درک مفهومی فیزیک

سخنرانی پل جی هیویت – قسمت چهارم
اگر به شاگردهامان یاد بدهیم که انتقادی فکر کنند خدمت بزرگی به آنها کرده‌ایم. در بسیاری از درسها به آنها یاد داده می‌شود که مطالب را حفظ کنند و هر وقت لازم شد اطلاعات را از کله‌هاشان بیرون بکشند. ارزش تفکر انتقادی تنها به کلاس درس محدود نمی‌شود؛ آدم یاد می‌گیرد که چه جوری به دنیا نگاه کند و چطور با آن تا کند.
هدف دیگر من این است که نقش مثبت فیزیک و تکنولوژی را در حصول یک آینده بهتر تأکید کنم. این هم یک جوری مد شده است که دست آوردهای علم و تکنولوژی را تقبیح کنند و بگویند دنیا دارد به قهقرا می‌رود. پیم آوران نکبت و افسردگی، که تمام مصائب روزگار را زیر سر رشد تکنولوژی می‌دانند، همه جا پیدا می‌شوند. ما هم شک نداریم که پیش رفت تکنولوژی با برخی خطرات خیلی جدی همراه است که باید آنها را گفت. اما اغلب در باره این خطرات اغراق می‌شود بدون آن که به نکات مثبت هم اشاره‌ای بکنند. این اظهارات باعث پریشانی خاطر جوانها می‌شود و آنها را از نقشی که قرار است در آینده به عهده بگیرند می‌ترساند. نتیجه این می‌شود که جا خالی کنند. من دلم می‌گیرد وقتی می‌بینم روی بعضی دیوارها در سانفرانسیسکو با رنگ نوشته‌اند «آینده‌ای وجود ندارد». وقتی مردم امیدشان از یک دنیای بهتر بریده بشود دنیا خیلی بی ریخت می‌شود. ما معلمهای فیزیک نه تنها شانس بزرگی، بلکه به عقیده من مسئولیت خطیری داریم که چیزهای مثبتی را هم که به لطف تکنولوژی میسر شده است را یاد آوری کنیم. ما در موقعیتی هستیم که می‌توانیم در مقابل این دیدگاههای منفی – که اغلب از اطلاعات گمراه کننده ناشی می‌شوند – جبهه بگیریم و نگات مثبت را بر مبنای دقیقترین اطلاعات ممکن به دانش جوها گوشزد کنیم.
یک بار باکه مینستر فولر در یک سخن رانی چیز جالبی می‌گفت که به نحوی به این قضایا مربوط می‌شود و من از آنم خیلی خوشم آمده: یک تخم مرغ تر و تازه را در نظر بگیرید که در داخل آن یک جنین هست. در اول کار، جنین دور و برش را نگاه می‌کند و می‌بیند که غذا برای رشد و زنده ماندنش فت و فراوان است. اما با مصرف کردن این ذخایر داخل تخم مرغ است که جنین روز به روز بزرگتر می‌شود. بالاخره روزی می‌رسد که جنین می‌بیند همه چیز ته کشیده و لابد با خودش فکر می‌کند که روزگار به آخر رسیده است و دیگر «آینده‌ای وجود ندارد». از فرط ناامیدی به در و دیوار نوک می‌زند تا آن که بالاخره سر از تخم بیرون می‌آورئ تا این دفعه بازی تازه‌ای را شروع کند. چیزی که قرار بود ته خط باشد تازه اول خط بود.
و حالا این ماییم که داریم در گهواره بشریت – یعنی سیاره زمین – زندگی می‌کنیم. یک خاصیتی که مخصوص گهواره‌ها است این است که روزی می‌رسد که ما دیگر در آنها جا نمی‌گیریم. دنبال جاهای تازه‌ای می‌گزدیم. آیا وقتی پای تلویزیون نشسته‌اید و دارید بلند شدن و نشستن یک سفینه فضایی را تماشا می‌کنید احساس نمی‌کنید که این مرحله دارد کم کم شروع می‌شود؟ به کجا می‌رویم؟ این را باید شاهدان پروازهای اولیه در کیتی هاوک هم از خودشان پرسیده باشند.
این سیاره‌هایی که دارند در منظومه شمسی دور می‌زنند لطفشان فقط در این نیست که مثلاً نحوه عمل قوانین فیزیک – یعنی دینامیک دورانی و از این قبیل را نشان می‌دهند. خیلی بیشتر از این حرفها است. اینها به شاگرد روحیه تازه‌ای می‌بخشند. همین چیزها به شاگرد کمک می‌کنند بفهمد که در پروژه‌های ملی – که بودجه‌اش از ناسا و مؤسسات دیگر تأمین می‌شود – چه هیجان و ارزشی هست. این هم مسئولیتی است بر گردن ما که ببینیم شاگردهامان با آگاهی علمی رأی می‌دهند.
نتیجه نهایی هر یک از اهداف من در کار تدریس (یعنی یاد دادن مفاهیم بنیادی، به وجود آوردن تفکر انتقادی، و تبلیغ ارزشهای مثبت) آن حال و هوای کلی‌ای است که از کلاسهایم در ذهن دانش جو باقی می‌ماند. از اریک راجرز چیزی به این مضمون هست که آموزش نهایتاً آن مزه‌ای است که بعد از فراموش شدن تمام مطالب، فرمولها، و نمودارها زیر دندان محصل باقی می‌ماند. من می‌خواهم شاگردانم بفهمند که فیزیک هیجان انگیز و درک شدنی است – که این همه پدیده‌های متنوعی که در اطراف خودمان می‌بینیم چقدر خوب فقط با چند رابطه، بله فقط چند رابطه که قوانین طبیعت را بیان می‌کنند به هم مربوط می‌شوند – می‌خواهم که آنها طعم خوش تمامی فیزیکی را که در دور و برشان دارند بچشند.
بیشتر از همه، از انجام دادن فیزیک است که «چیز» دستگیر دانش جو می‌شود. زمانی این افتخار را داشتم که در اکسپلور اتوریوم سانفرانسیسکو یک کلاس فیزیک دایر کنم. این موزه علمی، با آن همه چیزهای جالبش، جای ایده آلی برای تدریس فیزیک است. به لطف همکارانم فرانک اپنهایمر، راب سمپر، و باب میلر، ما در این کلاس نه فقط از فیزیک حرف می‌زدیم و به آن فکر می‌کردیم، بلکه فیزیک را انجام هم می‌دادیم. قبل از آن که کلاسم را دایر کنم فرانک اپنهایمر من را در این نمایشگاه گردانده بود و همه چیز را نشانم داده بود.
یکی که هیچ وقت فراموش نمی‌کنم موضوع خیلی جالبی است که می‌شود همه جا پیاده‌اش کرد. این موضوع به خطای باصره مربوط می‌شود و دلم می‌خواهد که همین جا شما را هم در جریانش بگذارم. لطفاً همگی بازوی چپتان را – کاملاً کشیده – به جلو دراز کنید و انگشتهای دست را رو به بالا بگیرید. حالا دست راست را هم به همین وضع، منتهی درست در فاصله وسط آن یکی دست و چشمهاتان نگه دارید. حالا اندازه دستهاتان را با هم مقایسه کنید. آیا تقریباً به یک اندازه نیستند؟ پس تکلیف قانون عکس مجذور چه می‌شود؟ تصویر دستی که نزدیکتر است چهار برابر بزرگتر از تصویر دیگر روی شبکیه می‌افتد. اما اعتقاد به هم اندازه بودن دستهاتان در شما آن قدر قوی است که این اندازه‌ها به ذهنتان تقریباً یکی می‌آیند. برای امتحان کردن اختلاف این تصویرها می‌توانید یکی از چشمهایتان را ببندید و اندازه دستها را نسبت به یک مقیاسی که در زمینه دیدتان هست با هم مقایسه کنید. وقتی فرانک این «توهم» را نشانم داد خیلی باعث حیرتم شد، همین طور وقتی که پرسید «فکر می‌کنی توهمات دیگری هم داریم که نشود به این آسانی‌ها امتحانشان کرد؟»
البته که ما خیلی از این توهمات در باره خیلی چیزها داریم. می‌خواهم امروز در بین صحبتهایم به توهمی بپردازم که فکر می‌کنم گریبان گیر خیلی از معلمهای فیزیک باشد. این توهم مربوط است به نحوه تدریس فیزیک به دانش جوهای علوم و مهندسی – یعنی آنهایی که قرار است فیزیک «راست راستکی» بخوانند. اول بگویم که عموماً اعتقاد بر این است که چون فیزیک مفهومی تا جایی که بتواند از ریاضیات طفره می‌رود پس به درد دانش جویانی می‌خورد که ریاضیاتشان قوی نیست – یعنی دانشجوهای غیر علوم. و حالا توهم این طوری پیش می‌آید که: چون برای دانش جویان علوم و مهندسی لزومی به اجتناب از ریاضیات نیست پس تدریس مفهومی فیزیک به آنها هم لزومی ندارد. به عقیده من هم پرهیز کردن از ریاضیات در مورد این دانش جویان شاید واقعاً ضرورتی نداشته باشد، اما این دلیل نمی‌شود که فکر کنیم احتیاجی به بررسی مفهومی فیزیک هم نیست. نگفتن فیزیک مفهومی به دانش جویان علوم و مهندسی خبط بزرگی است. در اشتباهیم اگر تصور کنیم که چون شاگردها می‌توانند مسائل را حل کنند پس لابد مفاهیم را هم درک می‌کنند.