«Рецензенты Г.С. Ковалева, Я.В. Мозганов. Иллюстрации художников А.М. Гладышева, Н.А. Аслановой Злотин Б.Л., Зусман А.В. Изобретатель пришел на урок. – Кишинев: Лумина, 1989. ОТ АВТОРОВ Дорогие ребята! Эта книга в первую ...»

Рецензенты Г.С. Ковалева, Я.В. Мозганов.

Иллюстрации художников А.М. Гладышева, Н.А. Аслановой

Злотин Б.Л., Зусман А.В.

Изобретатель пришел на урок. – Кишинев: Лумина, 1989.

ОТ АВТОРОВ

Дорогие ребята! Эта книга в первую очередь предназначена для вас. Возможно,

вы прочитали нашу первую книгу «Месяц под звездами фантазии», в которой мы

рассказали об обучении школьников творчеству в школе развития творческого воображения (РТВ) при Республиканском Дворце пионеров и школьников Молдавии.

Тогда вы уже знаете, что более сорока лет назад в нашей стране начала создаваться теория решения изобретательских задач (ТРИЗ), С ее помощью можно научить изобретать каждого, кто захочет этому научиться. Знаете и одно из удивительных свойств этой теории: школьники осваивают ее гораздо легче» чем взрослые, Ребята охотно занимаются в школе РТВ: всем нравится решать хитрые изобретательские задачи, отвечать на странные вопросы, выполнять необычные задания, обсуждать все и вся...

Среди инструментов, необходимых изобретателю, огромную роль играет физика.

Знание физических эффектов и явлений даже в объеме обычной школьной программы позволяет находить исключительно простые и красивые решения многих производственных проблем. День за днем решая изобретательские задачи, ребята не только овладевали техникой решения, но и вспоминали то, что проходили на уроках физики, химии, и удивлялись тому, сколько интересного скрыто в обычных школьных предметах, И тогда у нас появилась идея пойти в школу и с помощью элементов ТРИЗ, ее творческого подхода и педагогических находок, направленных на активизацию творчества, «оживить» обычные школьные уроки, совместить творчество и физику, химию, другие предметы.

Перевернув несколько страниц, вы встретитесь с героями этой книги – Изобретателем, Физиком и ребятами, побываете на уроках, где можно задавать любые вопросы, совершать открытия и даже шуметь. Многие из вас с интересом заглянут в учительскую, послушают, как Изобретатель и Физик обсуждают только что закончившийся урок. А самые любопытные не пропустят те страницы, где Изобретатель готовится к занятиям и отбирает из своей большой картотеки самые интересные и удивительные изобретения. И конечно, каждый из вас может попытаться самостоятельно решить приведенные в книге задачи. Не расстраивайтесь, если не сразу получится,– вполне возможно, что, прочитав еще одну главу книги, вы добьетесь успеха.

Мы надеемся, что книга будет полезна не только детям, но и взрослым. Учителям, которые ищут новые пути работы в школе, методы внедрения элементов творческого обучения. И родителям, чьи дети с немалым трудом, а чаще с великой неохотой «грызут гранит науки». Но наша книга – не учебник по физике для того или иного класса: разрабатывать учебники – дело профессионалов-педагогов. Наша цель скромнее – мы хотим показать, как можно использовать ТРИЗ в школе, заинтересовать педагогов (и не только физиков и химиков) возможностями новой науки. Именно для тех, кто захочет попробовать свои силы в этой интересной работе, мы ввели «Разговоры в учительской», где постарались разъяснить сложные моменты, ответить на вопросы, возникавшие на занятиях.

Для учителей и родителей предназначена и «книга в книге» – подборки материалов «Изобретатель готовится к занятиям» (ИГЗ). В них нет традиционных методических элементов подготовки, и они не связаны непосредственно с описываемыми в книге занятиями – такую работу профессиональный педагог легко сделает сам. Главное, с нашей точки зрения,– это обеспечить преподавателя большим набором задач и примеров по каждой теме, которые можно превратить в задачи, фактов и историй, потому что они быстро «расходуются» и «рассекречиваются»:

ребята, решив на уроке ту или иную задачу, потом рассказывают о ней друзьям из других классов, что делает невозможным ее повторное использование (решать задачу с известным ответом скучно). Эта рубрика прерывает нормальную последовательность изложения, давая возможность читателю остановиться, задуматься над прочитанным, порешать задачи.

Конечно, описания занятий, диалоги, разборы задач, приведенные в книге, сильно сокращены, из них убраны неизбежные повторы, многие ошибочные линии поиска, многочисленные отвлечения от темы. Мы старались сохранить главное – атмосферу приподнятости, увлечения на «изобретательских» уроках.

Работая над этой книгой, мы использовали не только свой опыт, но и опыт наших коллег и друзей, специалистов по ТРИЗ и РТВ, работающих со школьниками в Кишиневе, Ленинграде, Риге, Новосибирске, Норильске, Семипалатинске, Москве, Петрозаводске, Минске, Ангарске и других городах.

Авторы глубоко благодарны Г. С. Альтшуллеру, создателю ТРИЗ и руководителю всех работ по ТРИЗ в нашей стране за внимание и помощь в нашей работе и Р. М.

Карачуну, директору кишиневской школы, предоставившему нам возможность и условия для работы со школьниками, а также друзьям и коллегам и, конечно, нашим ученикам, которые всегда старались как можно лучше решать задачи и тем самым помогли нам написать эту книгу.

ДЕНЬ ЗНАНИЙ

– Изобретатель?! Но такой профессии не существует! Профессия, специальность – это то, чему можно научиться, а изобретателем нужно родиться! – возмущался Конструктор.

– Действительно, здесь что-то не так,– поддержал его Химик.– Каждый человек должен выполнять какую-то работу, а изобретательство – это искусство, его нельзя планировать, трудно учитывать. Ведь иногда человек годами ничего не может придумать. А потом вдруг что-то подтолкнет, осенит – и готово: есть новая идея!

Изобретатель рассмеялся: обычная история! Стоит только назваться профессиональным изобретателем... Несколько сотен ребячьих глаз выжидающе глядели на него. Сегодня первое сентября, День Знаний. Ребята собрались в школьном зале послушать приглашенных в школу интересных людей – ученых, инженеров о взрослой жизни, работе, в которой должны пригодиться школьные знания.

Только что очень интересно выступали опытный инженер-конструктор и химикисследователь, симпатичные, увлеченные своим делом люди. Но они дружно не согласны с тем, что изобретательство может быть не только хобби, но и работой, профессией. Ну что же, ничего страшного, подумал Изобретатель. Нужно подробнее рассказать о своем деле, убедить в своей правоте ребят, а если удастся, то и оппонентов… – Как, по-вашему, работает изобретатель? – спросил он ребят.

– Сидит и рисует новую машину!

– Сначала нужно ее придумать!

– Вот он думает и рисует! А если не вышло, рисунок выбрасывает и начинает снова... Пока не получится.

– В принципе Вы правы,– улыбнулся Изобретатель.– Он пробует разные варианты, ошибается, снова пробует. Этот метод так и назвали метод проб и ошибок – МПиО. Он очень древний. С его помощью создавались и совершенствовались первые орудия труда, потом различные машины. Только это был очень нелегкий, длительный процесс. Например, потребовались тысячелетия» чтобы создать такое чудо, как папирусная лодка древних египтян, способная, как доказал Тур Хейердал, переплыть океан.

– А почему так долго – столетия?

– Это недолго. Ведь как все делалось? Строили тысячи лодок: одни оказывались неудачными, тонули, другим везло больше. Так отбирались лучшие. А новые поколения пытались усовершенствовать то, что им досталось от отцов, и снова одни лодки гибли, другие становились быстроходнее, прочнее, больше.

– Так изобретали в древности. Сегодня люди, наверное, научились придумывать новое быстрее?

– Попыток как-то усовершенствовать перебор вариантов было много, но мало успешных. Существенно изменить положение смогла только созданная советским ученым и изобретателем Г.С. Альтшуллером теория решения изобретательских задач (ТРИЗ). Она коренным образом изменяет технологию изобретательства, позволяет отказаться от перебора бесчисленных вариантов и изобретать «по правилам». Именно эта теория позволила сделать изобретательство профессией, заменить неуловимое «озарение» хоть и сложным, высококвалифицированным, но доступным каждому трудом.

– Постойте,– перебил Изобретателя Конструктор,– получается, что достаточно выучить эти ваши правила (хотя в их существование верится с трудом) и, пожалуйста, можешь изобретать?

– Конечно, недостаточно... – начал Изобретатель, но Конструктор снова перебил его:

– Не нужно ничего объяснять! Лучше решите «по правилам» одну задачку, тогда и станет все ясно!

Изобретатель вздохнул. И это знакомо. Специалист не верит, пока сам не убедится.

– Хорошо,– сказал он.– Попробуем решить вашу задачу.

Только ТРИЗ вовсе не исключает специальных знаний. Наоборот, она их использует в полной мере. Поэтому задачу будем решать так: я стану задавать вопросы в соответствии с правилами теории изобретательства, а вы вместе с ребятами будете отвечать.

Именно так, работает профессиональный специалист по ТРИЗ, когда решаемая задача из той области знаний, с которой он слабо знаком. Он знает, что спросить, а с «задачедатель» – что ответить, И вместе они могут найти решение, которое каждый в отдельности не нашел бы, Сформулируйте вашу задачу, только попроще, чтобы ребята все поняли.

– Задача кажется простой, – начал Конструктор,– но вот уже много лет специалисты не найдут хорошее решение.

Задача 1. Якорь зарывается в грунт и держит корабль, не дает ему уплыть со стоянки под действием ветра или течения». Но обычный якорь на скалистом грунте не может зацепиться..Из-за этого многие гавани считаются непригодными для стоянки судов. А в портах места все меньше. Очень нужно научиться ставить корабли на якорь и в скалистом грунте. Как быть?

– Одно из важнейших правил ТРИЗ – представить себе идеальное решение, идеальный якорь,– сказал Изобретатель, внимательно выслушав Конструктора.– Правда, слово «якорь» плохое, оно сразу создает образ привычной конструкции с «лапами», а нам, очевидно, нужно от этого уйти,придумать что-то новое. Поэтому в соответствии с другим правилом ТРИЗ это слово нужно заменить на какое-то другое, не такое конкретное.

– Но это же смешно! – удивился Конструктор.– Якорь – точный, хороший термин.

Термины помогают четко мыслить, зачем от них отказываться?

– Именно из-за четкости и конкретности. При поиске нового термины создают сильную психологическую инерцию, толкают нас» наши мысли в привычном, известном направлении, А мы ищем новые нехоженные пути. Поэтому назовем якорь как-нибудь иначе, например «держалкой» – держит корабль...

– Или «хваталкой»! – подсказал кто-то из ребят.

– Точно! – обрадовался Изобретатель. – Это даже лучше! Итак, у нас твердая скала и «хваталка», которая, правда, пока плохо хватает. А к хваталке привязан корабль. Как представить себе идеальную хваталку?

– Она должна быть крепкой!

– Хорошо вгрызаться в грунт!

– Должна быть легкой!

– Нет, это не то,– остановил ребят Изобретатель.– Вы просто перечисляете обычные требования к якорям. Не так ли? – обратился он к Конструктору.

– Да, конечно, но их в самом деле гораздо больше. Впрочем в принципе правильно.

– А вот с позиций ТРИЗ это совсем не правильно. Что нам требуется от любого технического устройства? Чтобы оно выполняло свою функцию. Автомобиль должен доставить нас в нужное место, авторучка – оставлять след на бумаге. А все остальное – место для хранения, заправка (бензин или чернила), их стоимость, наконец, вредные эффекты (отравление воздуха, повышенная опасность автомобиля, возможность испачкать карман чернилами) – это расплата за полезную функцию. А у идеальной машины не должно быть никакой расплаты – только полезная функция. В ТРИЗ есть рабочее определение идеальной Машины: «Идеальная машина – это машина, которой нет, а ее функция выполняется, как по мановению волшебной палочки».

Так что такое идеальная хваталка?

– Корабль держится на месте без всяких якорей!

– Неплохая формулировка, но не очень точная – она совсем меняет задачу. Теперь нужно добиваться не улучшения постановки судна на твердый грунт, а сохранить местоположение корабля в любых условиях. Впрочем, это, по-видимому, тоже очень важная задача? – спросил Изобретатель у Конструктора. Тот кивнул.

– Какие еще будут формулировки? – продолжал Изобретатель.

– Хваталки нет, а хватание есть! Как в «Алисе...»: Чеширский кот уже исчез, а его улыбка осталась! – сказала девочка.

Сидевшая неподалеку Учительница посмотрела на нее неодобрительно:

несерьезно! Но Изобретатель очень обрадовался такой формулировке:

– Правильно! Очень хорошо получилось! Хваталки нет, а хватание сохраняется. И отсюда следует четкое противоречие: хваталка должна быть, чтобы хватать, и не должна быть, чтобы... Что?

– Чтобы ее не нужно было возить с собой!

– Чтобы она не занимала места!

– Чтобы легко поднималась!

– Последнее требование уже от другого противоречия: хваталка должна быть, чтобы держать корабль, и не должна быть, чтобы корабль мог быстро сняться с места.

Противоречие – такое же важное понятие ТРИЗ, как и идеальность. Обычно оно формулируется как противоположные требования к какому-то объекту. В нашем случае – к хваталке.

– Но зачем это все? – не выдержал Конструктор.– Такая путаница: вместо якоря – хваталка, противоречия. Ну как может выполняться функция, если ее некому выполнять? Ведь так не бывает!

– К сожалению, мы привыкли к тому, что для всего нужна своя специальная машина. Нужно что-то сделать – заказываем машину. Если не дают – ждем, когда будет. А вот в трудную военную зиму на Урале потребовалось установить в котлован многотонное основание тяжелого пресса, а крана для этой операции не было. И обошлись без крана. Как? Пусть ребята сформулируют идеальное решение – взмахнули волшебной палочкой и... что произошло?

– Основание само село на место!

– Свалилось, что ли?

– Нет, постепенно: зависло в воздухе и понемногу стало опускаться.

– Отлично! А теперь нужно подумать, как реализовать эту хорошую картинку. Что мешает?

– Основание не может зависнуть над ямой: тут же провалится, там же пустота.

– Теперь можно сформулировать противоречие: яма должна быть пустой, чтобы туда установить основание, и должна не быть пустой, чтобы оно не свалилось. Для того чтобы решить задачу, нужно разрешить противоречие. Есть специальные приемы разрешения. Например, нужно попытаться разделить противоречивые требования в пространстве или во времени. В нашем случае разделение в пространстве означает, что где-то пустота, а где-то нет. А во времени – в одно время пустота, в другое – нет.

Что нам подходит?

– Во времени! Когда основание над ямой, в ней должно что-то быть, чтобы оно не упало, а потом это что-то должно исчезнуть...

– Мы уже совсем близки к решению. Осталось только догадаться, что умеет хорошо исчезать, а главное, быстро...

– Воздух! Нет, воздух не удержит основание... Вода?

– Оно утонет! Лед, нужен лед! Он крепкий и может таять!

– Конечно! Так и сделали. Залили котлован водой, она быстренько замерзла.

Подтащили основание, установили как нужно, а потом горелками выплавили лед. И основание встало точно на место! Крана не было, а его функция была выполнена!

Но, естественно, не нужно думать, что функция была выполнена совсем уж без ничего. Без ничего ничего и не бывает. Вот только вместо сложной машины удалось воспользоваться подручными средствами – ресурсами, как мы это называем в ТРИЗ. А теперь вернемся к нашей задаче с хваталкой. Как можно разрешить сформулированное нами противоречие: хваталка должна быть и не должна быть?

– Тоже во времени! Хваталка должна появляться и исчезать.

– А какие у нас ресурсы?

– Вода. Много воды.

-– И здесь можно воду заморозить! Получится ледяная хваталка.,. Идея всем ребятам понравилась.

– Как вы считаете, ребята, мы решили задачу? – спросил Изобретатель.

– Не совсем решили!

Мнения ребят разделились. Конструктор колебался:

– С одной стороны, интересно. С другой стороны... Трудно сказать.

– Конечно, мы не решили задачу,– твердо сказал Изобретатель.– Впрочем, это и не требовалось. Ведь решить задачу полностью – это создать годное к работе устройство, испытать его, убедиться в работоспособности. ТРИЗ для этого не предназначена. Мы сделали другое: нашли новую идею. Не так ли? – повернулся он к Конструктору.

– Наверное» вы правы. Эта идея с примораживанием... Ледяной якорь – плита опускается вниз и примерзает к грунту. Технически это? пожалуй, осуществимо.

Конечно, есть неувязки: грунт неровный, между ним и плитой будут щели. Впрочем и воду в щелях можно заморозить. В плиту вмонтируем холодильник и нагреватель.

Нужно быстро поднять якорь – включается нагреватель. В общем, идея интересная, проверить стоит. Так это и есть теория изобретательства? Что-то больно просто.

Хотелось бы подробнее...

– Нет, конечно, ТРИЗ сегодня – непростая наука» обладающая разными инструментами для решения задач. Среди них самый мощный – алгоритм решения изобретательских задач (АРИЗ), позволяющий выявлять скрытые в задачах противоречия и разрешать их, привлекая ресурсы. Мы сегодня воспользовались только некоторыми его элементами – идеальным решением, противоречием, ресурсами. Это потому, что задача с позиций ТРИЗ не особенно сложная. А подробнее о ТРИЗ можно узнать из книг, публикаций много. Вот некоторые из тех, что появились за последние несколько лет.– Изобретатель достал несколько книг из сумки и показал их ребятам.

– Спасибо,– поблагодарил Изобретателя Конструктор, а не могли бы вы очень коротко изложить основные идеи, суть ТРИЗ?

– Именно это я и собираюсь сделать,– ответил Изобретатель, откладывая книги в сторону.– Видите ли, всегда считалось, что изобретательство – таинственный, может быть, даже непостижимый процесс, происходящий в мозгу изобретателя.

Есть отдельные, талантливые люди, которым каким-то образом удается решать изобретательские задачи. Но как? Выяснить это не удавалось. Единственная рекомендация – думать над задачей как можно больше и настойчивее далеко не всегда помогает. Дело сдвинулось с мертвой точки, когда к процессу изобретательства подошли не со стороны психологии изобретателя, а со стороны техники. Ведь что такое изобретение? Это изменения в машинах, конструкциях, технологиях – в технических системах. И они, в отличие от психики изобретателя, легко поддаются анализу, изучению. Анализ сотен тысяч изобретений, проведенный более сорока лет назад Г. С. Альтшуллером, показал, что изобретения появляются не «как попало», а по определенным законам. Ведь не случайно в истории науки, техники отдельные открытия, изобретения делались одновременно разными людьми в разных странах.

Вам, конечно, известны такие примеры? – обратился Изобретатель к ребятам.

– Ломоносов – Лавуазье! Закон сохранения вещества!

– Попов и Маркони – изобретатели радио...

– Лазер тоже изобрели у нас и в Америке!

– Нобелевскую премию за создание квантового генератора получили советские ученые Н. Г. Басов, А. М. Прохоров и американский ученый Ч. X. Таунс,– уточнил Изобретатель.– Таких примеров немало, и они говорят о том, что закономерности существуют. А раз они есть, остается их выявить, познать и использовать для целенаправленного совершенствования техники, без сотен «пустых» проб. Это и есть основное положение ТРИЗ. Изобретательству «по законам» можно успешно учить. В Кишиневе каждый год проходит такое обучение несколько групп инженеров со всей страны, Заканчивается оно обязательной выпускной работой, в которой слушатель решает свою производственную проблему, сделав одно или несколько изобретений.

– А вы только инженеров учите изобретать? – спросил мальчик из второго ряда.– А школьников можно учить?

– Конечно, можно, Я, собственно, и пришел вас пригласить в нашу школу при Дворце пионеров.

– Но, наверное, это обучение сложно для ребят? Справятся ли они? – спросила Учительница.– Ведь они еще так мало знают?

– Наоборот, ребятам легче учиться изобретательству» чем взрослым. Детям помогает отсутствие стереотипов, нешаблонное мышление. Когда мы учим взрослых, нам нужно сначала сломать привычный для них нетворческий стиль мышления, а потом учить мыслить по-новому. Такая ломка – довольно болезненный процесс. Да и учиться они отвыкли. А у детей ничего ломать не нужно. Мы обнаружили, что лучше всего учить даже не старшеклассников, а ребят из 6 – 7-х классов. Они прекрасно все осваивают.

Дело не только в стереотипах, в психологической инерции мышления взрослых.

Ребятам очень помогают «свеженькие» знания по физике, химии, математике.

Взрослые многое подзабыли, даже выпускники физических факультетов университетов.

– Ребята, сколько вы можете вот так, сразу назвать физических эффектов, явлений?

– Плавление! Кристаллизация!

– Испарение!

– Закон Архимеда!

– Цепная реакция! Электрическая дуга! Магнитные силы!

– Тепловое расширение! Полупроводник!

– Сила тяжести...

Изобретатель поднял руку, останавливая ребят:

– Когда мы начинаем занятия по изобретательству со взрослыми, даем задание:

записать на листе бумаги как можно больше физических эффектов за полчаса. И в самых лучших работах – не более полутора—двух десятков! А ведь для решения изобретательских задач могут быть использованы тысячи физических эффектов, одни чаще, другие реже, но знание их просто необходимо изобретателю. Поэтому в ТРИЗ используется специальное пособие – указатель физических эффектов и явлений. Есть подобные указатели и для химических, геометрических эффектов, готовятся другие.

– Расскажите, пожалуйста, об изобретениях, сделанных с помощью физики,– попросили ребята.

– Как-то мне пришлось решать задачу обеспечения возможности выхода воздуха из находящегося под водой устройства. Вообще-то здесь ничего сложного – обычный клапан, который открывается, когда давление воздуха становится больше наружного.

Задача оказалась в другом: клапан в воде обрастает мелкими ракушками, водяной растительностью и со временем перестает открываться, а если давление поднимется намного и все-таки откроет такой клапан, то он не закрывается. Это, конечно, недопустимо. Как быть?

Первые предложения ребят Изобретатель сразу отклонил:

– Нет, нет, конечно, никакие щетки, очищалки для клапана не годятся, это сложно и ненадежно. Нужен простой физический эффект, способный помочь разрешить противоречие: клапан должен быть под водой, чтобы выполнять свою работу, и не должен быть под водой, чтобы не обрастать. Противоречие – это наиболее точная постановка изобретательской задачи, для его разрешения есть специальные приемы.

Так как же может быть: предмет одновременно под водой и... не под водой? Конечно, это водолазный колокол, например стакан, перевернутый и открытый снизу. Воздух в нем сжимается и не пускает воду. Достаточно надеть на клапан снизу кусок трубы, и обрастания не будет. Молодцы, ребята,– еще раз похвалил Изобретатель трех мальчишек-семиклассников,– вы повторили настоящее, совсем недавно сделанное изобретение!

– Есть много «физических» изобретений,– продолжал Изобретатель,– например, младенцы плохо держат обычный градусник. Недавно изобрели очень простой термометр-соску, в котором находится шарик из материала, меняющего свой цвет в зависимости от температуры». А как вы считаете, какой водой лучше тушить пожар:

горячей или холодной?

– Конечно, холодной!

– Нет, ребята. Хоть холодная вода и отбирает больше тепла, но не это главное.

Важнее то, что при соприкосновении с горящими предметами вода испаряется и отсекает от очага пожара кислород – виновника горения. А какая вода быстрее испарится? Конечно, горячая, лучше почти кипящая. Кстати, это придумали всего несколько лет назад. Или вот еще такие решения: воду, предназначенную для тушения пожара, при помощи спиральной насадки, надетой на шланг, заставляют вращаться, как в водовороте, тогда она летит дальше. Увеличить дальность струи можно и с помощью специальных химических веществ, которые делают воду «скользкой», она меньше трется о стенки шланга. Снижение вязкости воды под влиянием небольших добавок веществ называется эффектом Томса. Это уже химический эффект.

– А где же вы работаете «профессиональным изобретателем»?

– В Кишиневским межотраслевом научно-техническом центре «Прогресс». Наш центр как раз и создан для комплексного, всестороннего использования ТРИЗ. Мы проводим обучение специалистов разных предприятий (ежегодно к нам приезжают сотни людей со всей страны), решаем по заказу предприятий их задачи, улучшаем продукцию и технологию производства, оформляем патенты на изобретения, занимаемся внедрением новых идей в практику, дальнейшей разработкой ТРИЗ.

– Наверное, у вас интересная работа?

– По-моему, более интересной не существует на свете!

– Скажите, а ТРИЗ для решения научных задач не годится? – неожиданно спросил Химик.– У нас тоже...

Изобретатель был готов и с ним поработать, в ТРИЗ действительно есть методы решения исследовательских задач, но его остановила Завуч, напомнив, что сейчас прозвенит звонок на уроки, и поблагодарила от имени ребят Изобретателя, Конструктора, Химика и других приглашенных. Ребята разошлись по классам, а Изобретатель немного задержался, рассказывая Конструктору и Химику, как можно записаться на обучение по ТРИЗ. Завуч поджидала его в дверях.

– Не могли бы вы зайти в учительскую? – спросила она.

РАЗГОВОР В УЧИТЕЛЬСКОЙ

В небольшой комнате сидели человек пять учителей разного возраста. Завуч провела Изобретателя к своему столу.

– Скажите, пожалуйста, вы действительно считаете, что для решения изобретательских задач достаточно школьных знаний? – спросила она.

– В принципе да, за некоторыми исключениями,– ответил Изобретатель.– Но придумать идею новой машины мало, нужно ведь ее еще спроектировать, рассчитать – здесь нужны специальные знания. Кроме того, без них не поставишь задачу. И еще...

– Понятно, что соответствующее образование необходимо.

Я о другом. Знаете, меня удивила сегодня активность ребят во время вашего выступления, даже тех, кто совсем не интересуется физикой, химией.

– Дети любят решать хитрые задачи. Но главное, я думаю, в том, что они почувствовали, что школьная физика, химия – не абстрактные знания, которые, может быть, пригодятся в будущем, а уже сегодня позволяют решать творческие задачи...

– Вот, вот! Нельзя ли использовать этот их интерес к решению головоломок для лучшего изучения школьных предметов? Изобретатель задумался. Ему не понравилось, что его задачи назвали головоломками.

Но дело не в этом, Действительно, он замечал, занимаясь с ребятами ТРИЗ, что она резко повышает интерес ребят к наукам.

– Конечно, можно,– ответил он.– Но это не самое главное...

Изобретатель на секунду замялся, но все-таки решился:

– Главное в том, что вы очень плохо учите детей! – выпалил он.– Они не понимают физики! Я как-то дал девятиклассникам простенькую задачу на использование закона Архимеда, и они не смогли ее решить!

– Не может быть! Девятиклассники должны знать этот закон,– вмешался учитель физики, давно прислушивавшийся к разговору.– Или речь идет о каких-то двоечниках?

– Ничего подобного! Те ребята хорошо учились, и закон они знали. Даже научили меня необычной, хорошо запоминающейся формулировке:

Тело, втиснутое в воду, Выпирает на свободу Весом выпертой воды, Телом втиснутым туды...

Учитель рассмеялся, Такое «определение» закона Архимеда он слышал впервые:

– Действительно, формулировка четкая. Хоть стихи и не выдерживают никакой критики.

– Закон они знают, а применить не могут,– продолжал Изобретатель,– потому что не представляют механизма его действия, как все происходит. Вот и не решили задачу.

– А что за задача? – не отставал Физик, Теперь к разговору прислушивались остальные учителя.

Задача 2. Вы сидите в лодке, плавающей на поверхности небольшого пруда. В лодке пудовая гиря. Вам надоело ее «возить» и вы выбросили ее за борт. Что станет с уровнем воды в пруду? Он подымется, опустится или останется прежним?

Учителя задумались.

– Поднимется, наверное,– неуверенно сказал один.

– Останется прежним? Нет, опустится. Поднимется...– заспорили педагоги.

Через несколько минут задача была решена. – Конечно, все просто, если хорошо представлять себе как происходит действие,– сказал Физик. – А что это такое – хорошо представлять? Как вы этому учите? – спросил Изобретатель. И опять учителя несколько замялись.

– Представлять, понимать – это значит проникнуть в смысл явления, усвоить его, осознать, не так ли? – продолжал Изобретатель, не дожидаясь ответа на свой вопрос. – Видимо, так,– подтвердили учителя.

– Конечно, это ведь почти дословная цитата из толкового словаря русского языка.

Только она ничего не, объясняет, потому что одни слова в этом определении объясняются через другие, такие же непонятные. А как же все-таки научить ребят понимать физику или химию?

– Если ученик может решать задачи по пройденным темам, значит, понимает.

– В принципе верно,– согласился Изобретатель,– только вот о каких задачах идет речь? Ведь немало задач решается просто по шаблону, по образцу, который можно зазубрить.

– Нет, понимание – это умение решать нешаблонные, новые задачи. Или старые – по-новому, – уточнил Физик.

– Вот и отлично! – обрадовался Изобретатель.– Значит, понимание связано с умением решать нестандартные задачи, по-своему подойти к ним, то есть творчески!

Понимание – обязательное условие творчества в любой области. Именно вопросами творчества, творческого решения задач и занимается ТРИЗ, Вот этим подходом и может быть полезна ТРИЗ в школе, а не только завлекательными головоломками!

– Но ведь у хороших учителей ребята понимают материал. Вот, например, Шаталов...

– Товарищи, пора расходиться по кабинетам – прервала дискуссию Завуч. – Но разговор, конечно, очень интересный. Вы не могли бы зайти к нам еще раз?

– Могу, конечно, только одной-двух встреч недостаточно для освоения ТРИЗ. Тем более, что это дело непростое: ведь до сих пор никто не пробовал применять ТРИЗ для преподавания школьных предметов, нужно ее к этому приспосабливать. Приходите к нам учиться, вместе попробуем.

– Это сложно. Вы же знаете, учителя – самый занятой народ, – возразила Завуч и задумалась. – Может быть, вы сможете приходить к нам в школу? Работать с учениками в классах, беседовать с учителями. И поможете приспособить ТРИЗ к школе.

Тем более, что у вас уже есть опыт преподавания ТРИЗ детям.

– Опыт есть, только это совсем другое дело, я ведь учил ребят только изобретать.

Да и на работе я очень занят, – колебался Изобретатель.

– Ну, это не проблема, «Прогресс» – наши шефы, договоримся, – заверила Изобретателя Завуч. – Значит, решено?

Домой Изобретатель шел, унося под мышкой не поместившиеся в сумке учебники и программы по физике для разных классов. «Удивительная у меня способность «влипать» во всякие авантюры, – думал он, посмеиваясь над собой. – Мало мне своих забот. Но все-таки это должно быть очень интересно. И учить школьников нужно».

В начале нашего века французский психолог Теодюль Арман Рибо установил, что способность к фантазированию, к творчеству, воображению с возрастом человека сначала растет, достигает максимума примерно в 17 лет, а потом неуклонно падает в течение всей оставшейся жизни. А в наше время положение еще хуже: в результате акселерации возраст максимума снизился до 12 – 14 лет, да и сам максимум не так выражен. Сказывается телевизор, зубрежка, заменяющие творчество созерцанием, запоминанием. Самое обидное, что это падение творческих способностей вовсе не обязательный физиологический процесс, а результат плохой методологии обучения.

Его можно в любой момент затормозить, остановить и превратить в сильный, быстрый взлет, если использовать теорию изобретательства, входящие в нее элементы развития творческого мышления. А еще лучше просто не допустить падения, начав работать с ребятами, которым сейчас по 12 – 14 лет. А, может быть, нужно начинать с первого класса? Или детсада? Нет, тут еще совсем целина, непонятно, как подступиться. Все правильно, нужно идти в школу!

ИГЗ: ФИЗИКА – ИЗОБРЕТАТЕЛЯМ, ИЗОБРЕТАТЕЛИ – ФИЗИКЕ

Начать подготовку к занятиям со школьниками Изобретатель решил в тот же вечер. Зачем откладывать хорошее дело в долгий ящик? Нужно отобрать из картотеки интересные изобретательские решения, в которых используется физика, и еще описания остроумных экспериментальных установок, способов исследования, изобретений, благодаря которым физика сама развивалась. Сделать выписки из книг.

Изобретатель достал чистую папку и написал на ней «Физика – изобретателям и изобретатели – физике». Можно начинать!

Но прошло полчаса, а в папке ничего не появилось. По какому принципу отбирать? С какой целью?

Цели, в основном, были понятны: не дать ребятам потерять способность к воображению, привлечь их к учебе, используя для этого необычные задачи. А для себя – проверить, отработать методы работы с тем, чтобы ими могли воспользоваться коллеги – специалисты по ТРИЗ и учителя.

Он не будет повторять учебники. Будет рассказывать об изобретениях, причем не обязательно только о современных – нужно показать и древние изобретения, тогда нагляднее будет картина развития науки и техники, жизни на Земле.

Физика и изобретательство – когда же началось их «взаимовыгодное»

сотрудничество? Наверное, с того времени, когда люди поняли, что высший авторитет в науке, последнее слово принадлежит не библии, не схоластам, не умершему за лет до нашей эры Аристотелю, а природе, опыту. Природа может давать ответы на правильно поставленные вопросы. Вопросы-эксперименты. Одним их первых на этот путь встал Галилео Галилей. Ему принадлежат первые остроумные изобретения устройств, приборов, позволяющих «расспрашивать» природу, «подсматривать» ее секреты, «подслушивать» тайны.

Как измерить время падения предметов с башни? Ведь часов тогда еще не существовало. Галилей нашел подходящий ресурс, природные часы – удары пульса.

Что же это за «часы», скажете вы. Ведь биение пульса зависит от множества разных обстоятельств, от волнения, например. Галилей это учел. Он измерял время полета по пульсу старого полуслепого монаха, чье сердце уже забыло волнения.

Галилей изобрел и первый прототип термометра – термоскоп. Он представлял собой открытую трубку с пустотелым стеклянным шариком на ее конце. Шарик брали в руку и согревали её теплом, после чего другой конец трубки опускали в сосуд с водой. Когда воздух в шарике остывал, объем его уменьшался и в трубке поднималась вода – тем выше, чем больше была температура нагретого воздуха.

Галилей первым догадался использовать изменение свойств веществ при нагреваний как информационный ресурс. Сегодня это генеральное направление в развитии измерительной техники. Об изменении температуры могут рассказать изменение размеров или формы тела, цвета и яркости свечения, электропроводности, частоты колебаний кристалла, магнитных свойств, индуктивности и электрической емкости, электродвижущей силы, тока, диэлектрической проницаемости. Трубка Галилея – древний предок всех нынешних термометров.

Галилей – революционер в науке! С него началось сближение и взаимопроникновение двух сторон человеческой деятельности, которые до того времени развивались отдельно, независимо: науки и техники. Технические изобретения помогали ему раз¬вивать физику, а знание физических законов – совершенствовать технику.

Долго боролись сторонники двух теорий теплоты. Одни считали, что теплота – это некая невесомая жидкость, ее называли «теплород» или «флогистон».

Предполагалось, что когда тела трутся друг о друга, то в них «натекает» теплород из окружающего воздуха. Другие настаивали, что тепло – это движение мельчайших частиц вещества. Контрольные опыты для проверки гипотезы теплорода произвели физики Румфорд и Дэви. В опыте Румфорда сверлили изнутри ствол пушки тупым сверлом (внутрь ствола доступ воздуха и, следовательно, теплорода затруднен) и наблюдали за ростом температуры.

Правда, в этом опыте полностью исключить доступ воздуха было невозможно. А опыт Дэви был поставлен очень остроумно: под стеклянный колпак, из-под которого был выкачан воздух, были помещены два ледяных бруска, которые с помощью несложного механизма приводились в соприкосновение, а затем в быстрое вращение.

Лед плавился, вода нагревалась на 15 градусов. Здесь уже нельзя было говорить, что теплород появился из воздуха. В своем опыте Дэви разрешил несложное для нас, но казавшееся неразрешимым в те времена противоречие: к трущимся деталям, нужно иметь доступ, чтобы заставить их двигаться, и нельзя иметь доступ, чтобы не проникал воздух «теплорода».

Техника не раз «выручала» Дэви, с ее помощью он сделал много открытий.

Например, построив огромный по тем временам гальванический столб, он подробно исследовал электрическую дугу (правда, на 8 лет раньше ее наблюдал русский ученый В. В. Петров), стал основателем электрохимии. Но его открытия послужили и технике. Шахтеры всегда смертельно рисковали, опускаясь в шахту с открытым огнем – свечами, факелами, светильниками. Ведь если в шахте оказывался рудничный газ, взрыв был неизбежен. Дэви установил, что если окружить открытый огонь частой медной сеткой, то языки пламени, способные вызвать взрыв массы газа, не могут выйти за сетку, а свет и необходимый для горения воздух проходят без всяких потерь. Снова было разрешено противоречие: к пламени должен быть доступ воздуха, чтобы оно горело, и не должно быть доступа, чтобы не было взрыва. Шахтеры навсегда были избавлены от опасности.

Молодой студент не поверил в теорию движения ледников, выдвинутую маститым геологом Н. С. Шалером. Последний утверждал, что из-за огромного давления многокилометровой толщи лед у основания ледника должен плавиться и скользить по «водяной смазке». Как это проверить? Студент решил смоделировать это грандиозное явление в обычных условиях. Он взял большой чугунный брус, просверлил в нем отверстие и подогнал к нему цилиндрик, который должен был служить поршнем. Оставалось залить в отверстие воду, заморозить ее и надавить на поршень мощным прессом, Расчеты показали, что давления, возникающие в отверстии, соизмеримы с давлением ледника на собственное основание. Но как узнать, расплавился ли лед под поршнем?

Ведь туда не заглянешь! Установить внутри датчик температуры? Но давление раздавит любой датчик, да и температура у льда и талой воды одинакова. Студент догадался использовать для индикации состояния льда главное свойство, которое отличает его от воды, лед – это твердое тело!

Он сделал так: залил воду в отверстие до половины, заморозил ее, потом положил на лед свинцовую пулю и долил воды, заморозив и ее. Получился столбик льда с вмороженной в него пулей. Его поставили под пресс. Давление было огромным, куда больше, чем в ледниках – сквозь микроскопические поры в чугуне выдавились тончайшие иглы льда! Брус сняли с пресса и, слегка подогрев его, вытащили из отверстия ледяной цилиндрик. Пуля по-прежнему находилась в его середине. Значит, давление не сумело расплавить лед, иначе бы пуля в воде утонула и оказалась бы вблизи дна.

Так начал свой путь в физике знаменитый Роберт Вуд. Его называли «гением эксперимента». Практически каждая из его почти трехсот научных работ – описание красивейших опытов с массой изобретений. Вуд обладал удивительным свойством находить самые простые решения (а это сложнее всего!), использовать любые имеющиеся под рукой ресурсы. Когда ему потребовалось очистить от пыли и паутины спектроскоп – деревянную трубу длиной 20 метров и диаметром 15 сантиметров, он, не долго думая, схватил свою кошку и запихал ее в трубу, закрыв ближайший выход.

Кошка проползла по трубе к свету и выскочила из нее, волоча за собой шлейф паутины.

Талантом изобретательнейшего экспериментатора прославился и советский ученый, лауреат Нобелевской премии Петр Леонидович Капица. Однажды перед ним встало острое противоречие. Для проведения экспериментов по изучению свойств веществ в очень сильных магнитных полях была создана уникальная электрическая машина – ударный генератор, способный давать огромный ток – 72 тысячи ампер при напряжении 3000 вольт в течение сотой доли секунды. Этого времени оказалось достаточно для проведения опыта. Но в момент включения тока машина создает маленькое «землетрясение», которое заставляет дрожать точные измерительные приборы, фотоаппараты, другую фиксирующую аппаратуру, искажает результаты эксперимента. Конечно, можно было попытаться как-то смягчить удар, установить амортизаторы, «подушки». Но особого эффекта это скорее всего не дало бы, а установка бы резко усложнилась. Капица нашел до гениальности простое, решение:

генератор поместили в одном конце зала, а испытательный стенд – в другом.

Электрический ток распространяется со скоростью света, а толчок – со скоростью звука, то есть намного медленнее. Пока он дойдет до стенда, испытание длительностью в сотые доли секунды успевает закончиться. И толчки не страшны.

Наверное, трудно найти человека, ни разу в жизни не слышавшего о выдающемся физике современности Альберте Эйнштейне. Интересно, что с 1902 по 1909 годы великий физик работал патентным экспертом в бюро патентов в г. Берне (Швейцария), то есть занимался рассмотрением различных изобретений. Именно в это время были выполнены его первые знаменитые работы: по специальной теории относительности, теории фотоэффекта (за эту работу он через 17 лет был удостоен Нобелевской премии), по теории броуновского движения, впервые позволившей экспериментально доказать атомное строение материи. Некоторые биографы Эйнштейна считают, что работа в патентном бюро не имела отношения к его деятельности в области физики.

Но сам Эйнштейн считал иначе. Во многом эта работа – привычка разбираться с «хитрыми» задачами и решениями, преодолевать психологическую инерцию – помогала формированию его физического мышления. Не все знают, что Эйнштейн был активным изобретателем, ему принадлежит более 20 разных патентов, причем отнюдь не на безделушки. Он автор идеи «потенциал-мультипликатора» – прибора для измерения чрезвычайно малых напряжений. Этот прибор ему понадобился для подтверждения собственных теоретических выводов о малых изменениях (флуктуациях) напряжения в конденсаторах, связанных с хаотическим движением электронов. Прибор усиливал сигнал в 360000 раз и устарел только с появлением современной электроники. Навигационные гироскопические устройства, новые холодильные машины и магнитогидродинамические насосы, магнитострикционный громкоговоритель, экспонометр и многое другое – таков круг технических интересов Эйнштейна. Крупнейший физик-теоретик наших дней был и прекрасным изобретателем!

Задача 3. Весна. Колхозники готовят картошку для посадки, а на поле с прошлого еще года затаился коварный враг – нематода, черви-вредители. В своих коконах они могут ждать не один год, а как только почувствуют запах картофельного сока из поврежденных при посадке клубней, вылезут из коконов и доберутся на горе крестьянину до лакомого обеда. Конечно, существуют химические методы борьбы, но они опасны не только для вредителей, которые научились неплохо приспосабливаться к химии, но и для людей, которым потом придется есть картошку с этого поля. Как быть?

Задача 4. Изобретателю надоело писать. Он достал инструменты и принялся портить футбольный мяч. Вынул камеру, надрезал, закрепил внутри грузик на упругой пружинке. Потом тщательно заклеил камеру, засунул в покрышку и накачал. Вышел на улицу и ударил для пробы по мячу. «Поиграем завтра с ребятами на школьном стадионе»,– подумал он и рассмеялся. Над чем он смеялся?

Задача 5. Дело было очень давно. Английский король Ричард Львиное Сердце возвращался из крестового похода и бесследно исчез где-то по пути (потом стало известно, что его пленил и заточил в крепость герцог Австрийский). Найти короля взялся трубадур Блондель Нельский, Он очень любил Ричарда – героя и поэта, с которым они вместе сочинили и спели немало песен в былые времена. Но как же его найти? Можно сотню раз проехать мимо темницы, где он томится, и не знать, что друг за стеной... Как быть?

ПОМОЧЬ АРХИМЕДУ

Через несколько дней в квартире Изобретателя раздался телефонный звонок.

– Здравствуйте, я учитель физики. Помните, мы с вами беседовали о законе Архимеда? Мы завтра его будем повторять. Приходите на урок!

– С удовольствием!

...Изобретатель сидел за последним столом. У доски мучился рослый ученик.

– Тело легче воды, плотно лежащее на дне стакана, не всплывет, потому что… там атомы… или молекулы... Оно вытесняет...

– Нет там никаких атомов и молекул! Там маленькие человечки, – не выдержал Изобретатель.– Вы разрешите? – обратился он к Физику. Тот кивнул. В полной тишине среди замершего от удивления класса Изобретатель прошел к доске.

– То есть, атомы и молекулы, конечно, есть,– улыбнулся он,– но не будем о них думать! Представим себе, что вода состоит из маленьких, маленьких человечков, с ручками, ножками. Они теснятся толпой, толкают друг друга, стараясь занять свое место в сосуде. Идите сюда! – позвал он ребят с первых парт,– и вы тоже, и вы.

У доски столпилось полкласса. Это – человечки воды. Всем очень нужно добраться до стенки – так сила тяжести тащит частицы воды на дно стакана. Немного и с удовольствием потолкавшись, ребята заполнили в несколько рядов узкое пространство между столами и стенкой.

А теперь в воду бросили тяжелый предмет – это Сережа, отвечавший у доски. Он сильнее других, и ему тоже нужно попасть к стенке!

Сильный Сережа быстро растолкал смеющихся одноклассников и прижался к стенке. Ребятам пришлось освободить ему место и «уровень жидкости в сосуде»

возрос. Но движение не прекращается: по условиям задачи они пытаются вытолкнуть Сережу. Несколько ребят попытались втиснуться между ним и стенкой, но Сережа это быстро пресек.

Небольшая перестановка: место Сережи занял маленький Юра. Ребята общими усилиями быстро выталкивают его «наверх».

А теперь новое задание. Юра прижался к стене очень плотно, между ним и стенкой втиснуться нельзя. Ребята стараются, давят на него со всех сторон (а тянуть по условиям игры нельзя), сильнее прижимая его к стене. Вот он и не может «всплыть»!

Ребята сели на места.

– Для того чтобы понимать законы физики,– сказал Изобретатель,– действующие, например, в жидкости, нужно четко представлять, что там на самом деле происходит.

Но это не так-то просто. И тогда на помощь может прийти метод, который в ТРИЗ называется ММЧ – моделирование маленькими человечками. Ведь в изобретательских задачах тоже очень важно представлять себе, какое действие мы хотим получить, как оно проходит. И мы воображаем, что в нашем распоряжении множество маленьких человечков, они нас слушаются, нужно только знать, как ими командовать. Вот, например, на одном предприятии возникла задача...

Задача 6. Представьте себе деталь, напоминающую гвоздь, у которого нужно покрыть серебром заостренный конец. Серебрение происходит в ванне, наполненной раствором солей, содержащих серебро. Для погружения деталей в ванну используют пластмассовый лист с прорезями, в которые устанавливают «гвозди». Концы торчат вниз, а сами «гвозди» удерживаются «шляпками» за края прорезей. Затем лист кладут на края ванны, и концы оказываются в растворе. Но в течение дня уровень раствора в ванне колеблется (часть раствора испаряется, расходуется), за ним нужно следить, иначе детали – в брак. Как быть?

– Нужно сделать систему автоматического подлива раствора. Очень просто – датчик определяет уровень жидкости, дает команду на открывание крана. Можно использовать ЭВМ,– предложили ребята.

– Конечно, ЭВМ неплохо поставить. Но ведь они недешево стоят. Наверное, если бы можно было обойтись без ЭВМ, найти какое-то простое и дешевое решение, было бы лучше? Давайте поэксплуатируем маленьких человечков! Нет, к доске выходить не нужно! Просто нарисуйте человечков в своих тетрадях.

...Толпа человечков раствора. Над ними – мост, а с моста свисает столб – это наш «гвоздь». Человечки облепляют столб и уходят из раствора вместе с ним. Теперь их осталось меньше, и следующий столб покрывается человечками не на всю нужную высоту. А потом их еще меньше. Что же им делать? – Пусть ванна с человечками поднимается постепенно навстречу столбу!

– Нет, лучше пусть столб опускается!

– Он же на мосту закреплен, мост не может опускаться!

– Может! Бывают мосты, которые плавают, я такие в кино про войну видел!

Понтонные!

– Точно! Можно лист с деталями поставить на поплавки, пусть он плавает в ванне!

– Правильно! – сказал Изобретатель.– Так и была решена эта задача. Только решали ее несколько лет. А почему вы ее решили так быстро?

– Помогли маленькие человечки.

– И еще Архимед!

– Хорошо. Вот еще задача.

Задача 7. При производстве стальных труб очень важно отрезать от слитка заготовку точно заданной массы, тогда все трубы будут иметь нужную длину. А слитки разного размера, формы. Установили множество датчиков, которые определяли форму слитка, его размеры, ЭВМ высчитывала вес и указывала, где резать. Но система получилась дорогой и капризной. Датчики забрызгивались маслом, к ним приставала летящая окалина, они начинали ошибаться, часто вообще отказывали. Как быть?

Может быть, опять выручит старик Архимед? Подумайте дома.

РАЗГОВОР В УЧИТЕЛЬСКОЙ

– Хорошо, – говорит Физик.– Допустим, ребятам такое занятие нравится.

Интересно, весело и польза какая-то, несомненно, есть. Но ведь это же несерьезно!

Разве можно так извращать науку. Науку! – повторил он, явно произнося это слово с большой буквы.– Разве можно с ней так обращаться: человечек сюда, человечек туда!

– Вы уверены, что настоящая наука делается только серьезно? – спросил Изобретатель.

– Ну конечно! Ученые, профессора пишут строгие учебники, есть книги, в которых рассказывается, как делается наука.

– Да, действительно, учебники серьезны, профессора величественны... А если допустить, что это плохие учебники? Впрочем, не плохие, а... Понимаете, любая наука, раздел науки, теория проходит в своем развитии несколько этапов: детство, когда идея только зарождается; юность – период быстрого и эффективного развития; зрелость, когда все основные положения сформулированы, идет уточнение, совершенствование формы; и наконец старость, когда отжившая теория становится тормозом на пути новых идей.

На первых этапах новой наукой занимается немного людей, они, как правило, хорошо знают друг друга, переписываются, общаются, обсуждают свои работы, причем в этом общении много юмора, фантазии, вообще «несерьезности», которая помогает придумывать и воспринимать идеи, часто довольно «дикие» с точки зрения здравого смысла. На первых этапах требуется творчество высокого уровня, а оно невозможно без расторможенности, игры, шутки. Известно, как много смеялись, даже дурачились физики в знаменитой «школе Бора», положившей начало квантовой физике. А вот в период зрелости и, в особенности, старости в науке становится «тесно», возникает жестокая конкуренция. Знаете, мне иногда кажется, что сложность зрелой теории, ее могучая математическая оснащенность призваны не столько прояснять, сколько скрывать смысл науки, в некотором роде способ «защиты» своего места в науке, с одной стороны, от «непосвященных», с другой стороны, – от вторжения новых идей, подрывающих монополию признанных сегодня специалистов.

Не зря говорят, что, изучая науку, нужно в первую очередь читать классиков. У классиков все проще и понятнее, основные идеи не «спрятаны» за сложными математическими выкладками. На первых этапах развития науки большую роль играют простые и наглядные мысленные модели, помогающие представить, что «внутри» изучаемой системы.

– Может быть, в чем-то вы правы,– задумчиво произнес Физик. – Рассказывают, что гениальный физик Лев Давыдович Ландау всегда стремился сделать объяснение сложных вещей простым, наиболее ясно отражающим истинную суть лежащих в основе наблюдаемых явлений законов природы. Себя он называл великим тривиализатором, а своих коллег убеждал, что чем теория проще, тем она лучше.

Коллеги возражали, что тогда каждый дурак все поймёт и станет везде кричать: «За что им такие деньги платят?!» Ландау на это отвечал, что если сделать выступление непонятным, дурак все равно не поумнеет. И еще пример вспомнил: в своё время Максвелл, разрабатывая сложнейшие вопросы термодинамики, придумал «демона» – микроскопическое волшебное существо, которое стоит у дверцы, разделяющей на две части сосуд с газом, и пропускает из одной части в другую через эту дверцу только быстрые молекулы. Благодаря таким действиям «демона» газ в одной части нагревается, а в другой – остывает...

– Да, «демон» Максвелла – известная теоретическая модель, много давшая развитию физики. Ее часто вспоминают. Еще рассказывают, что Кёкуле придумал знаменитую замкнутую структурную формулу бензола, увидев, по одним сведениям, во сне змею, ухватившую себя за хвост, по другим – фургон на улице, перевозивший обезьян. Мартышки резвились, повиснув на сетке фургона, образовав замкнутое кольцо. Есть и другие примеры, Как вы считаете, отображение сложных технологических процессов на дисплее – серьезная проблема?

– Думаю, да. Обычно оператор должен следить за множеством параметров, чтобы в нужный момент вмешаться.

– А как отразить одновременно зависимость процесса от десятка или даже более параметров?

– Наверное, с помощью кривых, графиков.

– На одном графике можно показать взаимосвязь двух параметров, в крайнем случае нескольких пар, но тогда получается ненаглядно, трудно следить за их изменением. А американский математик Г. Чернов в 1973 году предложил метод, получивший впоследствии название «лица Чернова». Суть его в том, что все данные, характеризующие процесс, изображают в виде забавной человеческой физиономии.

Каждый элемент такого «портрета», например размер носа, рта, форма лица, бороды, усов, соответствует какой-то характеристике. И изменяются они соответственно.

Например, чем выше температура, тем сильнее вытягивается физиономия или растут уши. А падение давления, допустим, уменьшает размер глаз. При появлении какого-то побочного, вредного вещества «вырастает» борода, при исчезновении нужного – человечек лысеет. Любое изменение деформирует «лицо», меняет его выражение. А рядом – «лицо» эталонное, для сравнения. Иногда эталонной является половина «лица», другая половина отражает процесс. Оператору нужно следить, чтобы «лицо»

не перекашивалось. Вот, посмотрите,– Изобретатель пододвинул к себе лист бумаги и нарисовал на нем несколько смешных рожиц.

– Действительно, забавно! – рассмеялся Физик. – Интересно, а как такой метод использовать в школе? Например, изображать «лицо» класса? Все-таки несолидно.

– Есть такой фантастический рассказ «Опаляющий разум», его автор Г. Альтов (это литературный псевдоним автора ТРИЗ Г. С. Альтшуллера). Там сформулирован «принцип сохранения солидности»: чем больше солидности во внешнем проявлении, тем меньше ее в деле!

– Но все-таки, почему именно маленькие человечки? – допытывается Физик.– Почему не «дрессированные» атомы, молекулы? Это как-то более «физично», что ли...

– Маленькие человечки, муравьишки, осьминожки – мои ребята охотно их рисуют (наверное, под влиянием мультфильмов)– в принципе все равно. Но лучше одушевленные существа, чем безликие дрессированные молекулы. Человечкам можно приказать, объяснить. С ними намного интереснее.

– Возможно,– согласился Физик.– Но меня вот что волнует. Вы сказали, что веселость, несерьезность характерна для первого этапа развития науки, творческого этапа. А мы даем ребятам давно известные вещи. Выходит, здесь шутки необязательны?

– Ну почему же? Разве трудно любой, даже много раз слышанный материал изложить по-новому, как будто старое открытие сделано вот только сейчас, здесь, прямо на уроке?

– Можно, конечно, такой метод давно известен – проблемное обучение,– заметил Физик. – Сегодня о нем много пишут, говорят.

– Да, по постановке задачи это проблемное обучение. А вот насчет того, что все это давно известно... Но об этом мы с вами в другой раз поговорим,– заторопился Изобретатель.

– Договорились! – сказал Физик.– Но я надеюсь, что разговор о маленьких человечках тоже не закончен. Следующая тема – тепловые и молекулярные явления, наверное, и здесь человечки могут быть полезными?

– Конечно! – И Изобретатель попрощался, предварительно условившись о следующем посещении.

ИГЗ: ТВОРЦЫ НОВОГО

Продолжая начатую работу, Изобретатель решил, что ребятам стоит рассказать не только о физиках, но и о выдающихся изобретателях. Конечно, такое разделение весьма условно, как уже отмечалось, многие физики были прекрасными изобретателями. Вот и изобретения П. Л. Капицы неразрывно были связаны с его открытиями, а во многих случаях последние были сделаны благодаря первым. Об одном из его изобретений уже рассказано. А вот другая история.

П. Л. Капица исследовал свойства искусственной шаровой молнии, которую он получал на созданной под его руководством установке с помощью сверхвысокочастотного электромагнитного излучения. Шар плазмы удерживался в центре заполненной гелием камеры магнитным полем. Плазма горячая и, будучи менее плотной, чем холодный гелий, все время пыталась всплыть. Сотрудники Капицы предлагали сложные решения, связанные с удержанием молнии в центре с помощью более мощных магнитных полей. Но он не воспользовался их советами. Подсоединив к камере обыкновенный пылесос, он заставил вращаться гелий в камере, и более легкая молния зависла в центре подобно тому, как чаинки в середине стакана при размешивании.

Жидкий воздух получали в поршневых детандерах – машинах, очень похожих на паровой двигатель. Сжатый под большим давлением газ поступал в цилиндр и расширялся, двигая поршень. При этом тратилась энергия на работу поршня, поэтому газ охлаждался. Конструкция поршневых машин была достаточно сложной, а производительность невысокой. Известно, что в энергетике давно отказались от поршневых паровых машин и перешли к паровым турбинам, сегодня такие есть на любой тепловой электростанции. По аналогии с энергетикой давно предлагали такие же турбины использовать и для сжижения газа. Но попытки эти оказывались неудачными – коэффициент полезного действия был низок. «Инженеры, загипнотизированные аналогией тепловых процессов в холодильных и паровых машинах, просмотрели очень важный фактор. Они упустили из виду, что воздух благодаря своей большой сжимаемости при низких температурах становится настолько плотным, что по своим физическим свойствам гораздо больше напоминает воду, чем пар. Это приводит к тому, что холодильные турбины надо строить не по образцу паровых, а по образцу водяных»,– рассказывает П. Л. Капица. Один из самых трудных моментов в изобретательстве– освободиться от гипноза известных решений, от психологической инерции!

Во время войны ожижители Капицы снабжали кислородом армию, медицину, военную промышленность. Был создан специальный главк «Главкислород», который возглавил П. Л. Капица. За эту работу он после войны получил звание Героя Социалистического Труда. Вторично этого звания он был удостоен в 1974 году за научные успехи...

К 1933 году максимальная скорость истребителя была чуть выше 300 километров в час. Военные требовали повысить ее до 450 километров, но конструкторы считали такую скорость нереальной. Спор между военными и конструкторами решался на совещании, которым руководили два наркома – по военным и морским делам К. Е.

Ворошилов и тяжелой промышленности Г. К. Орджоникидзе. Первыми выступили представители авиапромышленности. Развесив красивые плакаты, на которых пересекались кривые мощности моторов и сопротивления воздуха, они научно доказали, что предельно достижимая скорость – 350 километров. Потом взял слово начальник вооружений РККА (Рабоче-Крестьянской Красной Армии) М. Н.

Тухачевский: «Да, теперь мы, наконец, поняли... Спасибо. Кривые пересекаются... Но поймите и нас – машина, которую мы у вас требуем, уже построена! И летает! Вот отчет о ее испытаниях в нашем НИИ. А вот и ее конструктор – комбриг Бартини Роберт Людвигович!»

Самолет «Сталь-6» конструкции Бартини был прорывом в будущее, качественным скачком. Он стал прародителем практически всех самолетов второй мировой войны:

обтекаемых монопланов с убирающимися шасси, с прекрасной аэродинамикой.

Но как сын одного из богатейших и знатнейших сановников Австро-венгерской империи, впоследствии государственного секретаря Итальянского королевства, барон Роберто Орос Ди Бартини стал комбригом Бартини, крупнейшим авиаконструктором, имя которого было рассекречено только в семидесятых годах и о котором до сих пор мало кто знает?

...Первая мировая война, разношерстная австро-венгерская армия. В части, где служил кадет (кандидат на производство в офицеры) Бартини, произошло довольно обычное событие: солдат недостаточно молодцевато приветствовал лейтенанта, тот его избил. Солдат не выдержал, ответил пощечиной и был расстрелян по решению военно-полевого суда. Через несколько дней после этих событий тот же лейтенант остановил Бартини; «Почему не отдаете честь?» «Свою нужно иметь»,—– ответил дерзостью кадет и успел выхватить пистолет первым. От казни спасло чудо – ворвались казаки и освободили его из каменного подвала. Бартини попал в лагерь военнопленных под Владивостоком, где (как шутили друзья) и набрался барон «социально чуждых идей». Бартини стал коммунистом и членом Центрального комитета компартии Италии 21 января 1921 года, в день ее создания. Он вошел в ее боевую группу. Накануне Генуэзской конференции, первой, в которой приняли участие представители молодой Советской республики, аристократ Бартини проник в белогвардейскую организацию, готовившую покушение на русскую делегацию, и сумел предотвратить его. Револционную работу он совмещал с учебой в политехническом институте, хотел стать авиаконструктором.

Его выдал предатель. Бартини был объявлен вне закона, и по решению ЦК Итальянской компартии он уехал в Советский Союз. Уехал с большим трудом – его пытались убить, рана была тяжелой – врачи зафиксировали состояние клинической смерти. Пытались отравить, выкрали документы.

В работе авиаконструктору Бартини более всего помогали могучее воображение, великолепное знание физики и математики, умение разрешать противоречия.

Действовал он так; формулировал наиболее контрастное противоречие «ИЛИ – ИЛИ»

– противоположность, исключающую решение задачи, а потом заменял эту формулировку на «И – И», то есть совмещение противоположностей!

Работая над проектом дальнего арктического разведчика ДАР, Бартини доложил Всесоюзному совету по аэродинамике, что в некоторых случаях воздушное сопротивление может не мешать, а наоборот, помогать полету! Его можно превратить в дополнительную тягу. Это было более чем странно. Отрицательное сопротивление, дополнительную тягу на ДАРе создавала мотогондола – большое кольцо, окружавшее двигатель. На испытаниях сначала включили двигатели, дали нормальную расчетную тягу, потом направили на двигатель мощный поток воздуха из аэродинамической трубы, моделируя скоростной напор. И вдруг в нарушении всех привычных представлений установка словно рванулась навстречу потоку! Тяга винтов подскочила на 30%. По предложению известного аэродинамика профессора И. В. Остроградского это явление назвали эффектом Бартини. Оно используется и сегодня для повышения эффективности воздушных винтов и самых современных турбовентиляторных двигателей. Бартини задавал авиационную «моду». Его самолеты, кроме одного, не выпускались серийно, но блестящие идеи и находки тиражировались в самолетах других конструкторов. Всю жизнь он отдал выполнению клятвы, которую дал еще в двадцатых годах своим друзьям – членам ЦК компартии Италии: всеми силами содействовать тому, чтобы «красные самолеты летали быстрее черных».

В первые трудные месяцы войны огромную роль в борьбе с немецкими танками сыграли бутылки с зажигательной смесью. Придумал их советский изобретатель А. Т.

Качугин. Устройство их было несложным: к бутылке с бензином привязывалась ампула с серной кислотой. Когда бутылка разбивалась о танк, лопалась ампула, серная кислота смешивалась с небольшим количеством бертолетовой соли и сахарной пудры, воспламенялась и поджигала бензин.

А. Т. Качугин изобрел и «партизанское мыло» – спецмастику, которая действительно мылилась, не вызывая подозрений у фашистов. Но кусок ее, прикрепленный к вагону или паровозу, сам воспламенялся при сильном обдуве воздухом во время движения. Температура достигала тысячи градусов, начинался пожар. Трудно было установить причину пожара. А изготавливалось это «мыло»

прямо на квартире у Качугина, с которым работали два помощника. По ночам к ней подъезжали грузовики, грозное оружие доставлялось партизанам самолетами.

Занимался А. Т. Качугин и медициной. Он знал, что радиоактивное облучение повышает вероятность появления раковых опухолей. Кроме того, ему было известно, что многие радиоактивные вещества, поступая в организм вместе с пищей, водой, благодаря космическому излучению и т. д. накапливаются в нем. К старости радиоактивность тела человека примерно в 250 раз выше, чем в детстве (так было и до атомных взрывов в Хиросиме и Нагасаки, испытаний ядерного оружия, аварий на атомных станциях). Знал Качугин и третий факт: в атомных реакторах Поглощают радиоактивное излучение, потоки нейтронов с помощью кадмиевых стержней.

Качугин сумел три, казалось бы, разрозненных, никак не связанных между собой факта увидеть в единой системе и предложил гасить «биологический пожар», вводя в организм соединения кадмия, чем сильно удивил врачей. Более двадцати лет идею Качугина не воспринимали всерьез. А он изобретал в разных областях: в электронике, измерительной технике, сельском хозяйстве; совершенствовал двигатели внутреннего сгорания, приборы и способы физических экспериментов, военную технику и многое другое.

Много лет назад четырнадцатилетний Нурбей поставил перед собой цель придумать «энергетическую капсулу» – какое-то устройство, способное накапливать энергию и отдавать ее людям, когда потребуется. Казалось бы, таких капсул существует предостаточно: тепло запасает термос, расплавленное вещество. Запасти энергию можно в гигантском конденсаторе, аккумуляторе, в катушке индуктивности.

Но юному изобретателю хотелось придумать свой способ, более эффективный.

Профессор Н. В. Гулиа стал специалистом по маховичным аккумуляторам – грузам, раскрученным до очень высокой скорости. Маховики, известные людям с древнейших времен, оказались наилучшими накопителями энергии.

Но маховик – довольно опасная штука: чем сильнее его раскрутишь, тем больше запасешь энергии. При этом возрастают инерционные (раньше их называли центробежные) силы, которые, достигнув предела прочности маховика, могут разорвать его. Тогда вся запасенная могучая энергия обратится в энергию разрушения.

Гулиа придумал, как исключить такую опасность. Сконструированный им накопитель получил название «сверхмаховик». Его изготавливали, наматывая с большой силой стальную ленту на каркас, склеивая витки друг с другом. В такой «обмотке»

возникают большие усилия, направленные к центру маховика (попробуйте на палец намотать кусок резинки – сразу почувствуете, что с каждым витком пальцу становится больнее). Такая конструкция называется предварительно напряженной. Когда маховик начинает вращаться, возникающие при этом центробежные силы сначала «разгружают» ленту от предварительного напряжения, а только потом начинают растягивать ее. Но даже если усилия превысят допустимые и лента разорвется, то ничего страшного не произойдет; отойдет наружный виток в сторону, станет тереться о стенки корпуса, тормозя маховик. Как еще лучше прижать витки маховика друг к другу? Например, можно намагнитить витки, тогда они станут притягиваться к расположенному в центре магниту. А можно мотать маховик из двух параллельных лент, разделенных слоем клея, обладающего электроизоляционными свойствами.

Теперь если одну ленту зарядить положительно, а другую – отрицательно, появится притяжение за счет электрических сил. А реализовать эту идею можно с использованием вращения – вывести на ось две щетки, которые будут тереться о неподвижный диэлектрический материал и заряжаться благодаря трению.

Много изобретений сделал Н. В. Гулиа, его ученики и последователи, чтобы маховики заработали. Для исключения трения в подшипниках он сконструировал магнитные опоры. Чтобы не было трения о воздух, супермаховик поместили в вакуумную камеру. Тут же была размещена электрическая машина, которая должна раскручивать маховик и снимать с него энергию. Не исключено, что когда-нибудь на улицах наших городов появятся экологически чистые маховичные автомобили, которые будут изредка, не чаще, чем сегодня заправляют бензином, «заводить» на специальных станциях...

Задача 8. Много лет П. Л. Капица руководил созданным им Институтом физических проблем. Даже за дисциплину в своем институте он боролся изобретательскими методами. В институте не было проходной, вахтеров, за опоздание не объявляли выго¬воров, и все-таки опозданий не было. И не только потому, что все были увлечены работой, но и благодаря одному хитрому изобретению Петра Леонидовича. Что он придумал?

Задача 9. Создавая новый самолет, Р. Л. Бартини столкнулся со сложной проблемой – необходимо было сварить при помощи точечной сварки нержавеющую и хромомолибденовую сталь. Од¬нако требования к сварке у этих сталей совершенно разные: нержавейку нужно варить коротким и мощным токовым «ударом», чтобы из нее не успели «выпасть» легирующие вещества. А хромомолибденовую, наоборот, медленно, слабым током, чтобы не перегреть, иначе она станет хрупкой. Как быть?

Задача 10. А. Т. Качугину как-то предложили казавшуюся неразрешимой задачу – измерить температуру долгоносика – крохотного насекомого, вредителя полей.

Миниатюрных термопар тогда еще не было. Как быть?

КОГО СЛУШАЮТСЯ МАЛЕНЬКИЕ ЧЕЛОВЕЧКИ?

На следующем занятии по просьбе Изобретателя снова вышли к доске ребята с первых парт.

– Станьте подальше друг от друга и крепко возьмитесь за руки! – сказал он. Когда ребята выстроились, Изобретатель подошел к первому в ряду и дернул его за руку. Все ребята почти одновременно сдвинулись с места.

– На что это похоже? – спросил Изобретатель.

– На веревку...

– В принципе верно, а точнее – на твердое тело. Как видите, оно состоит из человечков, крепко сцепившихся друг с другом: дернул одного – двинулись все. А теперь опустите руки.

На какое агрегатное состояние они похожи сейчас?

– На жидкость?

– Какая же это жидкость? – вмешался Физик.– Частицы жидкости всегда немного сцеплены друг с другом – отсюда поверхностное натяжение, помните каплю, висящую на кончике пипетки?

– Ваш учитель прав,– сказал Изобретатель.– Действительно, маленькие человечки жидкости должны хоть чуть-чуть...

– Одним пальчиком! – подсказали из класса. – Да, одним пальчиком держаться друг за друга, – продолжал Изобретатель. – А вот теперь маленькие человечки все напрочь рассорились и не хотят терпеть рядом с собой никого. Что у нас получилось?

– Верно. И как они должны себя вести? – Разбежаться по всему классу! Занять весь класс! Изобретатель согласился с ребятами, но попытки это продемонстрировать пресек.

– Вот видите, человечками нужно управлять, – сказал он. – Кто, по-вашему, мог бы ими командовать? Например, сказать группе наших крепко сцепленных человечков:

«Отпустите руки!»

– Температура!

– Хорошо. И что это будет?

– Плавление. – Правильно. А если у нас человечки жидкости, что им может приказать тепловое поле?

– Замерзнуть! Или испариться!

– А можно заставить человечков совершать действия не столь резкие?

– Можно! Например, ртуть в термометре под действием тепла не испаряется, а просто расширяется – столбик удлиняется!

– Это тепловое расширение! Чем больше тепла, тем быстрее движутся молекулы, температура растет.

– А почему тогда твердое тело не «рассыпается» на молекулы, раз они все движутся? Давайте промоделируем на человечках и это явление. Вот шеренга человечков при очень низкой температуре. Они все сцеплены. Но этого мало. Им очень холодно, они прижались друг к другу очень близко, насколько возможно и совсем не шевелятся. Вот стало чуть теплее. И человечки начинают шевелиться, толкая друг друга, ритмично колебаться. Расстояния между ними растут, шеренга становится длиннее. Но рук человечки не отпускают, остаются «твердым телом». Пока...

– Пока сила толчков не станет больше, чем сила сцепления. Тогда твердое тело станет жидким!

– Хорошо! А если продолжать нагревать?

– Они будут бегать все быстрее, самые быстрые начнут выскакивать из общей кучи. Жидкость начнет испаряться.

– А что мешает человечкам сразу, как только они расцепили руки, разбежаться в стороны?

Ответа не последовало. Ребята задумались. Тогда Изобретатель вызвал к доске несколько самых рослых мальчишек, в том числе и уже знакомого нам Сережу. Он тихо о чем-то с ними договорился, а потом сказал ребятам, стоявшим у доски:

– Вы – «жидкие» человечки! Разбегайтесь, испаряйтесь!

Но не тут то было! Тех, кто пытался отбежать в сторону, хватали и водворяли назад в кучку «силачи» под командованием Изобретателя. «Кордон» сумел проскочить только один и убежал в конец класса. За ним никто не погнался.

– Так что же мешает человечкам разбегаться? – повторил свой вопрос Изобретатель, устанавливая порядок и тишину.

– Сережка! Валерка с Витькой!

– А кого изображали эти ребята?

– Может быть, молекулы воздуха? Они расположены над жидкостью и не дают ей разбегаться.

– Сила, с которой человечки воздуха толкают человечков жидкости назад, называется силой давления. Она тем больше, чем больше в сосуде человечков воздуха или другого газа. А если мы станем теперь подогревать жидкость?

– Тогда некоторые человечки наберут большую скорость и вырвутся «на свободу», как Толик сумел убежать!

– Хорошо. А как добиться того же, но без подогрева жидкости?

– Можно сделать человечков воздуха «слабее». Пусть их будет меньше.

– Вообще прогнать!

– Правильно. Жидкость, помещенная в безвоздушное пространство, испаряется даже при низкой температуре. Итак, на человечков действуют тепловое поле и поле давления. А какие еще поля могут управлять маленькими человечками?

– Сила тяжести!

– Да, гравитационное поле. А есть отличия в его действии на человечков «твердых», «жидких», «газообразных»? Посмотрим на их поведение. Снова выстроилась шеренга. Изобретатель указал на окно и сообщил, что там – низ, туда должна тянуть сила тяжести. Но ребята должны помнить, что они – «твердые»

человечки. Пошли! Шеренга, не расцепляя рук, боком двинулась к окну и уперлась в него. А теперь человечки «жидкие». Плотной толпой ребята устремились к окну, заполнив пространство возле подоконника в несколько рядов. Какой отсюда вывод? На твердое тело гравитационное поле действует на все целиком, а на жидкость– на каждого человечка в отдельности! Потому, что силы, связывающие человечков в твердом теле, больше, чем сила гравитации, а в жидкости – меньше, человечки слушаются более «сильного». А если вдруг гравитация очень вырастет?

– Она раздавит твердое тело, оно растечется по поверхности!

– Правильно. А как действует гравитация на газ?

Изобретатель достал из сумки флакон с одеколоном и сказал:

– Я сейчас открою флакон и выпущу оттуда маленьких человечков. Где будет сильнее запах через несколько минут: наверху или внизу?

Ребята старались вовсю: залезали на стулья, становились на корточки и нюхали.

Но разницы обнаружить не удалось.

– Так что же, человечки газа тяжести не слушаются? – спросил Изобретатель.

– Нет, не может быть. Ведь тогда Земля потеряла бы свою атмосферу!

– Но тогда почему человечкам газа безразлично, куда лететь?

Задача 11. Как объяснить, что человечки газа распространяются во все стороны одинаково?

РАЗГОВОР В УЧИТЕЛЬСКОЙ

– Неплохо, неплохо,– говорит Физик.– Вот только почему вы употребляли слова «поле давления» и «тепловое поле»? Ведь таких полей в физике нет, это ошибка? Есть только четыре поля: электромагнитное, гравитационное, сильных и слабых ядерных взаимодействий. И еще некоторые специальные поля, связанные с разными частицами, но это слишком сложно для ребят, в школе о них не упоминают. Но нельзя вводить поля, которых нет!

– Вы, как физик, понимаете слово «поле» очень узко,– сказал Изобретатель.– А ведь это слово многозначное. Вот какое определение поля дает математический словарь: «Поле – комутативное кольцо, элементы которого, отличные от нулевого элемента, образуют мультипликативную группу»1. Для математика это вовсе не абракадабра, а очень важное определение, но для физики оно не пригодно, конечно.

Есть свои «поля» у агрономов, шахматистов, военные называют «полем» учения и т. п.

В теории изобретательства в «поле» вкладывается свой смысл. Здесь поле – это то или иное взаимодействие между веществами, объектами. Некоторые из них совпадают с физическими – гравитационное, электромагнитное. А другие с точки зрения физики «незаконные», например, механическое поле давления, инерционные силы, гидро– и аэродинамика и т. д. Работает в ТРИЗ и звуковое поле (в сущности, тоже механическое).

– Но ведь ребята все перепутают!

– Почему же? Не такие уж они глупые. Нужно только им все это объяснить, рассказать, что такое «техническое» поле, чем оно отличается от физического, для чего это понятие нужно.

– Да, в самом деле, а для чего?

– Вот об этом пойдет речь на следующем занятии. Насколько я понимаю, они у нас теперь будут проходить регулярно?

– Конечно, я уже все обговорил с Завучем,– обрадовался Физик.

1 Каазик Ю.А. Математический словарь. – Таллинн: Валгус, 1985.

ИГЗ: ПРОБЫ БЕЗ ОШИБОК

Еще во время первой встречи с ребятами Изобретатель рассказал о том, как ищут новые решения методом проб и ошибок и что ТРИЗ заменяет слепой перебор вариантов использованием закономерностей. Но теперь он решил остановиться на этом важном вопросе подробнее – ведь попыток улучшить метод было немало.

Возникновение, эвристики – науки о том, как искать новое, связывают с работами греческого ученого Паппа Александрийского, жившего в III веке нашей эры. Впрочем, никаких реальных рекомендаций, как правильно изобретать, он не сумел дать. А вот Раймунд Луллий (XIII век) придумал Арса Магна (Великое искусство) – что-то вроде логической машины, представлявшей собой несколько концентрических дисков, расчерченных на секторы, в которых были написаны разные слова. Поворачивая диски относительно друг друга, можно было получать огромное количество новых словосочетаний, фраз. Луллий использовал свою машину для доказательства «бытия божьего», но в XVIII веке великий сатирик Джонатан Свифт, описывая в «Путешествии Гулливера» лапутянскую академию наук, высмеял попытки с помощью подобной машины открывать новое. А в сороковых годах нашего столетия эту идею использовал американский астрофизик Ф. Цвикки, придумав метод решения изобретательских задач, получивший название «морфологический анализ».

Во время второй мировой войны в США, как и в других странах, лихорадочными темпами вели работы по созданию ракет, реактивных двигателей, К этим работам привлекли Цвикки, переехавшего в США из Швейцарии. Он удивлялся: одна группа разрабатывает один тип двигателя, другая – другой, а почему именно такой, а не иной – никто не задумывался. Тогда Цвикки, приученный своими астрономическими занятиями к порядку, систематизации, решил построить систему из разных типов двигателей. Он составил список важнейших элементов (признаков), определяющих конструкцию двигателей: А – ресурсы топлива; Б – агрегатное состояние топлива; В – агрегатное состояние среды; Г – способ создания тяги и т. п.– всего 11 признаков.

Затем по каждому признаку были выписаны варианты его исполнения: А1 – топливо, запасенное на борту ракеты; А2 – топливо поступает из внешней среды; Б1 – топливо газообразное; Б2 – жидкое; БЗ – твердое и т. п. Затем стал рассматривать всевозможные варианты сочетаний типа А1, БЗ, В2, ГЗ, Д1... Таких вариантов получилось очень много – около 37 тысяч. Проанализировав их, Цвикки сумел найти немало новых сочетаний, на которые получил ряд патентов.

Странно,– подумал Изобретатель,– за 15 лет занятий изобретательством я многократно слышал о том, что морфологический анализ – хороший метод. И тем не менее ни разу не прочитал об изобретениях, сделанных с его помощью, кроме изобретений самого Цвикки! Наверное, отпугивает людей гигантская трудоемкость метода. Не каждый способен перебирать тысячи комбинаций. Это – расплата за использование метода проб и ошибок: ведь морфологический анализ сохраняет его недостатки – систематизация перебора вариантов вовсе не спасает от ошибок.

Американец Алекс Осборн основательно «покрутился» в жизни: был строительным рабочим, посыльным в банке, клерком, полицейским, репортером, продавцом, учителем, бизнесменом и т, д. Занимаясь рекламой, столкнулся с необходимостью придумывать новое. И со временем предложил широко известную сегодня методику – «мозговой штурм». Главная его идея – поиску нового очень мешает психологическая инерция, привычка к шаблонному мышлению, стереотипам.

А еще сильнее мешает боязнь критики, неодобрения окружающих: в каждом из нас сидит строгий контролер, не позволяющий высказывать мысли, способные причинить нам вред или неприятность, загоняющий опасные идеи глубоко внутрь, в подсознание.

А вместе с опасными мыслями часто отсекаются и творческие. Поэтому Осборн в сороковых годах предложил для снижения психологической инерции разделить процесс поиска нового на две части. Сначала в свободной, непринужденной обстановке группа склонных к фантазированию людей – «генераторов» ищет решение проблемы, перебирая варианты. Критика запрещена, рекомендуется выдвигать любые идеи, в том числе и заведомо нереальные, шуточные, фантастические. Затем список высказанных идей изучает другая группа – эксперты, в которую включают людей с критическим, аналитическим складом ума. Мозговой штурм какое-то время казался универсальным методом, позволяющим решать практически любые задачи» Сегодня очевидно, что возможности его ограничены. Помогая в решении простых задач, он малоэффективен для сложных. К тому же слишком много зависит от ведущего штурм, от его умения направлять работу группы. А выучиться «на ведущего» трудно, инструкций практически нет, у кого-то получается, у кого-то нет...

Для повышения эффективности работы А. Осборн предложил задавать группе (или самому себе) ряд специальных вопросов, например, такие: Что можно увеличить или уменьшить, заменить, перевернуть наоборот в исходном объекте? Можно ли изменить функционирование, цвет, движение, запах, форму и т. п.? С чем можно объединить, скомбинировать объект? и т. п. Такие вопросы назвали контрольными, а сам метод – метод контрольных вопросов. Подобные списки вопросов придумывали и другие изобретатели. Например, известный английский изобретатель Т. Эйлоарт предлагал пробовать различные материалы, использовать переходные состояния при замерзании, плавлении и т. п. Еще он предлагал узнавать мнение о задаче у совершенно не сведущих людей, устраивать сумбурное обсуждение вопросов на вечеринках, в пабах (английских пивных), мысленно забираться внутрь механизма, посещать в поисках идей свалки металлолома, магазины игрушек...

Все это вполне может пригодиться при решении несложных задач, но и здесь нет гарантии успеха. Разве могли бы появиться профессиональные изобретатели, такие как работники МНТЦ «Прогресс», если бы не...

Еще мальчишкой Г. С. Альтшуллер сконструировал катер с химическим двигателем. Он занимался в двух кружках: в военно-морском и химическом. И в обоих нужно было в конце года сделать выпускную работу. В результате объединения работ появился катер с химическим двигателем. Идея двигателя была проста: если налить в карбид воды, начнется бурная реакция с выделением газа. Если газ поджечь, получится реактивный двигатель. Свою идею он реализовал: построил катер, который мог выдержать человека. И вот испытания. Залили воду в двигатель, несколько секунд ничего не происходило, вдруг резкий толчок выбросил испытателя за борт, как оказалось, к счастью, потому что еще через несколько секунд катер пролетел весь пруд, выскочил на берег и взорвался...

Еще он хотел построить Наутилус или просто какой-то аппарат, позволяющий плавать под водой. Акваланг тогда еще не был изобретен, да и откуда взять компрессор для сжатия воздуха? Подошел бы и жидкий воздух, но, конечно, холодильной машины у мальчишки тоже быть не могло. А нельзя ли получить жидкий воздух без ожижения? Теоретически невозможно... И все-таки ему удалось обойти запрет. Он решил использовать жидкость, в которой много кислорода, – перекись водорода Н2О2 – Для выделения кислорода ее достаточно подогреть. И достать перекись водорода оказалось несложно – в аптеках продается.

Аппарат был построен. Так еще в школе Г. С. Альтшуллер получил авторское свидетельство на свое первое изобретение.

Два года бились специалисты над проблемой создания газотеплозащитного скафандра для горноспасателей. Проблема была в том, что вес скафандра, включающего аппарат для дыхания и систему охлаждения, не должен был превышать 20 килограммов, в то время как только дыхательный аппарат весил 16 килограммов и система охлаждения немногим меньше. Был объявлен всесоюзный конкурс. И три первых места в нем заняли три варианта скафандра, разработанные Г. С.

Альтшуллером вместе с товарищем. Они нашли красивое решение проблемы:

совместить системы охлаждения и дыхания. Сначала жидкий кислород используется для охлаждения, а испарившийся кислород – для дыхания. Конечно, путь от идеи до конструкции был неблизок, попутно друзьям пришлось сделать еще несколько изобретений, прежде чем проекты были готовы.

Но главное изобретение Г. С. Альтшуллера – ТРИЗ, работу над созданием которой он начал в 1946 году, когда ему было 20 лет. К тому времени он уже работал инспектором по изобретательству в Каспийской военно-морской флотилии. Странное у него было положение: обращались за помощью в изобретательстве люди вдвое, а иногда и втрое старше его. Как им помочь? Он бросился в библиотеки, перерыл огромное количество книг в поисках советов, правил, как изобретать, и ничего не обнаружил. Тогда он решил разработать такие правила самостоятельно. Не сразу он понял, что вышел на большую, исключительно важную для всего человечества цель – создать метод, позволяющий каждому научиться изобретать, решать творческие задачи в разных областях человеческой деятельности. И всю дальнейшую жизнь Г. С.

Альтшуллер подчинил достижению этой цели.

В 1948 году, когда были получены первые результаты, Г. С. Альтшуллер вместе с товарищем, которого он привлек к работе над целью, написали письмо Сталину. Оно было объемистым – несколько десятков страниц и содержало анализ весьма плачевного состояния изобретательского дела в стране. В письме предлагались меры по улучшению изобретательства, в первую очередь путем обучения изобретателей новым приемам изобретательства. Письмо было деловое, сухое, без обязательных для того времени уверений в личной любви и преданности, оно выглядело укором Председателю Совета Министров, плохо, по мнению авторов, выполнявшему свои обязанности.

Изобретатель вспомнил, как он расспрашивал Генриха Сауловича об этом пись-ме – неужели тот не понимал, чем оно грозило? Понимал. Но не мог остаться равнодушным к страшной разрухе, в которой оказалась наша страна в послевоенные годы, к угрозе атомной войны. Он был уверен в том, что в его руках возможность помочь восстановлению страны, и не мог не попытаться это сделать. Но ответом на письмо был арест, вздорные обвинения, пытки, приговор – 25 лет лагерей.

Работа над ТРИЗ не прекращалась и в лагере, несмотря на голодное существование, нечеловеческие условия жизни и вдобавок одно из самых издевательских лишений – запрещение вести записи – все нужно было держать в голове. И тем не менее Альтшуллер считает, что именно ТРИЗ помогла ему выжить:

первыми гибли те, кто сломался, смирился с безысходностью и потерял цель, смысл жизни.

В 1954 году Г, С. Альтшуллер был полностью реабилитирован. В 1956 году вышла первая статья с изложением основ ТРИЗ. С тех пор изданы десятки книг, сотни статей, написанных Г. С. Альтшуллером и его учениками. Многие книги переведены на иностранные языки и изданы за рубежом. В сотнях городов нашей страны работают школы, народные университеты, центры по обучению изобретательству взрослых и детей, в которых ведут занятия подготовленные Г. С. Альтшуллером ученики и ученики его учеников. Слушатели начинают решать свои производственные проблемы еще в процессе обучения. Группы по изучению ТРИЗ работают на заводах, в НИИ, Дворцах культуры и техники, Домах научно-технической пропаганды, центрах НТТМ, вузах, в институтах повышения квалификации инженеров, кооперативах. А в Минске специалисты по ТРИЗ разрабатывают интеллектуальные системы, создают на базе мощной ЭВМ «изобретающую машину» – надежного помощника изобретателя.

ТРИЗ изучают не только инженеры, но и врачи, учителя, социологи, биологи, журналисты – все, кому приходится в своей работе решать творческие задачи. Всей этой работой руководит на общественных началах Г. С. Альтшуллер, не занимающий формально никакой должности. Множество людей благодарны ему за то, что он привлек их к работе над наукой, может быть, самой важной из созданных в наше время – наукой о развитии творческой личности. Но государственные и многие общественные организации, призванные помогать изобретателю, в лучшем случае не «замечают» ее, а некоторые до сих пор активно противодействуют, яростно отрицая само ее существование. «Ничего, будущее все расставит на места», – усмехнулся Изобретатель.