Ви є тут

Чи може інженер недостатньо знати фізику?


Чи може інженер недостатньо знати фізику?

Якщо ви плануєте на рік – сійте рис,
якщо на десятиріччя – саджайте дерева,
якщо на все життя – навчайте молодь.
Китайське прислів'я.

Ці роздуми навіяні початком нового навчального року, який для всіх нас – тих, хто працює і вчиться в славетному КПІ, – є ювілейним, а також надіями на зустріч з першим поколінням студентів, які народилися і виросли в незалежній Україні, вступили до нашого рідного університету і мріють стати справжніми сучасними інженерами. Як і завжди було, для цього існує лише один шлях – сумлінно вчитися з перших днів навчання. При цьому серед дисциплін немає неважливих, але є фундаментальні, або такі, що визначають усе майбутнє професійне життя, і серед них, безумовно, фізика. В тісному контакті з технікою і будучи її фундаментом, фізика проникла в усі галузі промисловості, інколи навіть створивши деякі з них. Згадаймо хоча б електро- і теплотехніку, ядерну енергетику, лазерну і напівпровідникову техніку, космічну галузь, радіо-, опто- і кріоелектроніку, голографію, а в останні роки – надзвичайно багатообіцяючу наноіндустрію, включаючи спінтроніку, в якій інформація кодується не електричним зарядом, а спіном (магнітним моментом) носія, квантові комп'ютери тощо. Вже сьогодні Сполучені Штати Америки заявляють, що не менше 70% їх економіки спирається на фундаментальні знання, а в гуманітарних науках з'явилося нове поняття – суспільство знань. Проте, все це глобальні проблеми, а моє завдання більш вузьке і конкретне – про фізику.

Навряд чи хто-небудь ризикне заперечувати, що сучасний стан фізичних досліджень у будь-якій країні визначає рівень її технологій – нові ідеї та підходи не можуть народитися в надрах звичних методів і прийомів, тому саме фундаментальна підготовка є запорукою і рівня інженерної роботи, і рівня технологічних “ноу-хау”. Проте, як ми знаємо, Україна поки що програє західним країнам саме в розвитку прогресивних технологічних і конструкторських розробок. А їх створення та застосування може спиратися лише на такий рівень фундаментальної підготовки, який серед багатьох інших переваг дозволяє залишатися професійно мобільним упродовж значного часу. Як відомо, особи, що отримали глибоку фізико-математичну освіту, засвоюють звичку до “фізичного мислення”, набувають уміння самостійно опановувати нові технічні напрями та успішно працювати в різних галузях від науки до виробництва. Принципово, що при цьому такі фахівці швидко входять у галузі, про які, образно кажучи, нічого не чули або які не вивчали у вищому навчальному закладі.

Дуже цікаво, що про необхідність вивчення фізики майбутніми фахівцями в галузі технічних наук ніхто давно не сперечається. Мова йде лише про відносну кількість відповідних годин, які присвячуються отриманню таких знань, що стало критичним питанням останніх років. Поки йшли дискусії, на рубежі ХХ і ХХІ століть спостерігалася тенденція – ні, не тенденція, а реальний процес – значного зниження аудиторних годин, що відводяться на фізику. Мої слова спираються на приклад нашої кафедри, яка обслуговує в КПІ сім дуже сильних факультетів інженерного спрямування. Я не буду коментувати давній випадок, коли декан одного з найпрестижніших факультетів, роблячи нашій кафедрі послугу у вигляді відновлення порівняно невеликої кількості годин із загальної фізики, довірливо промовив: “Ну, ви ж розумієте, що нам фізика не потрібна”. Таке ж або приблизно таке ж ставлення не поодиноке, і справа не в конкретному факультеті або деканові, бо де-не-де на фізику залишали один семестр і одну(!) лекцію на два тижні.

Проте, завдяки твердій позиції нашого ректорату таке падіння (а по суті – поступове погіршення рівня фізико-математичної підготовки майбутніх інженерів на деяких факультетах) вдалося припинити, і останні 2-3 роки кількість годин, що присвячуються вивченню фізичних питань, стабілізувалася. Це, безумовно, певне досягнення, але вважати проблему розв'язаною до кінця вважав би передчасним, бо за відведений на фізику час по-справжньому її вивчити і зрозуміти навряд чи можливо. І причинами негативного (з точки зору неминучого скорочення всіх, включаючи фундаментальні, дисциплін) впливу Болонського процесу таке зменшення, мені здається, виправдати неможливо. Так, одним з аргументів на користь начебто збереження загальної кількості годин стало впровадження досить великого (до половини) обсягу годин так званої самостійної роботи студентів, але при цьому не враховується, що студенти молодших курсів – вчорашні школярі – ще не здатні без викладачів засвоювати фізику інститутського (а він є – має бути!) досить серйозного рівня.

Можна погодитись, що фізика доволі складний предмет, але водночас – це світоглядна наука, що визначає технічний, а отже – цивілізаційний прогрес суспільства. Фізика – це і філософія природи, що ставить на меті зрозуміти й описати останню мовою математики. Звідси таке значне застосування фізичних законів у всіх сферах життя. Саме тому фізика вимагає і часу на осмислення, і певних під час навчання різнорівневих повторів, щоб студент міг зрозуміти логіку науки, закони і методологія якої є, крім техніки, основою і хімії, і біології, і геології, а тепер усе ширше проникають в економіку і навіть гуманітарну сферу. Годі вже й говорити про сучасні інформатику, матеріалознавство та будову Всесвіту. Вважаю, доцільно також нагадати, що такі суспільно значимі сучасні засоби зв'язку та інформації, як електронна пошта та Internet, а тепер обчислювальні Grid-системи, виявились «побічними» наслідками глибоких фізичних досліджень, які переважною більшістю людей вважалися дуже далекими від нагальних потреб пересічного громадянина.

За наявної кількості годин на фізику навіть наполегливий студент, як правило, не встигає впорядкувати свої знання, і вони залишаються несистематизованими й уривчастими. Нагадаю, що за радянських часів майбутнім інженерам на вивчення розділів загальної фізики відводилося щонайменше три семестри (між іншим, саме цим пояснюється існування в КПІ трьох окремих кафедр загальнофізичного спрямування, бо кожна з них вела і веде свій лабораторний практикум), тепер – майже всюди не більше двох, а були, як я вже сказав, приклади й одного. Ситуація ще більше ускладнюється й тим, що все менше годин вдається відвести на практичні заняття, а безпосереднє викладання фізики починається з перших днів 1-го семестру, коли студенти ще не опанували необхідний математичний апарат.

Брак годин веде до ще одного явища, яке неможливо побороти тільки силами завідувача фізичної кафедри, – це так зване “профілювання” курсу фізики, а також спроби читання окремих її розділів випусковими кафедрами. Простіше кажучи, йдеться про те, щоб своїм студентам читати “свою” фізику. Наприклад: електрикам – в основному електрику, акустикам – механіку, енергетикам – термодинаміку тощо. Більше того, фізика, образно кажучи, як дисципліна для майбутніх інженерів закінчується на багатьох факультетах нашого рідного навчального закладу на І-ІІ курсах, і більшість магістрів уже нічого нового з насправді фізичних предметів не вивчають. Наскрізна впродовж навчання фізико-математична підготовка ще не охопила всі інженерні кафедри, хоча ректорат приділяє цьому питанню велику увагу, що не може врешті-решт не принести свої позитивні плоди. При цьому я особисто переконався, що в передових західних університетах магістри-інженери знову починають слухати фізику. Зокрема, в університеті м. Торонто (Канада), де я працював, майбутні інженери-електрики вивчають навіть квантову електродинаміку, яка є обов'язковим (а не за вибором) магістерським курсом. Як-то кажуть, коментарі зайві. Тому, думаю, читання хоча б деяких глав сучасної фізики магістрам інженерних факультетів саме фахівцями-фізиками мало б стати не тільки окремими бажаними випадками, а більш широко використовуваним способом підготовки фахівців. Мабуть, ще більше це мало б стосуватися аспірантів, які в найбільш відомих університетах, зазвичай, слухають лекції з фізики (і не тільки), але вже найвищого рівня.

На жаль, у нас справа зайшла досить далеко, що прямо пов'язано і зі зниженням рівня абітурієнтів, і з багаторічною відміною (на мій погляд, помилковою) в КПІ вступного іспиту з фізики, який поступово і з великими зусиллями відновлюється, і з відміною на більшості факультетів семестрових іспитів, які раніше сприяли необхідному впорядкуванню в головах студентів прослуханого матеріалу та розглянутих задач. Повернення до попереднього рівня, треба сказати, йде, хоча дуже і дуже повільно, оскільки справжня фундаментальна складова інженерної освіти багато в чому зігнорована, і наголос робитися на підготовці профільних фахівців. В умовах нашого динамічного життя вони часто змушені витрачати зайвий час на перепідготовку, що могло б відбуватись набагато швидше й ефективніше, якщо б їх освіта була більш глибокою.

Зупинюся ще на одному, не менш важливому, аспекті проблеми. В науковому потенціалі країни університети в цілому ще не займають належного місця. Тим вище треба оцінювати зусилля керівництва НТУУ “КПІ”, завдяки яким наш навчальний заклад набув статусу першого в нашій країні дослідницького

університету. В ньому є значна кількість різних кафедр, де народжується багато винаходів, прогресивних технологій, конструкторських знахідок. Але жодна прикладна наука не в змозі розвиватися, якщо не живиться успіхами фундаментальних наук. Проте, не найкращий стан фундаментальних і, в першу чергу, загальнофізичних кафедр КПІ, лабораторне устаткування яких застаріло і тільки завдяки неоцінимій допомозі ректорату починає відновлюватись, інформаційні методи навчання практично не впроваджені, а наукова робота гальмується високим навчальним навантаженням викладачів, призводить не лише до труднощів у викладанні, а й відбивається на загальному прогресі науки в КПІ. Відчутне навантаження, з іншого боку, заважає широкому залученню до роботи зі студентами на кафедрах провідних учених НАН України.

Що стосується навантаження штатних викладачів, то вимоги до них щодо інтенсивної наукової праці, яка за новими правилами має враховуватись при їх переобранні на вакантні посади і при розрахунках індивідуального рейтингу, на мій погляд, дещо завищені. Навіть при бажанні займатися справжніми науковими розробками, у доцента або професора загальноосвітнього предмету не вистачає часу, а інколи і сил, щоб зосередитись на них не тільки в галузі експериментальної, а й навіть теоретичної фізики. А хотілося б, щоб такі викладачі теж брали участь у науковому процесі. На мій погляд, органи, які планують норми годин, не беруть до уваги, що час виходу з емоційного навантаження набагато більший, ніж з фізичного, а у викладача, який стоїть перед студентами в аудиторії біля дошки, в повному обсязі присутні обидві ці складові. Вважаю, що поступове зменшення навчальних годин викладачів, введення для магістрів системи курсів за вибором, запрошення відомих фахівців з НАН України для читання спецкурсів і активних контактів зі студентами – ось той шлях, який дійсно може змінити ситуацію на краще. Цю тезу як надію мені особливо важливо висловити сьогодні, в дні 110-ї річниці КПІ і напередодні святкування 90-ї річниці від дня створення в Україні Академії наук, в якому, між іншим, роль КПІ неможливо переоцінити.

Мета вищої освіти – отримати загальні наукові уявлення про природу і навколишній світ. Розуміння сучасної фізичної картини Всесвіту в найширшому розумінні є основою наукового світогляду. При цьому класики науки завжди підкреслювали первинність фундаментального багажу знань, про що фактично забувається, коли нехтують роллю фізики, а також, звичайно, математики у вищій школі.

Безумовно, вимагає вдосконалення і викладання фізики як за направленістю, так і за методичним рівнем. Останнє, насамперед, стосується застосування нових “e-learning” ресурсів, або інформаційних технологій нового покоління, для чого наш КПІ, вважаю, є найбільш підготовленим серед інших навчальних закладів України. З іншого боку, ніхто також не знімає з таких кафедр, як наша, відповідальність за ситуацію, що склалася з фізикою. Ми залишилися у меншості при формуванні навчальних програм з фізики більшістю спецкафедр, які отримали право складати навчальні плани, а Міністерство освіти і науки не протидіє такій практиці, ігноруючи власні науково-методичні вказівки і розробки. Досі, наскільки знаю, немає, як це було раніше, загальної програми підготовки інженерних кадрів з фізики, яка б враховувала значне зменшення навчальних годин, а також зміну їх структури. Виникає питання: “А чи можливо це взагалі зробити без втрати необхідного рівня підготовки?” Навіть якщо з таким станом речей можна було б погодитись щодо дещо обмеженого рівня підготовки бакалаврів, то фундаментальна складова у підготовці магістрів вимагає, на мій погляд, підсилення шляхом включення до відповідних розкладів лекцій з фізики і математики, як це робиться на окремих факультетах КПІ.

Звичайно, більшість недоліків, про які йшлося, беруть початок у середній школі, де впала якість підручників, які далекі від сучасних вимог. В умовах зниження престижу будь-якої наукової діяльності, фахівці високого рівня не хочуть витрачати час і сили на підготовку підручників. Тут також без певних реформ і вкладання коштів важко обійтись. Тільки спеціальні заходи з боку Президента України, Кабінету Міністрів і Верховної Ради можуть привести до зрушень, результатом яких буде достойне місце фізики зокрема, і природничих предметів взагалі у формуванні професійних уподобань випускників середніх шкіл. Якщо нічого не зміниться, то молодь в науку йти не захоче, а без притоку молоді ми стаємо свідками необоротної втрати безцінного досвіду, накопиченого старшим поколінням науковців і викладачів, яке продовжує самовіддано виконувати свої обов'язки.

Інженер, як зазначалося, працює у світі, де практично все визначається фізичними закономірностями. Фізика – це та наукова база, на якій вища технічна освіта має будувати загальноінженерну та спеціальну підготовку. Глибоке вивчення основ фізики – найбільш виправдана й економічна форма оволодіння знаннями та навичками, необхідними в умовах сучасної і фактично неперервної науково-технічної революції. І якщо ми обрали західний вектор освіти за формою, то і зміст її (освіти) мусить бути адекватним такому вибору.

x

Електронний кампус

Інформаційні ресурси

Викладачі КПІ

GitHub репозиторій