گوهر مفقود

سخنرانی پل جی هیویت – قسمت پنجم
فکر نمی‌کنید اساس مهارت فیزیک دانهای با تجربه در تحلیل ریاضی، همان درک و حسی باشد که از مفاهیم فیزیک دارند؟ که دریافت مفهومی فیزیک چارچوبی است که می‌شود از آن به تمام ایده‌ها، مفاهیم و مسادل فیزیک نظر کرد و آنها را فهمید؟ قبول ندارید که لازمه هر دریافت درستی از فیزیک، نگاه کردن از چشم انداز مفاهیم است؟ اما ما که همه سعی‌امان در جهت بالا بردن سطح و محتوای ریاضی درسهای فیزیک مقدماتی است آیا باورمان می‌شود که داریم در باره این «لازمه» کوتاهی می‌کنیم.
وقتی روی تحلیل ریاضی این همه بیشتر از استدلالهای مفهومی تأکید می‌شود دانش جو به درس فیزیک مثل یک جور ریاضیات کار بردی نگاه می‌کند. شاگردهای ما آن قدر فیزیک بلد نیستند که این دو تا از هم تشخیص بدهند. آنها می‌گویند که فیزیک ریاضیات کار بردی است! اگر بیو لوژی هم آن قدر ساده بود که می‌شد به همین آسانی به زبان ریاضی بیانش کرد لابد آن را هم ریاضیات کار بردی می‌دانستند. دانش جوهای ما فکر می‌کنند که اگر در زبان تحلیلی فیزیک مهارت کسب کنند فیزیک دانهای ماهری می‌شوند. آنها هم مثل همتاهای «شاعر بعد از این»شان، مشاعره را با درک شعر عوضی گرفته‌اند.
رشته‌های دیگر را در نظر بگیرید. کسی که موسیقی می‌خواند قبل از آن که شروع به تصنیف اولین کارهای خود بنماید به کنسرتها و آثار زیادی گوش می‌دهد. یک نقاش قبل از کار کردنِ تکنیکهای نقاشی، نمایشگاههای هنری زیادی را تماشا می‌کند. اما دانش جوی فیزیک به محض شروع درس با تحلیل ریاضی درگیر می‌شود.
این تصور غلطی است که چون دانش جو رشته‌اش فیزیک است پس لابد از پیش هم با مفاهیم اساسی فیزیک آشنایی دارد. واقعیت این است که بیشتر دانش جویان تازه وارد چشم و گوششان به مفاهیم فیزیک باز نشده است.
بگذارید برای این که مطلبم را روشن کرده باشم آن را به این صراحت بگویم: دانش جویی که بدون درک مفاهیم فیزیک دارد مسائل آن را حل می‌کند مثل ناشنوایی است که دارد آهنگ می‌سازد و یا مثل نابینایی است که دارد نقاشی می‌کند. بسیاری از دانش جویان فیزیک دارند با مسائلی سر و کله می‌زندد که هیچ احساسی از آنها ندارند. یک وقتی، هدف اصلی از تدریس دروس مقدماتی فیزیک این بود که دانش جو درک کاملی از اصول بنیادی فیزیک به دست بیاورد، و بعد مسأله حل کردن برای این بود که ببینند دانش جو مطلب را فهمیده است یا نه. حالا معلوم نیست چه وقتی آمده‌اند کار را راحت کرده‌اند. این روزها در بیشتر دروس مقدماتی هدف آن است که مسأله حل کردن را یاد بدهند. شاگردهای ما دارند سعی می‌کنند شعر را از بر بخوانند بدون آن که حتی یک کلمه‌اش از قلم بیافتد.
شاگرد، قواعد این بازی کلاسی را خیلی زود یاد می‌گیرد. اسم این بازی مسأله حل کردن است. می‌توانم به یاد بیاورم که وقتی خودم دانش جو بودم این بازی را چطور انجام می‌دادم. تکلیف که داشتیم (همیشه هم مسأله بود)، یک راست می‌رفتم سراغ ته فصل و یک ضرب شروع می‌کردم به مسأله حل کردن. بعضیها را می‌توانستم حل کنم چون شبیه مسائلی بودند که قبلاً حل کرده بودم. برای حل کردن بقیه دو باره بر می‌گشتم توی مطالب آن فصل و دنبال فرمول مناسب می‌گشتم. صفحاتی را که می‌خواندم آنهایی بودند که در آنها فرمول و مثالهای حل شده بود. بعضی صفحه‌ها همه‌اش نوشته بود، نثر خالص بود، وقتم را برای خواندن آنها تلف نمی‌کردم – باید مسائلم را حل می‌کردم! احتیاجی به گفتن نیست که امتحان هم کلاً مسئله بود، فقط و فقط مسدله. در این امتحانها هیچ سؤالی که احتیاج به توضیح کیفی داشته باشد نمی‌آمد. البته برای حل کردن بعضی از مسئله‌ها آدم باید برخی از مفاهیم را می‌دانست، ولی همه مسائل این طور نبود. تازه، از همه اینها می‌شد نمره گرفت. مفاهیمی مثل پایستگی انرژی به چه دردی می‌خورد؟ به این درد می‌خورد که در بعضی مسائل می‌شد mgh را برابر با 1/2mv2 در نظر گرفت، یا در بعضی مسائل دیگر برابر با 1/2mv2+F.S، و آن وقت تنها این می‌ماند که در قسمت F.S سینوس مینوسها را فراموش نکنیم. مطالب فیزیک به جز این که مستقیماً در خدمت حل مسئله باشد هیچ ارزش دیگری نداشت.
به مکالمه کارتونی زیر که تهیه کرده‌ام دقت کنید:
- خیلی بد شد، صبح نرسیدم بیایم سر کلاس. چیزهای مهمی درس داد؟
- راستش نه، امروز اصلاً درس نداشتیم. یک نفر آمده بود سخن رانی می‌کرد – اسمش ریچارد فاینمن بود – داشت می‌گفت که فیزیک چقر چیز خوبی هست و چطوری همه این چیز میزهایی که داریم توی مکانیک می‌خوانیم مربوط می‌شوند به آن چیزهایی که قرار است در ترم آینده بخوانیم و چطوری از همه اینها می‌شود دنیا را شناخت و ... اما خودمونیم، باید بگویم خیلی عالی حرف زد.
- ببینم مسأله‌ای، چیزی هم حل کرد؟
- نه .... راستش را بخواهی حتی یک دانه فرمول هم روی تخته ننوشت.
- پس خیلی عالی شد. گفتم نکند چیز مهمی را از دست داده باشم!
در این مکالمه خواسته‌ام بیهودگی این همه تأکید بر مسأله به قیمت بی توجهی به مفاهیم کلی‌تر را نشان بدهم و بگویم در این کار چه بلاهتی هست.
می‌خواهم یک نکته‌ای را کاملاً روشن کرده باشم تا احتمالاً باعث بد فهمی نشود. غرضم این نیست که اهمیت تحلیل ریاضی و مسئله را در آموزش فیزیک پایین بیاورم. مگر می‌شود بدون اینها فیزیک را پیش برد؟ اینها لازمه فیزیک هستند. همه ما به ضرورت آنها واقف هستیم و به همین دلیل هم در تدریس فیزیک از تحلیل ریاضی فروگذار نمی‌کنیم. من دارم این را می‌گویم که یک چیز اساسی دیگر هم هست که باید در نظر بگیریم، و این چیز همان است که گم شده و جایش در آموزش فیزیک خالی است. این کم شده درک مفهومی فیزیک پایه است. یعنی این که آدم از یک بر هم کنش، یک فرایند یا یک مفهوم فیزیکی، تصویری در ذهن داشته باشد و بتواند آن را با کلمات یا نمادها توصیف کند، و بتواند مفاهیمی را که ارتباط نزدیکی دارند از هم تشخیص بدهد.
مفقود بودن این گوهر آن وقت معلوم می‌شود که می‌بینیم اکثر دانش جوها جواب عددی مسائل فیزیک را با موفقیت از ماشین حسابهاشان بیرون می‌کشند بدون آن که بفهمند جوابهاشان با دنیای واقعی هم می‌خواند یا نه – مثل آنی که نتیجه گرفته بود «پس وزن سیب 105 نیوتون می‌باشد»! وقتی می‌فهمیم گم شده که شاگرد در مقابل یک سؤال بنیادی فیزیک شانه‌هایش را بالا می‌اندازد و می‌گوید «این که همه‌اش ریاضی است». یعنی چه، چی همه‌اش ریاضی است؟ و باز وقتی جای خالی‌اش را احساس می‌کنیم که می‌بینیم داوطلبان فوق لیسانس، امتحانهای کتبی‌شان را خوب می‌دهند اما امتحان شفاهی‌شان تعریفی ندارد. می‌پرسید چرا؟ معلوم است، چون رسم است که امتحان کتبی عمدتاً مسئله باشد در حالی که در امتحان شفاهی آدم باید مفاهیم فیزیک را بداند. بنا بر این می‌بینیم که دانش جو وقتی به مرحله فوق لیسانس رسید تازه به فکر می‌افتد که فیزیک مفهومی را جدی بگیرد.