным», алгоритмом нарушена. Главным образом, из-за его незнания и непонимания. Тогда вместо завершения акта мыслительной деятельности мы имеем дело с обрывом негодных (вследствие ненаправленности) алгоритмических цепочек «нижних уровней» и начинанием процесса каждый раз заново с первых шагов. Сизифов труд, чрезвычайно непродуктивный и чреватый пагубными последствиями как для решения задачи, так и для его субъекта. Последовательное представление развития «направляющей принципиально важной идеи» есть алгоритмизированная операция, обеспечивающая необходимый «скелет» эвристической деятельности [4, С. 612; 9]. Таким образом, алгоритмические и эвристические мыслительные операции, направленные на решение конкретной творческой задачи, неразрывно связаны между собой [9]. Причем связаны именно алгоритмическим характером процесса мышления вообще и наличием корректирующей отрицательной обратной связи в развитии системы алгоритмов последовательно усложняющихся уровней.

Легендарный вопль «Эврика!» был связан не со склонностью любителя ванн к озарениям непонятного происхождения, а с отлаженностью процесса научно-познавательного мышления научного работника, уже имевшего большой опыт алгоритмического решения физических и математических задач.

3.3. Развитие продуктивного мышления как эволюционный процесс

С появлением вида «человек разумный» его выживание сразу же оказалось в прямой зависимости от обмена результатами мыслительной деятельности.

Мозг неандертальца был гораздо больше нашего. Но был очень неорганизован и запутан. Вот и вымерли, потому как не получалось с адекватностью, тем более – с обменом этой адекватностью. Ведь чтобы выжить такому сложному и поэтому уязвимому виду, как человек, нужно уметь договариваться, то есть передавать друг другу свои мысли в качестве продукта. Это значит – владеть продуктивным мышлением. Под передачей следует понимать как оформление результатов собственного мышления в виде, пригодном для передачи (останавливаясь на этом), так и сам процесс передачи этих результатов другим людям. Ньютон и Гаусс не заботились специально (внимание – специально!) о том, чтобы продукт их научной мыслительной деятельности был доступен другим. Но, фиксируя эти собственные результаты для себя, для обеспечения процесса своей научной работы, великие не имели другой возможности кроме надлежащего знакового (языкового) оформления своего продукта. Свои работы Ньютон, не занимаясь сам преподаванием, начинал разделом «введем необходимые определения». И ведь вводил! И законы формулировал. И задачи решал. То есть создавал продукт. Там, у себя, за забором своего лордовского имения. А потом приходили другие, которые не могли получить таких результатов, как Ньютон. И несли заготовленные Ньютоном продукты в массы. Для того, чтобы каждый мог (в принципе) научиться готовить такие же продукты, как и Ньютон, но свои собственные. А потом приходили еще другие, и тоже не Ньютоны или Гауссы. И вот эти другие со слов и знаков великих видели не только их результаты, но и процесс получения этих результатов. И, удивленные единством структуры такого процесса, стремились нести в массы уже ее, эту структуру. Для того чтобы каждый не ломал голову над самостоятельным извлечением умений и навыков научной интеллектуальной деятельности из трудов безразличных к трансляции великих, а получал структуру этой деятельности тоже как продукт, готовый для применения. Чтобы быть вооруженным и успешным в деятельности, выбранной для самореализации. И вот все это объединяется продуктивным мышлением – и получение результата и его трансляция. В итоге мы приходим к рассмотрению некоторой модели – в данном случае продуктивного мышления, – в которой существенным фактором является транслируемость.

Мышление возникло в процессе эволюции человека как адаптационный механизм. Естественный, в сущности, отбор привел к введению этого механизма в человеческую культуру трансляции на уровне социального системообразующего фактора. Передавать такой механизм можно тоже только как продукт, поэтому в порядке обратной связи затрудненность организации продуктивного мышления у неандертальцев привела к кроманьонскому эволюционному выбору.

Есть такой вид эволюции, который называется «филетической эволюцией» (от греческого phyle – род, племя). Она происходит в деталях, не образуя дочерних видов. И задача ее – дать популяции выжить путем приспособления к новым условиям. Если надо – создав новую популяцию «внутри» вида. Филетическая эволюция человека [7] отличается тем, что, наряду с адаптационными изменениями соматического характера, происходят изменения и в мышлении человека. Сущность филетической эволюции процесса мышления современного человека состоит в формировании продуктивной составляющей этого процесса в результате направленного образовательного влияния на уровне коллективного бессознательного. При этом граница между социально-психологическими состояниями, обусловленными различием в успешности такого формирования, достаточно резка, хотя и допускает исключения (ввиду все той же социальности).

Конец ознакомительного фрагмента.

Текст предоставлен ООО «Литрес».

Прочитайте эту книгу целиком, купив полную легальную версию на Литрес.

Безопасно оплатить книгу можно банковской картой Visa, MasterCard, Maestro, со счета мобильного телефона, с платежного терминала, в салоне МТС или Связной, через PayPal, WebMoney, Яндекс.Деньги, QIWI Кошелек, бонусными картами или другим удобным Вам способом.