Физика: Зачем и какая?

Приведенные строки можно считать эпиграфом ко всему переживаемому Россией периоду и к состоянию образования в частности. Перефразируя слова из другой мудрой книги, можно сказать: прошло время разбрасывать камни, настало время их собирать. Прежде всего нужно осознать, что мы теряем то естественнонаучное образование, которым могли гордиться и которому завидовали ОНИ. Хотя заявленная цель реформирования образования – формирование «гуманистической» личности – не может быть поставлена под сомнение, осуществляемый «революционный» путь более чем спорен. В течение всего прошлого века в России именно гуманитарные науки «деформировались» в наибольшей степени – и в части содержания, и методов преподавания, и целей. Делать эти дисциплины «точкой опоры» реформы образования не менее утопично, чем было Святогору-богатырю пытаться поднять Землю (финал хорошо известен – былинный герой увяз в земле по плечи).

Тенденция к синтезу «исконно» гуманитарных и естественных областей научного знания была заложена нашим великим соотечественником В.И.Вернадским, развившим идею ноосферы. Большой вклад в развитие этой тенденции со стороны естественных наук внес И.Пригожин – бельгийский физик русского происхождения, нобелевский лауреат, специалист в области неравновесной термодинамики. Согласно его взглядам, любая сильно неравновесная система, будь-то общество в состоянии революционной ситуации или раствор в состоянии пересыщения, может быть описана аналогичными терминами и подчиняется одним и тем же законам. С другой – гуманитарной – стороны, следует отметить Л.Н.Гумилева, который ввел в научное обращение среди историков и этнографов такие термины, как энергия, инерция, энтропия и т.п. [1]. Поэтому априори «гуманизация» образования в целом и создание гуманитарного образования в частности представляется возможным через модернизацию сложившегося естественнонаучного потенциала системы образования России.

Соотношение естественнонаучного и гуманитарного компонентов в образовательном процессе определяется двумя факторами: общими целями образования и теми задачами, которые будет решать общество в среднесрочной перспективе, когда сегодняшние школьники станут молодыми дипломированными специалистами, востребованными (или нет?!) обществом.

Какие функции возлагаются на образование? Социальная (функция «генетического» кода общества), связанная с передачей культурных и образовательных стандартов следующим поколениям [2]; профессиональная – подготовка специалистов; и функция подготовка элиты – той чаcти общества, которая через определенное время будет выбирать пути развития общества [3]. Возможны три варианта развития [3]: Россия – страна «третьего мира»; Россия – страна «второго мира», с быстро развивающейся ненаукоемкой экономикой; Россия – страна, осуществляющая технологический прорыв за счет централизации управления, средств, примата коллективных ценностей над личными.

Какие же специалисты будут востребованы в рамках каждого из сценариев? В рамках первого – специалисты с профессионально-техническим образованием; в рамках второго и третьего – «технари» и «управленцы», соотношение которых будет зависеть от выбора конкретного пути развития. В любом случае общество не сможет позволить себе «гуманитарного самопознания», а значит, чистые гуманитарии не будут востребованы.

Все государства с постиндустриальным обществом требуют высокообразованных специалистов. При этом на Западе происходит возврат к схеме образования 60-х гг., возникшей по примеру СССР [3]. Более того, с конца 80-х наметилась тенденция к переходу от установки на «специалиста от Бога» к установке на «специалиста с относительно высоким уровнем культуры» [4]. Эта тенденция вполне коррелирует с общим направлением на интеграцию отдельных отраслей знаний. И хотя в нашей стране эта тенденция к формированию «специалиста с широкой общеобразовательной подготовкой» по инерции вызывает определенный скепсис, она заслуживает более пристального внимания, тем более что в США и Великобритании происходит сознательный возврат к образцу классической гимназии с «привнесением компьютерной техники» [4]. Экономическая неопределенность в России может потребовать от выпускников практически мгновенной переориентации в выборе специальности, которая возможна лишь при фундаментальной базовой подготовке.

В середине ХХ в. Россия вернулась – в рамках средней десятилетней школы – к классической образовательной системе дореволюционной России – в виде реального училища, в котором главными предметами были математика, естественные науки и языки [5]. Учебный план середины 50-х гг. в выпускном классе имел 34 ч в неделю: математика – 6 ч; химия + физика + астрономия – 9 ч; черчение – 1 ч; биология + психология – 2 ч; иностранный язык – 3 ч; литература – 4 ч; история + конституция СССР – 5 ч; труд – 2 ч; физкультура – 2 ч.

Вполне очевидно, что половина времени (18 ч) отводилась на естественные дисциплины. Сокращение числа этих часов почти в полтора раза не прошло бесследно. При том, что лучшие умы Запада с завистью смотрели на систему российского образования. Хотя при существующей в гимназии 42-часовой неделе есть резерв в 8 ч на профильные курсы. Чтобы лучше понять, почему крушение самосогласованного и сбалансированного плана привело к расшатыванию образования, обратимся к анализу преподавания в высшей школе.

По оценкам экспертов, наиболее интенсивно образовательный процесс в таких вузах, как МФТИ и МИФИ, происходит на первых трех курсах, достигая к концу третьего курса максимума. На пятом и шестом курсах его интенсивность падает втрое-вчетверо по сравнению с максимумом. Причиной этому является не только и не столько естественное «насыщение» процесса образования. Дело в том, что как раз после третьего курса начинается специализация. «Преподавание традиционных фундаментальных курсов имеет многолетнюю традицию, хорошо разработанные методики, упражнения и т.д. Специализация на серьезном уровне требует привлечения широко мыслящих профессионалов, представляющих современное состояние в своей области и тенденции ее развития, способных транслировать получаемые ими научные факты в учебные курсы. Острая нехватка таких людей, нежелание привлекать их из других сфер деятельности не стимулирует интенсификацию на старших курсах, поощряет приписки в виде малонужных или мифических курсов [3]». Образование специалиста, фигурально выражаясь, равносильно зажиганию факела, способного долго и плодотворно светить. Однако, следуя аналогии с процессом горения, для этого надо достичь и несколько превзойти определенную критическую температуру.

Важное преимущество фундаментального университетского образования заключается в том, что это «критическое значение» удается преодолеть в нескольких дисциплинах, определяющих профессиональный облик специалиста. К сожалению, очень многие специальные курсы игнорируют эту особенность. Эти курсы, как правило, конспектируют, заучивают и сдают, но по-настоящему ими не овладевают. Они не входят в понятийный аппарат будущего специалиста, их знают, не понимая.

Заменим в предыдущем абзаце выделенные курсивом слова на старшие классы, школьники, гимназия, и мы увидим, что текст имеет прямое отношение к средней школе. Заметим в скобках, что школа не готовит специалистов – в отличие от техникума! Из всего сказанного выше можно сделать следующие выводы:

Опыт преподавания «Москвоведения» явился мучительным поиском методологического «каркаса», поскольку все практически существующие курсы по этому предмету не несли какого-либо обобщения уже накопленного знания, какой-либо креативной для мышления функции.

Может ли физика выступать в качестве одного из фундаментальных предметов, несущих не только мировоззренческую, но и методологическую, и фактологическую функции по отношению к другим дисциплинам? ответ, безусловно, утвердительный, следует обычно для всех дисциплин естественнонаучного цикла. Однако при сложившемся кризисе гуманитарного образования в России, выразившемся в откате от материалистических представлений в угоду клерикально-религиозно-национально-«народным» взглядам, следует дать положительный ответ и для гуманитарного образования, аргументируя его следующим образом:

Косвенным подтверждением методологического значения, в частности физики, может служить и тот факт, что В.О.Ключевский, впервые в русской истории создавая курс лекций по ее методологии («Методология русской истории»), в первой же лекции, определяя предмет истории, заканчивает свою лекцию следующим образом: «Когда физику дают вопрос: “Как вы называете самые простые, наиболее видимые, конкретные предметы, которые вы изучаете?”, – он говорит: “Эти предметы мы называем физическими телами”. Если теперь изучающему историю предъявят вопрос, как должно назвать проще и понятнее те видимые конкретные предметы, которые он изучает, то какой он должен дать ответ?» [6].

В этом примере для нас два важных факта: в отличие от истории предмет классической физики строго определен, все слушавшие В.О.Ключевского должны были понять этот пример, а значит, в гимназии идеи классической физики должны были быть поняты и восприняты!

Методология естественных наук не мешала ни в прошлом, ни в настоящем стать и талантливыми гуманитариями: А.Т.Болотов, А.И.Герцен, А.П.Бородин, Л.Н.Толстой, А.П.Чехов, М.А.Булгаков, И.Грекова, Д.А.Сухарев – имена известных для своего времени людей с конца XVIII до конца ХХ вв., первоначально имевших естественнонаучное или военно-техническое образование. Можно, наверное, было привести другой, более «выверенный», более полный ряд, в него нужно включить блестящие имена и К.М.Станюковича, известного писателя и морского офицера, композитора Н.А.Римского-Корсакова, окончившего морской кадетский корпус, Е.И.Замятина – писателя, инженера по образованию, и многих других, и все равно он будет неполным (мало кто знает, что революционер и ученый-энергетик Г.М.Кржижановский писал сонеты). Важно, что традиция естествоиспытателей, врачей, инженеров, химиков творить в области литературы, музыки, в целом в области искусства, привносить свое видение мира и свое мышление, начавшаяся в России в XVIII в., продолжается и в наше время.

Трудно найти пример противоположный (кроме Гёте), когда лица, окончившие какой-либо гуманитарный институт, стали бы физиками, математиками, врачами, химиками.

Чтобы оценить мировоззренческую роль физики, необходимо развить тот тезис, что очень многие современные понятия, которыми оперируют науки, в том числе гуманитарные, имеют свое происхождение и первоначальное наполнение в физике. А это очень важно, поскольку модельными представлениями для нас являются представления окружающего мира – мира физических явлений. Рассмотрим конкретный пример.

Понятия «непрерывного» процесса, «неравномерного» процесса восходят к понятию непрерывного процесса в механике, изучаемого в 9-м классе. Именно в механике формируется наше и графическое, и аналитическое представление о любых неравномерных и непрерывных процессах развития функционирования в пространстве и времени.

Чтобы оценить важность сказанного выше, можно привести лишь один гениальный пример из третьей части третьего тома романа Л.Н.Толстого «Война и мир»: «Для человеческого ума непонятна абсолютная непрерывность движения… [И далее идут знаменитые апории Зенона, что было непостижимо древними.] В отыскании законов исторического движения происходит совершенно то же. Движение человечества, вытекая из бесчисленного количества людских произволов, совершается непрерывно» [7].

Таковыми же являются представления о взаимодействии и его законах, в частности действия и противодействия, недаром же механистические представления являются самыми распространенными.

В 10-м классе затрагиваются по крайней мере три вопроса, важных для формирования мировоззрения:

Поскольку значение последнего не совсем очевидно, поясним его смысл. В рамках этой модели учащиеся впервые видят, что поведение безликих, хаотично движущихся частиц приводит к возникновению вполне определенных давления и энергии, которые могут быть получены на основании законов статистики. Это ли не первая модель «демократического общества», где «импульс» и «вес» каждой отдельной личности может вылиться во вполне определенный макроэффект, результат которого может быть статистически предсказан? Собственно говоря, законы идеального газа – это максимально упрощенные законы поведения больших систем, которые используются и в социологии, и в экономике. Они первоначально как бы апробированы на модели идеального газа.

Модель механических колебаний, как оказалось, является очень продуктивной, поскольку развитие всех процессов не только в природе, но и в обществе, имеет не только поступательную составляющую, но и явно колебательный, волнообразный характер. Это относится и к экономике, и к социологии, и к психологии. Поскольку любой объект из вышеперечисленных дисциплин является системой с определенной устойчивостью и обладает определенной инерцией, значит, и воздействия на них извне могут быть описаны подобно колебательным процессам в колебательном контуре с «определенным декрементом затухания». Мода на литературные и эстетические запросы, на все в обществе также подвержена колебательным возвратам.

Планетарная модель атома связывает представления макрокосма, воззрения Кеплера и Коперника, с микрокосмом. И хотя и та и другая модели слишком просты по сравнению с реальностью, тем не менее для 90% цивилизованных людей они важны для осознания окружающего мира и себя в нем.

Основы квантовой механики и специальной теории относительности преподаются в средней школе достаточно упрощенно, тем не менее знакомят с двумя, говоря языком прошлых лет, фундаментальными законами диалектики: законом единства и борьбы противоположностей и законом отрицания отрицания – в форме, присущей современной науке, – это принцип соответствия и принцип дополнительности. Первый иллюстрируется тем, что ни законы квантовой механики, ни теория Эйнштейна не опровергают теории Ньютона, но очерчивают границы ее применимости. Уравнения этих теорий переходят в уравнения классической механики при совершении предельного перехода: устремлении скорости света к бесконечности (что справедливо для малых скоростей) и отношения постоянной Планка к количеству движения – к нулю. Принцип дополнительности введен Н.Бором, согласно которому физическим объектам могут быть объективно присущи диаметрально противоположные свойства, не исключающие, однако, но взаимно дополняющие друг друга. Без любого из них объект не существует, но проявления зависят от условий наблюдения этого объекта. Квантовая механика устранила фигуру стороннего и «объективного» наблюдателя из физики, показав те случаи, когда наблюдение не безразлично для наблюдаемого объекта, а, наоборот, активно влияет на него. Это является «мировоззренческим» мостом между пассивной ролью наблюдателя в классических естественных науках и активной ролью наблюдателя в классических гуманитарных науках (см.: Г.В.Плеханов. О роли личности в истории).

В дополнение к этому необходимо сказать, что несколько сумбурные, с точки зрения традиционного восприятия истории, работы Л.Н.Гумилева есть выражение стремления ввести в обращение истории как науки физические понятия энергии и энтропии, поскольку они приобрели в ХХ в. общефилософское, общенаучное звучание.

Оценивая долю мировоззренческого компонента, нельзя не отметить, что она возрастает от младших классов, в которых изучается физика, к старшим, поэтому сокращение количества часов ниже общеобразовательной нормы, разработанной Институтом общеобразовательной школы, вдвойне недопустимо.

Наконец, для ряда гуманитарных специальностей физика и естественные науки являются фактологической базой: для ряда специальностей в вузах типа Высшей школы ФСБ, для переводчиков научно-технической литературы, археологов (физические методы исследования), юристов в области патентного и промышленного права, историков науки и техники, специалистов в области истории культуры и цивилизации, этнографов.

I. Гимназия должна отличаться от специализированной школы наличием сбалансированного базового плана, который может дать выпускникам возможность переориентации в выборе специальности, что особенно актуально в период нестабильного развития общества.

II. При реализации сколь-нибудь благоприятных сценариев развития страны ей примерно через 10 лет потребуются либо специалисты технического склада, либо (плюс к этому) экономисты, управленцы и т.п.

IV. Хорошее образование можно дать только на основе методически разработанных курсов, к числу которых, традиционно для России, относятся физика и математика.

V. В современном мире физика (и математика) в известной степени является методологической, мировоззренческой и фактологической базой не только для естественных наук, но и для гуманитарных. Об этом писал еще М.В.Ломоносов: «Обще от всех академиков неотменно требуется знание хотя элементарных наук математических. Разумеются здесь профессии, в коих высокое знание математических наук не так много нужно, ибо в академиях примечено, что иногда химики, анатомики, ботаники, историки, почти никакого знания первых математических оснований не имеют и для того не могут своей практики и расположить порядочно и сообразить рассуждением, которым купно с логикою надежная предварительница есть геометрия» [8].

Болотов Андрей Тимофеевич (1738–1833) – офицер, участник Семилетней войны, автор обширных работ по сельскому хозяйству, которые переиздавались в течение XIX в. Он был пионером в России в области исследований по электромедицине, опубликовав их в книге, вышедшей в 1803 г. в Петербурге: «Краткие и на опытности основанные замечания о електрицизме и способности електрических махин к помоганию от разных болезней». И все же в истории русской литературы он остался как писатель записки: «Жизнь и приключения Андрея Болотова, описанные им самим для своих потомков» – первое произведение в истории русской литературы – семейная хроника.

Герцен Александр Иванович (1812–1870) – автор романа «Былое и думы» – окончил физико-математическое отделение Московского университета. Среди первых работ – «О месте человека в природе», «Развитие человечества, как и одного человека...», «Аналитическое изложение солнечной системы Коперника». Последнее произведение – кандидатское сочинение А.И.Герцена при окончании университета, удостоенное серебряной медали.

И.Грекова (Елена Сергеевна Вентцель) – доктор технических наук, профессор, автор классического учебника по теории вероятности и одновременно писательница, ее повести постоянно переиздаются и читаются, а телеспектакль по ее повести «Кафедра» был заметным событием начала восьмидесятых годов.

Сухарев Дмитрий Антонович – доктор биологических наук, профессор, современный поэт, у многих на слуху песни на его стихи, например, «Вспомните, ребята».

P.S. Спор «физиков» и «лириков» на тему «что важнее и кто важнее» должен привести к взаимному дополнению, а не отторжению. Это так же банально и истинно, как и то, что реформа образования не должна уничтожить то позитивное, что в нем было и что признавал весь мир.

Физика: зачем и какая?