Чому фізикою варто займатися поглиблено лише щиро зацікавленим дітям? Як у нашому світі з’являються генії? Із чого вчені побудують космічний ліфт та навіщо він потрібен? Які можливості дасть людству «матеріал майбутнього» графен? Чому не варто боятися переводити дітей на домашнє навчання? Лікнеп від найкращого вчителя України Паула Пшенічки.
З 3 по 12 серпня в Карпатах триватиме освітній проєкт VOLT CAMP, який створили спеціально для дітей, обдарованих у сфері фізики та астрономії. Головний ментор наукового табору — Паул Пшенічка. Це він — перший переможець «нобелівки для вчителів» Global Teacher Prize Ukraine. Це йому стоячи аплодувала Верховна Рада, коли Паул Францевич наголосив, що питання оборони вирішуються за шкільною партою. І саме він увійшов до рейтингу «ТОП-100 найвпливовіших українців».
Останні роки Паул Пшенічка б’є на сполох: галузі фізики, біології та хімії в Україні в недалекому майбутньому можуть розвалитися. Про це свідчать катастрофічно низькі цифри вступників на ці спеціальності.
«Освіторія» занотувала мудрі думки та спостереження вчителя зі стажем понад 45 років та одного із засновників проєктно-орієнтованої освіти.
Мінідосьє «Освіторії»
Паул Пшенічка — викладач фізики й астрономії Чернівецького ліцею № 1, засновник молодіжного наукового товариства «Квазар», найкращий учитель фізики світу 2004 року, почесний член Лондонського інституту фізики та один із засновників методу проєктно-орієнтованого навчання. А ще — володар власної планети.
Паул Пшенічка увійшов до щорічного рейтингу «Топ-100 найвпливовіших українців» за версією журналу «Фокус», його ім’ям лабораторія Лінкольна назвала астероїд.
Учні пана Паула працюють у головних офісах корпорацій Microsoft і Samsung, у наукових центрах США, Німеччини, Швейцарії, Ізраїлю, Голландії, Норвегії та багатьох інших країн, викладають у Гарварді, Принстоні, університетах Берклі та Солт-Лейк-Сіті.
Фантастичні матеріали майбутнього: графен і нанотрубки
Тисячі вчених щоденно ведуть кропітку роботу за тисячами напрямків. Але в пресу потрапляє лиш те, що викликає «вау-ефект» і має потенціал для сенсаційних заголовків. Дуже промовистий у цьому сенсі приклад Ейнштейна. Його найбільші досягнення датуються 1905 роком (спеціальна теорія відносності, пояснення броунівського руху, формула Е=mc2, стаття про фотоефект, яка принесе йому Нобелівку), а світову славу він здобув лише у 1919 році. Адже саме тоді група астрофізиків з Кембриджського університету поїхала до Африки, де спостерігала повне сонячне затемнення і експериментально підтвердила, що світло дійсно відхиляється від свого прямолінійного шляху, коли проходить біля Сонця. Ці досліди підтвердили передбачення загальної теорії відносності Ейнштейна й буквально за одну ніч він прокинувся знаменитим. Доти його мало хто знав і визнавав.
Найбільше технологічне досягнення минулого року — глибинне дослідження властивостей такого матеріалу, як графен. Це «матеріал майбутнього», який переверне всі світові технології! Один шар графену має властивість надпровідності. Що це дасть людству? Нові комп’ютери, екрани, техніку, яка змінить усе.
Ще один фантастичний матеріал — нанотрубки. Трос із цього матеріалу діаметром 1 мм тримає… 10 тонн! Це дає змогу побудувати космічний ліфт, який курсуватиме із земного екватора на супутник та перевозитиме вантажі. Адже запуск ракети — шалено дорога справа! Ліфт здешевить її в рази й відкриє інші суперможливості.
Найдорожчі земні матеріали: за 1 грам — від 11 до 21 мільйона доларів
Питання до вас, читачі: який матеріал нині цінується найбільше на нашій планеті? Гадаєте, це платина чи золото? Розчарую. Вартість останніх — пшик у порівнянні з таким матеріалом, як каліфорній. Це штучний елемент білого кольору зі сріблястим відтінком, якого в природі не існує. Його штучно синтезують на атомних станціях. Один грам каліфорнію коштує 11 мільйонів доларів. Ба навіть рік на рік не припадає: якщо каліфорнію виробили мало, ціна може піднятися в рази.
Каліфорній використовують в геологічній розвідці: під час буріння свердловин він дає можливість швидко зрозуміти, чи є в землі нафтові родовища. Нафтові компанії купують міліграми цього матеріалу. Механізм такий: детектор з каліфорнієм опускають у свердловину, він опромінює навколишні породи та отримує від них радіаційний відгук, завдяки якому стає зрозуміло: варто далі бурити чи ні.
Технології із застосуванням ось таких екзотичних штучно здобутих матеріалів дають змогу створювати детектори-сканувальники, за допомогою яких можна з’ясувати, чи є всередині місткостей радіоактивні елементи, наркотики, вибухівка, гроші, алкоголь, з імовірністю 97 %. Такі апарати виробляють лише декілька фірм у світі.
А такий матеріал, як тритій коштує 21 мільйон доларів за 1 грам.
Не забуваймо, що в Женеві в лабораторії CERN вже почали виробляти антиматерію (речовина, що складається винятково з античастинок). У мізерних кількостях, але ж навчились її отримувати! Це шлях до освоєння колосально великих енергій. Гонитва озброєнь у галузі технологій у розпалі. На жаль, Україна за бортом. Ми стрімко втрачаємо потенціал: не виготовляємо ракет і палива для атомних станцій. Якщо говорити ще відвертіше — у нашій країні знищили фізику як предмет. Адже в наших фізичних лабораторіях немає навіть рідкого азоту. Я вже не кажу про рідкий гелій. Ось тут я згадую подорож до Штутгарта, де у звичайній університетській лабораторії є всі технічні можливості для досягнення низьких і наднизьких температур. Без таких установок нині вже неможливо провести жодне серйозне дослідження!
Як прищепити дітям любов до фізики
Фізика — фантастично цікавий предмет. Цього предмета варто вчити всіх дітей, а тих, які особливо зацікавлені, вчити ще й додатково — саме вони стануть фахівцями у сфері технологій. Та й в інших галузях теж!
А «незацікавлених» дітей треба або змушувати вивчати фізику, як це роблять в Японії, Південній Кореї, Сінгапурі (адже в цих країнах не стоїть питання, ти хочеш чи не хочеш вчитися), або зовсім звільнити від цього «тягаря».
Щоб зацікавити дітей, я перш за все показую кілька дослідів і дивлюся на реакцію. Діти мають ахнути! Після цього частина з них і далі продовжать гратись у примітивні ігри, а частина залишиться і робитиме щось конкретне.
Щоб ненудно донести до учнів фундаментальні властивості гравітації, я прошу дітей уявити два автомобілі BMW на старті. Вони однаковісінькі зовні, але одна з автівок має в 4 рази більше кінських сил. Питання: який автомобіль швидше досягне швидкості 100 кілометрів на годину? Звісно, вирветься вперед машина з потужнішим двигуном: більша сила — більше прискорення.
Тепер беремо кулю вагою 10 грамів та ядро вагою 1 кілограм. У скільки разів більша маса ядра? У 100 разів. Як і сила тяжіння ядра до землі теж більша в 100 разів. Але якщо випустити кулю та ядро одночасно, то у вакуумі вони падатимуть з однаковою швидкістю. У повітрі ядро трохи пережене кулю. Це так званий парадокс вільного падіння. Перший, хто із цим розібрався, був Галілео Галілей. За дві тисячі років до нього Арістотель стверджував, що і без повітря важкі тіла падатимуть швидше. А Галілей став першим, хто довів на досліді і теоретично, що це не так.
Люблю показувати дітям французький фільм, у якому демонструють вільне падіння. Для цієї мети використовують літак Aerobus 300 з великою літерою G (gravity — гравітація). Отож, на борт літака заходить чимало людей. Літак піднімається в повітря, розганяється до великої швидкості, а потім у ньому повністю вимикають двигуни. Літак починає падати по параболі (вільне падіння). У салоні в цей час виникає невагомість, і люди відчувають її на собі.
Прошу дітей уявити, яку масу мають 2 нанограми. Це дві мільярдні частки грама. І ось із мале-е-енької пляшечки водню можна зробити ту кількість протонів, яку мають ці дві мільярдні частки грама. Колайдери протягом 11 годин розганяють ці протони до такої швидкості, що їхня енергія дорівнює енергії потяга вагою 140 тонн на швидкості 300 кілометрів на годину. І ось ці частинки зіштовхують та отримують нові. Саме так був відкритий бозон Хіггса («частинка Бога»), тетракварк та пентакварк. Це — дорога до колосально великих енергій. Хто на цій дорозі відстає — відстане від прориву в науці назавжди. Малюсінька таблетка з плутонію, якби не радіація, могла б дати автомобілю змогу проїхати 10–20 мільйонів кілометрів. Розумієте, який стрибок в енергії? У десятки мільйонів разів! Але з’явилися нові можливості, які дають ще більше енергетичних потужностей. І щоб освоїти ці можливості, треба розвивати в країні технології. Немає технологій? То дарма чекати проривів в усіх сферах науки і техніки.
Звідки беруться юні генії?
Ми часто чуємо: вундеркінд, геній. Моя думка: такі щедро обдаровані діти — подарунок долі. Але чи знаєте, що природа дає цим дітям ще? Колосальну працездатність і вміння докопуватися до відповідей на запитання. І пошук може тривати роки. Саме так працюють винахідники!
І саме так один мій учень розв’язав дуже складну задачу аж через… 20 років! Тільки уявіть, двадцять років тому я об’єднав учнів у команди (чиню так і зараз — щоб один одного вчили) і дав завдання на три рівні. Третій рівень був настільки складним, що це завдання, зізнаюсь, я й сам не зміг тоді розв’язати. І одного дня отримую відповідь електронною поштою: «Пауле Францовичу, я знайшов розв’язок задачі».
Чому не варто боятися переходити на хоумскулінг
Є діти, які нудяться (та ще й нервуються!) в школі через те, що значно обігнали в розвитку однолітків. Вони нудьгують або бешкетують на заняттях, не знають, куди себе подіти.
Знаю одного такого школяра: він хоче встигнути все, а його мама вибивається із сил, водячи з одного гуртка на інший: «Це ж неможливо з його шкільним графіком!» Можливо цьому хлопцеві й не потрібно ходити до школи. У світі багато сімей переходять на таку форму освіти, хоча не кожна родина може собі це дозволити з матеріальних причин чи за браком часу. Я знаю такі сім’ї в Україні, а кращі виші світу надають дітям з домашньою освітою перевагу під час вступу.
Темп навчання: повільний чи швидкий?
Я часто чую, як хвилюються батьки, які віддають дітей до початкових класів, де за програмою НУШ багато ігрових елементів у навчанні, немає оцінювання. Вони стурбовані, що з таким підходом їхня дитина отримає у школі «менше знань, ніж раніше». Правда в тому, що за правильного підходу до навчання діти можуть засвоїти програму набагато швидше, треба тільки знати, як це робиться. Тому дуже важливо мати високопрофесійних вчителів і гнучкі програми навчання, які дадуть дітям можливість вчитися у властивому їм ритмі.
