«Что-то физики в почете»: кому сегодня не прожить без физики и как ее изучают в ЛЭТИ

«Что-то физики в почете»: кому сегодня не прожить без физики и как ее изучают в ЛЭТИ

На вопросы о том, где сегодня востребованы знания по физике, как изучают физику в ЛЭТИ и где можно погрузиться в физику с головой, отвечает заведующий кафедрой физики СПбГЭТУ «ЛЭТИ», доктор технических наук, профессор Александр Сергеевич Чирцов.

12.05.2020 1170

Физику в ЛЭТИ преподают и изучают с первого дня существования Первого электротехнического: учебный план Технического училища почтово-телеграфного ведомства с момента его открытия в 1886 года уже включал предмет «физика». Кафедра физики является старейшей кафедрой университета. В 1901 году на должность ординарного профессора физики в ЭТИ был приглашен А.С. Попов – он преподавал в 1901-1906 годах и вел интенсивную научную деятельность. Сегодня физику изучают на всех факультетах университета, за исключением гуманитарного. Физика входит в число вступительных испытаний на 11 из 23 направлений подготовки бакалавриата и специальностей. На наши вопросы ответил заведующий кафедрой физики, доктор технических наук, профессор Александр Сергеевич Чирцов.

– Уважаемый Александр Сергеевич, разговор о физике мы начнем с… математики. «Математику уже затем учить надо, что она ум в порядок приводит», – утверждал в свое время Ломоносов. А зачем, по-Вашему, нужно учить физику? Насколько знание физики востребовано в наше время и кому без нее точно не прожить – сегодня и в будущем?

– Первое, что приходит голову в качестве ответа на этот вопрос, это утверждение о том, что физика является главной областью приложения математики, которую, как убедил всех Михаил Васильевич (Ломоносов), учить надо. Кроме физики, настоящая математика по-настоящему нужна еще самой математике (которая сама по себе прекрасна и самодостаточна), но на этом, пожалуй, область ее востребованности в полной мере и заканчивается. Остальные применения ближе к арифметике, чем к математике. Математика и физика очень близки и сильно переплетены друг с другом. Но между ними есть и принципиальное различие. Математика подобна игре: «Прими утверждения, которые я придумал, а я строго выведу из них такое, о чем ты даже не подозревал». Таким образом, математика опирается на выдумки человека, нередко весьма изощренные выдумки, но… всего лишь на выдумки всего лишь человека или человечества – не важно.

Физика занимается другой задачей – попытаться понять, а если не получается или не получится – хотя бы смоделировать наш окружающий мир, который настолько изощрен и нетривиален, что до сих пор человечеству удалось разобраться (и то далеко не до конца) в его лишь самых простых проявлениях.

Зачем нужны попытки разобраться в окружающем мире? Ну, первое (для меня это, пожалуй, самое главное) – это фантастически ИНТЕРЕСНО и ЭЛЕГАНТНО. Мне очень нравится это второе слово в качестве характеристики современной картины мира. Второе – это ПОЛЕЗНО, ибо физика и построенные на ее фундаменте другие естественные науки позволяют с хорошей достоверностью предсказывать будущее (правда, пока только для достаточно простых систем нашего мира, но прогресс науки уверенно движется в сторону усложнения поддающихся анализу систем и объектов). Сегодня в предсказаниях будущего точные науки вне конкуренции: попробуйте спросить у самой преуспевающей гадалки, на каком расстоянии от вас упадет камень, брошенный под заданным углом к горизонту со склона горы с заданным наклоном с учетом эффектов трения о воздух и вращения Земли. Боюсь, что ее прогноз не окажется конкурентоспособным по сравнению с физическим. Ну и, наконец, существование физики УДОБНО. Удобно, ибо она подарила человечеству (помимо атомной и водородной бомб) множество весьма полезных «мелочей», без которых выжить, конечно, можно, но на такое выживание согласится далеко не каждый…

Вы спрашиваете, кто точно не смог бы прожить без физики? Прежде всего, НЕФИЗИКИ. Физики – они живучи, изобретательны и имеют представление о том, как устроены «приятные мелочи», созданные на базе физики. И в случае чего, самые необходимые из этих «мелочей» физик-то сможет воспроизвести или хотя бы попытаться. А вот что будет в подобной ситуации с НЕФИЗИКАМИ? – Да пофантазируйте сами после того, как я кратко перечислю эти «мелочи»: электричество, транспорт (особенно воздушный и скоростной наземный), связь, энергетика, обогревание/охлаждение, электроника (особенно микроэлектроника), телекоммуникации, IT-технологии… Достаточно? Если бы те наши современники, кто пытается громко заявлять о том, что лично им физика абсолютно не нужна, были людьми честными и приличными, они бы отказались от использования всего того, что создано на базе физических знаний. Результат бы не заставил себя долго ждать – через 2-3 месяца подобные заявления полностью бы исчезли по причине исчезновения заявителей…

– На каких факультетах и каких направлениях подготовки в ЛЭТИ изучают физику? Как строится вузовский курс? Отличается ли он от того, что изучали в ЛЭТИ будущие инженеры в прошлом веке?

– Сегодня в ЛЭТИ физика изучается студентами факультетов ФРТ, ФЭЛ, ФЭА, ФКТИ, ФИБС, на ФЭМ физика читается в рамках курса «Концепции современного естествознания». Безусловным лидером по востребованности физики в ЛЭТИ является факультет электроники. Это является следствием и его специализации, и менталитета научно-педагогического коллектива факультета. Именно на его базе кафедра физики успешно осуществляет проект по предоставлению наиболее подготовленным и мотивированным студентам возможности изучения курса физико-математических дисциплин в объеме, приближенном к программам физико-математических факультетов ведущих классических университетов России.

К сожалению, число часов, отводимых на изучение физики и других дисциплин, соответствующих точным наукам, в последние годы сокращается в рамках общей образовательной политики постперестроечного периода. Частично это происходит за счет выделения большего количества часов на самостоятельные занятия обучаемых. Именно эти часы мы и предлагаем наиболее мотивированным и подготовленным студентам провести не в одиночку, а вместе с наиболее квалифицированными и успешными в науке преподавателями. КПД от такой    «самоподготовки» оказывается весьма высоким. Право выбора формы «самостоятельных занятий», естественно остается за студентом: он может потратить освобожденное для него время на интенсивное изучение физики, может самостоятельно заняться собственным проектом создания очередного вечного двигателя, а может – просто хорошо провести время на футбольном поле или на волейбольной площадке. Слава Богу, теперь конкурентоспособность каждого выпускника на трудовом рынке – это прежде всего его личная проблема. Хотя нам, и преподавателям, и руководству университета, конечно же, далеко не безразлична дальнейшая судьба выпускников. Но для самих учащихся эта проблема, я уверен, должна быть определяюще-значимой в первую очередь.

Вы спрашиваете, отличается ли обучение в ЛЭТИ будущих инженеров сегодня от обучения в прошлом веке. За последние тридцать лет отличия безусловно возникли и связаны с серьезной компьютеризацией практически всех сторон нашей жизни, включая и естественнонаучное образование. Только, на мой взгляд, компьютеризация в обучении точным наукам пока идет не совсем в правильном направлении: все увлекаются созданием электронных журналов, ведомостей для оценок, виртуальными зачетными книжками. Это все, конечно, достаточно позитивно, но лишь в том случае, когда экономит время, а не отнимает его от основного дела – обучения. Меня вот что теперь настораживает: сегодняшние студенты почему-то по-прежнему при изучении физики испытывают заметные трудности в использовании математики – например, при вычислении интегралов. Несмотря на то, что теперь практически любой интеграл (даже принципиально «не берущийся») легко берется простым нажатием нескольких кнопок на персональном компьютере…

Что касается сопоставления современного обучения точным наукам с «прошлым в квадрате» XIX веком, то мне хочется упомянуть один документ того времени, принятый нашим вузом в те далекие времена. Речь идет о требованиях к выставлению оценки «отлично». Студент мог получить такую оценку лишь в случае представления им результатов самостоятельного оригинального исследования по теме соответствующего курса при дополнительном условии его полных и исчерпывающих ответов на все задаваемые ему вопросы, включая КАВЕРЗНЫЕ. Если такой документ когда-то реально существовал и, главное, исполнялся на практике, сегодняшнее возобновление его действия было бы весьма полезно – как минимум, для студентов, выбравших для своего обучения усиленный поток.

– В «гранит» вузовской физики «вгрызаются» первокурсники. Легко ли вчерашние школьники справляются с вузовской программой? Как Вы оцениваете уровень подготовки по физике в современной школе?

– Этот вопрос не имеет однозначного ответа. Все зависит от того, какие имеются в виду школьники и из каких они пришли школ. Выпускники ряда школ (прежде всего, физико-математических, но нередко и «обычных», если они попали в руки учителей, которые «чего-то хотят», и при этом не сильно сопротивлялись «хотениям» последних), приходят на первый курс с навыками вычисления интегралов, решения простых дифференциальных уравнений, начальными представлениями о теории относительности и квантовой механики. А среди их новых товарищей и коллег на первом курсе оказываются и те, кто испытывает трудности с решением квадратных уравнений и формулировками понятий классической механики Ньютона. Понятно, что перед этими группами студентов и их преподавателями стоят совершенно разные задачи. Кому-то (догадайтесь, кому) необходимо начать с восполнения пробелов образования на предшествующем уровне, догнать лидеров и стать к моменту завершения обучения полноправными обладателями дипломов, свидетельствующих об их высокой профессиональной квалификации. А другим надо… остаться недосягаемыми для их товарищей-конкурентов (рынок, господа, рынок!) и оказаться после окончания лидерами на российском, а еще лучше – международном уровне. Каждый должен иметь возможность получить от обучения столько, сколько он пожелает и сможет взять, но, разумеется, не ниже уровня, устанавливаемого государственным стандартом.

Именно по этой причине я ставлю сегодня перед кафедрой физики задачу реализации МАССОВОГО ИНДИВИДУАЛИЗИРОВАННОГО ОБРАЗОВАНИЯ, обеспечивающего каждому обучаемому возможность приобретения знаний и компетенций в том объеме, который он может и хочет получить. Отсюда вытекает необходимость создания учебных потоков с различной интенсивностью и глубиной обучения и использования дополнительных гибких электронных образовательных ресурсов, допускающих их самоадаптацию под запросы потенциальных потребителей таких ресурсов. Уверен, что такой подход открывает широкие возможности преподавателям для научно-педагогического творчества, а модным сегодня технологиям машинного самообучения и искусственного интеллекта – достойное поле для их приложений и развития.

Задан вопрос об оценке уровня подготовки по физике в современной школе. Тут я не решусь давать категорических ответов. В разных школах он разный, более того, среди выпускников одного учебного заведения этот уровень может различаться в разы (при его представлении в логарифмическом масштабе). Меня настораживает только одно. Несколько лет назад я записал триаду («Кинематика», «Классическая динамика материальной точки», «Основы небесной механики») удаленных курсов для школьников, желающих закрепить свои знания в изучаемой ими ньютоновской механике. В этих курсах я практически ничего от себя не выдумывал, а лишь повторил то, что знал вместе со своими одноклассниками к моменту окончания питерской физ-мат школы №38. Меня поразила оценка этого курса, данная ректором одного из далеко не последних наших университетов (по понятным причинам не буду уточнять какого): «Такой курс сможет освоить далеко не каждый наш профессор или доктор наук»). Не хочу ничего комментировать. Кому интересно – зайдите на образовательную видеотеку «Лекториум», посмотрите курсы и самостоятельно делайте свои выводы.

– Какие возможности предоставляет вуз для студентов «обычных» и одаренных? «Гибкая образовательная траектория» – это уже реальность или только перспектива? Какие инструменты и педагогические технологии используются?

– Я не верю ни в «гениев», ни в «посредственностей». Не бывает людей ни «обычных», ни «одаренных». Есть люди трудолюбивые и не очень. Есть студенты, мотивированные на получение качественного образования, а есть – с очень широким кругом мотиваций, таким широким, что на каждый сегмент мотивационного круга физически не хватает входящих в сутки 24 часов. Последних можно пытаться привести к сужению круга потребляющих время интересов, заинтересовав их физикой и/или математикой. НО не более того – человек должен сам выбирать, во что ему следует погружаться с головой или вообще никуда не погружаться, а продолжать барахтаться на поверхности.

Для не заинтересовавшихся любителей плавать на поверхности должно быть одно требование к глубине погружения – государственный стандарт. Он должен быть выполнен любым выпускником, получающим диплом. Для тех, у кого с этим возникают реальные проблемы, должен существовать «базовый поток», на котором ставится задача-минимум – обязательное достижение уровня государственного стандарта или… отчисление. А как иначе? Если кто-то оказался на базовом потоке вопреки наличию у него мотивации к серьезной учебе из-за пробелов на уровне довузовской подготовки – у него есть шанс, не подвергаясь «репрессиям», догнать слушателей традиционного потока и подняться на ступень выше.

Традиционный поток (наиболее многочисленный, в который студенты попадают «по умолчанию») соответствует сложившимся традициям университета, среднему уровню начальной подготовки, потребностям работодателей.

Двумя образовательными потоками можно было бы ограничиться, но… Но в каждом уважающем себя университете или просто вузе всегда имеются две не слишком многочисленные группы (студентов и преподавателей), которые все время хотят чего-то большего. Не ради красного диплома, не ради прибавки к зарплате. Просто ради интереса к жизни и, может быть, ради позиционирования себя в своих же глазах и по своим критериям. Таких не очень много с обеих сторон (и обучаемых, и обучающих). Такие бывают не совсем удобны для их «однокашников» и коллег по работе. Но иногда (совершенно неожиданно и не гарантированно) случается так, что кто-то из этих двух групп становится ЛИЦОМ университета на долгие годы. Именно по такому пути развивалась и развивается наука и наукоемкие технологии. Так вот третий (усиленный, углубленный – не важно, как его называть) поток, пока существующий не совсем официально на базе ФЭЛ, но уже сейчас посещаемый студентами и с других факультетов, обеспечивает возможность совместной учебной работы студентов и преподавателей, которые хотят и могут большего. Пусть они встретят друг друга и будут по возможности счастливы.

– Сегодня все обучающиеся и преподаватели оказались в непростой ситуации исключительно дистанционного обучения. Физика онлайн – это возможно? Каковы, на Ваш взгляд, преимущества и недостатки преподавания и изучения физики «по удаленке»?

– Я, как физик, не вижу больших различий между очной и on-line формами обучения. Ибо любая очная форма по сути – это on-line. Посудите сами: когда читается «ОЧНАЯ» лекция, что видят студенты? Лектора? – Не совсем! Они видят вторичные электромагнитные поля (или фотоны – не важно, как это называть), рассеянные его телом и одеждой. Что они слышат – акустические волны, генерируемые в атмосфере голосовой системой. И все! Вкусовые, обонятельные и осязательные канали передачи информации в обучении, слава Богу, широко не используются. Что изменится, если в качестве источника световых и акустических полей использовать не лектора, а какие-либо технические устройства? Н И Ч Е Г О. Ничего, но лишь при условии качественной работы устройств, генерирующих эти поля и при наличии устойчивого, легко доступного, достаточно широкого и высокоскоростного двустороннего канала обмена информацией между обучаемым и обучающим. Пока эти телекоммуникационные каналы сильно уступают тем, что бесплатно предоставляет нам Природа в случае «очного» обучения. Но я почти уверен: этот проигрыш используемых в «удаленке» каналов Природе носит чисто количественный, а не принципиальный характер и требует решения не безумно большого числа технических и финансовых проблем.

С другой стороны, правильно организованная «удаленка» может оказаться очень удобной «штукой». Когда-то давно студенты меня спрашивали о возможности прокладки волоконной линии связи в общежития, чтобы слушать лекции, не вставая с кровати. Моя мечта более амбициозна. В Альпах все лица после 75 лет (независимо от гражданства) могут неограниченно и бесплатно использовать все горнолыжные подъемники. Я почти уверен, что к тому времени, когда я получу это право, технологии генерации изображения и звука вместе с доступными для удаленного обучения каналами разовьются до такого уровня, что…

– Последний вопрос – конечно, про любовь. Почему студенты ЛЭТИ любят (или не любят) физику? И что в преподавательской деятельности больше всего любите Вы?

– Любовь – это дело очень субъективное, почти интимное. Легче говорить про себя: я люблю учить тех, кто хочет и может учиться.

Говорить же за других – дело абсолютно неблагодарное. Я лучше процитирую мнение одной из моих весьма успешных учеников – Марии Чернышевой, ставшей лауреатом конкурса на самую успешную в науке «мадемуазель Франции». На мой вопрос, почему она выбрала физику, несмотря на то, что ее родители были математиками и готовили ей карьеру в гуманитарной области, Мария, со свойственной ей скромностью, ответила примерно так: «Я не скажу, что физика – это то, что мне очень нравится, но я почти уверена, что это единственное занятие, которое меня достойно».

– «Что-то физики в почете. Что-то лирики в загоне. Дело не в сухом расчете, дело в мировом законе…», - писал поэт. Физика в ЛЭТИ отмечена особым «знаком качества» – Нобелевской премией в области физики выпускника ЛЭТИ 1952 года Жореса Ивановича Алферова. Желаем, чтобы кто-нибудь из сегодняшних и будущих лэтишников обязательно одержал победы, достойные этой. Благодарим Вас за интересную беседу.