Почему физикой стоит заниматься углубленно только искренне заинтересованным детям? Как в нашем мире появляются гении? Из чего ученые построят космический лифт и зачем он нужен? Какие возможности даст человечеству «материал будущего» графен? Почему не стоит бояться переводить детей на домашнее обучение? Ликбез от лучшего учителя Украины Паула Пшенички.
С 3 по 12 августа в Карпатах пройдет образовательный проект VOLT CAMP, который создали специально для детей, одаренных в области физики и астрономии. Главный ментор научного лагеря — Паул Пшенічка. Это он — первый победитель «нобелевки для учителей» Global Teacher Prize Ukraine. Это ему стоя аплодировала Верховная Рада, когда Паул Францевич подчеркнул, что вопросы обороны решаются за школьной партой. И именно он вошел в рейтинг «ТОП-100 самых влиятельных украинцев».
Последние годы Паул Пшеничка бьет тревогу: сферы физики, биологии и химии в Украине в недалеком будущем могут развалиться. Об этом свидетельствуют катастрофически низкие цифры абитуриентов на эти специальности.
«Освитория» записала мудрые мысли и наблюдения учителя со стажем более 45 лет и одного из основателей проектно-ориентированного образования.
Мини-досье «Освитории»
Паул Пшеничка — преподаватель физики и астрономии Черновицкого лицея № 1, основатель молодежного научного общества «Квазар», лучший учитель физики мира 2004 года, почетный член Лондонского института физики и один из основателей метода проектно-ориентированного обучения. А еще — обладатель собственной планеты.
Паул Пшеничка вошел в ежегодный рейтинг «Топ-100 самых влиятельных украинцев» по версии журнала «Фокус», его именем лаборатория Линкольна назвала астероид.
Ученики господина Паула работают в главных офисах корпораций Microsoft и Samsung, в научных центрах США, Германии, Швейцарии, Израиля, Голландии, Норвегии и многих других стран, преподают в Гарварде, Принстоне, университетах Беркли и Солт-Лейк-Сити.
Фантастические материалы будущего: графен и нанотрубки
Тысячи ученых ежедневно ведут кропотливую работу по тысячам направлений. Но в прессу попадает лишь то, что вызывает «вау-эффект» и обладает потенциалом для сенсационных заголовков. Очень красноречивый в этом смысле пример Эйнштейна. Его самые большие достижения датируются 1905 годом (специальная теория относительности, объяснение броуновского движения, формула Е = mc2, статья о фотоэффекте, которая принесет ему Нобелевку), а мировую славу он завоевал лишь в 1919 году. Ведь именно тогда группа астрофизиков из Кембриджского университета поехала в Африку, где наблюдала полное солнечное затмение и экспериментально подтвердила, что свет действительно отклоняется от своего прямолинейного пути, когда проходит возле Солнца. Эти опыты подтвердили предсказание общей теории относительности Эйнштейна, и буквально за одну ночь он проснулся знаменитым. До этого его мало кто знал и признавал.
Главное технологическое достижение прошлого года — глубинное исследование свойств такого материала, как графен. Это «материал будущего», который перевернет все мировые технологии! Один слой графена обладает свойством сверхпроводимости. Что это даст человечеству? Новые компьютеры, экраны, технику, которая изменит все.
Еще один фантастический материал — нанотрубки. Трос из этого материала диаметром 1 мм держит… 10 тонн! Это позволяет построить космический лифт, который будет курсировать с земного экватора на спутник и перевозить грузы. Ведь запуск ракеты — безумно дорогое дело! Лифт удешевит ее в разы и откроет другие супервозможности.
Самые дорогие земные материалы: за 1 грамм — от 11 до 21 миллиона долларов
Вопрос к вам, читатели: какой материал сейчас ценится больше всего на нашей планете? Думаете, это платина или золото? Разочарую. Стоимость последних — пшик по сравнению с таким материалом, как калифорний. Это искусственный элемент белого цвета с серебристым оттенком, которого в природе не существует. Его искусственно синтезируют на атомных станциях. Один грамм калифорния стоит 11 миллионов долларов. Даже год на год не приходится: если калифорния произвели мало, цена может подняться в разы.
Калифорний используют в геологической разведке: при бурении скважин он позволяет быстро понять, есть ли в земле нефтяные месторождения. Нефтяные компании покупают миллиграммы этого материала. Механизм таков: детектор с калифорнием опускают в скважину, он облучает окружающие породы и получает от них радиационный отзыв, благодаря которому становится понятно: стоит ли бурить дальше.
Технологии с применением вот таких экзотических искусственно полученных материалов позволяют создавать детекторы-сканеры, с помощью которых можно выяснить, есть ли внутри емкостей радиоактивные элементы, наркотики, взрывчатка, деньги, алкоголь, с вероятностью 97%. Такие аппараты производят всего несколько фирм в мире.
А такой материал, как тритий, стоит 21 миллион долларов за 1 грамм.
Не будем забывать, что в Женеве в лаборатории CERN уже начали производить антиматерию (вещество, состоящее исключительно из античастиц). В мизерных количествах, но научились ее получать! Это путь к освоению колоссально больших энергий. Гонка вооружений в сфере технологий в разгаре. К сожалению, Украина за бортом. Мы стремительно теряем потенциал: не производим ракеты и топливо для атомных станций. Если говорить еще откровеннее — в нашей стране уничтожили физику как предмет. Ведь в наших физических лабораториях нет даже жидкого азота. Я уже не говорю о жидком гелии. Вот тут я вспоминаю путешествие в Штутгарт, где в обычной университетской лаборатории есть все технические возможности для достижения низких и сверхнизких температур. Без таких установок в настоящее время уже невозможно провести ни одно серьезное исследование!
Как привить детям любовь к физике
Физика — фантастически интересный предмет. Этому предмету стоит учить всех детей, а тех, которые особенно заинтересованы, учить еще и дополнительно — именно они станут специалистами в области технологий. И в других сферах тоже!
А «незаинтересованных» детей надо либо заставлять изучать физику, как это делают в Японии, Южной Корее, Сингапуре (ведь в этих странах не стоит вопрос, ты хочешь или не хочешь учиться), либо и вовсе освободить от этого «бремени».
Чтобы заинтересовать детей, я прежде всего показываю несколько опытов и смотрю на реакцию. Дети должны ахнуть! После этого часть из них и дальше продолжит играть в примитивные игры, а часть останется и будет делать что-то конкретное.
Чтобы нескучно донести до учеников фундаментальные свойства гравитации, я прошу детей представить два автомобиля BMW на старте. Они одинаковы внешне, но у одной из машин в 4 раза больше лошадиных сил. Вопрос: какой автомобиль быстрее достигнет скорости 100 километров в час? Конечно, вырвется вперед машина с более мощным двигателем: больше сила — больше ускорение.
Теперь берем шар весом 10 граммов и ядро весом 1 килограмм. Во сколько раз больше масса ядра? В 100 раз. Как и сила притяжения ядра к земле тоже больше в 100 раз. Но если выпустить шар и ядро одновременно, то в вакууме они будут падать с одинаковой скоростью. В воздухе ядро немного перегонит шар. Это так называемый парадокс свободного падения. Первый, кто с этим разобрался, был Галилео Галилей. За два тысячелетия до него Аристотель утверждал, что и без воздуха тяжелые тела будут падать быстрее. А Галилей стал первым, кто доказал на опыте и теоретически, что это не так.
Люблю показывать детям французский фильм, в котором демонстрируют свободное падение. Для этой цели используют самолет Aerobus 300 с большой буквой G (gravity — гравитация). Итак, на борт самолета заходит много людей. Самолет поднимается в воздух, разгоняется до большой скорости, а затем в нем полностью выключают двигатели. Самолет начинает падать по параболе (свободное падение). В салоне в это время возникает невесомость, и люди чувствуют ее на себе.
Прошу детей представить массу двух нанограмм. Это две миллиардные доли грамма. И вот из мале-е-енькой бутылочки водорода можно сделать то количество протонов, которое есть у этих двух миллиардных долей грамма. Коллайдеры в течение 11 часов разгоняют эти протоны до такой скорости, что их энергия равна энергии поезда весом 140 тонн на скорости 300 километров в час. И вот эти частицы сталкивают и получают новые. Именно так был открыт бозон Хиггса («частичка Бога»), тетракварк и пентакварк. Это — путь к колоссально большим энергиям. Кто на этом пути отстает — отстанет от прорыва в науке навсегда. Крошечная таблетка из плутония, если бы не радиация, могла бы дать автомобилю возможность проехать 10-20 миллионов километров. Понимаете, какой скачок в энергии? В десятки миллионов раз! Но появились новые возможности, которые дают еще больше энергетических мощностей. И чтобы освоить эти возможности, необходимо развивать в стране технологии. Нет технологий? Тогда ничего ждать прорывов во всех сферах науки и техники.
Откуда берутся юные гении?
Мы часто слышим: вундеркинд, гений. Мое мнение: такие щедро одаренные дети — подарок судьбы. Но знаете, что природа дает этим детям еще? Колоссальную работоспособность и умение докапываться до ответов на вопросы. И поиск может длиться годы. Именно так работают изобретатели!
И именно так один мой ученик решил очень сложную задачу только спустя… 20 лет! Только представьте, 20 лет назад я объединил учеников в команды (поступаю так и сейчас — чтобы друг друга учили) и дал задание на три уровня. Третий уровень был настолько сложным, что эту задачу, признаюсь, я и сам не смог тогда решить. И вот однажды получаю ответ по электронной почте: «Паул Францевич, я нашел решение задачи».
Почему не стоит бояться переходить на хоумскулинг
Есть дети, которые скучают (да еще и нервничают!) в школе из-за того, что значительно обогнали в развитии сверстников. Они маются или безобразничают на занятиях, не знают, куда себя деть.
Знаю одного такого школьника: он хочет успеть все, а его мама выбивается из сил, водя с одного кружка на другой: «Это же невозможно с его школьным графиком!» Может, этому парню и не надо ходить в школу. В мире многие семьи переходят на такую форму образования, хотя не каждая семья может себе это позволить по материальным причинам или из-за нехватки времени. Я знаю такие семьи в Украине, а лучшие вузы мира предоставляют детям с домашним образованием преимущество при поступлении.
Темп обучения: медленный или быстрый?
Я часто слышу, как волнуются родители, которые отдают детей в начальные классы, где по программе НУШ много игровых элементов в обучении, нет оценивания. Они обеспокоены, что с таким подходом их ребенок получит в школе «меньше знаний, чем раньше». Правда в том, что при правильном подходе к обучению дети могут усвоить программу гораздо быстрее, нужно только знать, как это делается. Поэтому очень важны высокопрофессиональные учителя и гибкие программы обучения, которые позволят детям учиться в свойственном им ритме.
