Nauka rozumienia

Szanowny Panie Redaktorze!
Piszę te słowa w czasie, gdy ostatnie „niedobitki” spośród moich studentów po raz n-ty przychodzą na poprawkowy egzamin z fizyki. Po niektórych widać, że próbują się czegoś nauczyć, bo podczas kolejnych „wizyt” wiedzą trochę więcej niż poprzednio, jednak wciąż za mało rozumieją, jak na przyszłych inżynierów. Są tacy, którzy chcą mnie wziąć na zmęczenie albo na litość. Pierwsi raczej nie mają szans powodzenia, jako żem człowiek dość cierpliwy. Drudzy natomiast dają asumpt do rozmyślań nie tylko nad psychologią studenta w sytuacji egzaminacyjnej, ale i nad zagadnieniami znacznie ogólniejszymi.

Otóż ci proszący o litość, odpowiadając, zwykle starają się w miarę płynnie i szybko „wyklepać” wyuczone na pamięć formułki. Poproszeni jednak o podanie definicji pojęć, którymi się w tych formułkach właśnie posłużyli, albo wyciągnięcie najprostszych wniosków, milkną. W większości wypadków owe definicje to proste matematyczne formuły, które powinny być studentom znajome jeszcze z nauki szkolnej. Rozumiejąc, że egzaminacyjny stres może powodować chwilowe luki w pamięci, podpowiadam im czasem owe wzory, prosząc jedynie o ich omówienie i interpretację. Najczęściej nic nie pomaga, odpowiedzi nie dostaję. Biorę to tedy za przejaw kompletnego braku zrozumienia przez owych „delikwentów” zagadnień, o których mają mówić. Wtedy właśnie zaczynają się próby tłumaczenia, że przecież tych wzorów i fizyki w ogóle nie da się zrozumieć. Jedyne, co mogą - argumentują - to wykuć na pamięć parę zdań na dany temat, najczęściej, niestety, na zasadzie zapamiętywania jedynie szyku i brzmienia słów, bez jakichkolwiek skojarzeń semantycznych.

Abstrakcja

Te i podobne doświadczenia egzaminacyjne stanowią przyczynek do refleksji na temat rozumienia w kontekście nauczania. W ogólności w naukach empirycznych rozumienie pojmowane jest jako rozumowe uchwycenie odpowiedniości między obiektami i zjawiskami naturalnymi a obiektami teoretycznymi - pojęciami i relacjami, które w danej teorii naukowej korespondują z określonymi cechami owych obiektów i procesów materialnych. Następny etap to korzystanie z zależności i wnioskowań prowadzonych przy użyciu aparatu logicznego, w tym również formalizmu matematycznego, czego wynikiem są między innymi przewidywania co do pewnych innych cech i zachowań rozpatrywanego układu oraz inne wnioski i uogólnienia.

Zawsze, kiedy rozpoczynam cykl wykładów dla kolejnego rocznika adeptów jakiejś inżynierii, pierwszą godzinę poświęcam wyjaśnianiu, na czym polega rzetelne studiowanie, szczególną uwagę zwracając na to, iż najważniejsze jest dochodzenie do zrozumienia omawianych zagadnień, nie zaś uczenie się na pamięć szczegółów. W szczególności dla zrozumienia fizyki, w wysokim stopniu zmatematyzowanej, ważne jest pojmowanie owego procesu abstrahowania pewnych aspektów rzeczywistości materialnej w postaci obiektów i formuł matematycznych, w tej bowiem postaci formułowane są fundamentalne prawa przyrody.

Staram się słuchaczom uzmysłowić, że spora część istotnych treści fizyki jest zawarta we wzorach i symbolach, a jej rozumienie oznacza także, a może przede wszystkim, opanowanie definicji i korespondencji między rzeczywistym układem fizycznym a teoretycznymi konstruktami reprezentującymi określone jego cechy. Sprawą podstawową jest także umiejętność logicznego wnioskowania i stosowania formalizmu matematycznego przynajmniej w takim zakresie, by móc ze zrozumieniem śledzić tok rozumowania i wnioskowania przedstawiany na wykładach i w podręcznikach. Później, w trakcie zajęć, staram się jak najczęściej pokazywać, jak to działa i na czym polega w praktyce.

Postracjonalizm

Zrozumienie, w powyższym sensie, niewątpliwie wymaga wysiłku umysłowego. Potrzebna jest przy tym i precyzja używanego języka, i zdolność myślenia abstrakcyjnego, i wyobraźnia. Niektóre ciągi rozumowania, czasem dość subtelne, nie dają się sprowadzić do prostego stosowania matematycznych reguł przekształcania wzorów. Niestety, z własnego i kolegów doświadczenia dydaktycznego wiem, że umiejętność ścisłego logicznego myślenia, w tym również posługiwania się narzędziami formalnymi, będąca bądź co bądź podstawowym narzędziem racjonalnego poznania, nie jest bynajmniej mocną stroną absolwentów szkół średnich, którzy zapełniają uczelnie.

Jak się wydaje, problem leży w dużej części po stronie szkoły, która nie przygotowuje właściwie młodych ludzi do pracy umysłowej. Jeden z moich kolegów po fachu powiada z pewną dozą cynizmu, że trudno się dziwić, skoro często sami nauczyciele nie rozumieją nauczanych treści. A mówi to na podstawie obserwacji, jakie czyni mając bliskie kontakty ze środowiskiem nauczycieli przedmiotów ścisłych. Nauczyciel nierozumiejący przedmiotu siłą rzeczy wymaga od nauczanych nie rozumienia, lecz „wykucia” literalnie regułek przezeń podyktowanych lub wydrukowanych w książce. Po takim kursie uczniom zostają być może w pamięci pewne określenia plus mgliste (wraz z upływem czasu - coraz bardziej) wyobrażenia, że za ich pomocą nauka opisuje (podobno) funkcjonowanie tej rzeczywistości.

Po takiej szkole późniejszym studentom bliżej często do tzw. postmodernistycznego niż racjonalnego pojęcia o świecie. Przekonanie, że normalny człowiek nie jest w stanie zrozumieć matematyki czy fizyki łatwo kojarzy się z twierdzeniami o nieistnieniu prawdy obiektywnej, której poznawanie jest podobno celem nauki. Przy takim założeniu, za dobrą monetę można już wziąć każdy tekst okraszony terminologią wyglądającą na ścisłonaukową, nawet gdy - jak w przypadku wielu modnych postmodernistycznych autorów - używana jest bez zrozumienia i bez sensu. A takie właśnie wrażenie - pseudonaukowego bełkotu - robią na mnie niektóre egzaminacyjne odpowiedzi.

Fizyka dla fizyków?

Oczywiście można zadać pytanie - i studenci niejednokrotnie to czynią - po co uczyć fizyki, skoro wiedza z tej dziedziny potrzebna do pracy jest w większej części zaimplementowana w programach do wspomagania projektowania, systemach eksperckich i tym podobnych współczesnych inżynierskich narzędziach informatycznych? Czy nie jest z fizyką tak, jak z suwakiem logarytmicznym, jeszcze przed kilkudziesięciu laty jednym z podstawowych narzędzi wspomagających pracę w dziedzinach technicznych, dziś całkowicie niemal zapomnianym, bo wypartym przez znacznie sprawniejsze, dokładniejsze i łatwiejsze w obsłudze kalkulatory elektroniczne? Może zamiast męczyć studentów prawami mechaniki, subtelnościami termodynamiki czy - horribile dictu - elementami teorii względności i kwantów, należałoby ich uczyć po prostu obsługi owych programów, a nauczanie fizyki pozostawić tylko dla tych, których to powinno interesować - studentów tego kierunku i może paru dziedzin najbliżej z nim spokrewnionych?

W odpowiedzi staram się zwykle wyjaśnić, że zasadniczym aspektem nauczania i uczenia się fizyki nie jest literalne zapamiętanie sformułowań newtonowskich zasad mechaniki czy wzoru na energię fotonu, można je sobie bowiem w każdej chwili przypomnieć z książek. Chodzi bardziej o ogólne zasady używania abstrakcyjnego myślenia w celu poznawania i rozumienia rzeczywistości. O poznawanie i docenianie takich kategorii, jak logiczna spójność, weryfikowalność czy obiektywność wiedzy, choćby tylko w sensie intersubiektywnej komunikowalności. A także o zrozumienie, dlaczego w naszej cywilizacji tak wielką wartość przypisuje się nauce, jako dziedzinie ludzkiej aktywności leżącej u podstaw wielu osiągnięć cywilizacyjnych, zwłaszcza w sferze kultury materialnej, jakby nie było stanowiącej domenę działań inżynierów.

Akurat tak się w historii złożyło, że systematyczne poznawanie świata materialnego metodami naukowymi znalazło najbardziej rozwiniętą formę w fizyce. Stała się ona wzorem dla innych gałęzi nauk, zwłaszcza przyrodniczych, pod wieloma względami: metodologii prowadzenia badań i tworzenia teorii, precyzji opisu czy sposobu wyjaśniania „mechanizmów” działających w świecie materialnym. Szerokie korzystanie z aparatu matematycznego w budowaniu modeli teoretycznych pozwala przy tym nie tylko na wnioskowanie jakościowe, lecz także ilościowe, co z kolei zapewnia weryfikowalność teorii i hipotez na dość wysokim poziomie.

Wnioski

Z tego wszystkiego wynikają, moim zdaniem, dwa istotne wnioski. Pierwszy, że owszem, fizyki należy uczyć nie tylko adeptów fizyki, ale też przyszłych inżynierów i adeptów wielu innych nauk. Jeśli kształcenie na poziomie akademickim, niezależnie od kierunku czy specjalności, ma nie tylko oznaczać przekazywanie ustalonej wiedzy szczegółowej, metod postępowania czy szczegółów modeli teoretycznych, lecz ma być także głębszym wprowadzeniem w kulturę i tradycje racjonalnego, logicznego i systematycznego podejścia do poznania świata, to fizyka powinna stanowić jego istotny element.

Jednakże - to wniosek drugi - w takiej perspektywie nie można jej nauczać w formie gotowej wiedzy - wielkiego zbioru rozbudowanych, zmatematyzowanych, szczegółowych teorii opisujących poszczególne rodzaje i przejawy zjawisk materialnych. Należy raczej na konkretnych przykładach z fizyki przedstawiać historię pewnych idei, ich rozwoju i doskonalenia, przy równoczesnym ukazywaniu, w czym tkwi istota metody racjonalnego, naukowego poznawania rzeczywistości. Przy tym, jeśli takie przedstawienie ma być w miarę pełne i prowadzić do głębszego zrozumienia, na czym polega tworzenie naukowego obrazu świata, musi (niestety! - zakrzykną studenci) uwzględniać przynajmniej podstawowy aparat matematyczny, bo ten przecież często był tworzony właśnie na potrzeby teorii fizycznej.

Z początkiem roku akademickiego znowu zacznę wykładać fizykę, jak zawsze z nadzieją, że choć części słuchaczy uda mi się pokazać, na czym polega myślenie naukowe, skąd się bierze skuteczność zastosowań odkrywanych przez naukę praw natury. I jak zawsze, weryfikacją tych moich usiłowań będzie egzamin, a z nim związane rozterki, czy zaliczać tym, którzy się tylko nauczyli fragmentów podręcznika, czy wyłącznie tym, którzy coś zrozumieli.

Łączę wyrazy szacunku
Paweł Misiak

pm@ar.wroc.pl