Естественно, школьник, не видящий конечной цели своих мытарств, заботится не столько об успешном продвижении по пути, намеченному авторами учебной программы, сколько о сокращении этого пути.
Причём эта близорукая тактика находит множество взрослых сторонников. Гармония картины не очевидна дилетантам — значит, неизбежны споры, как в памятной басне Сергея Михалкова о слоне-живописце: чего-то на полотне не хватает, а что-то не худо бы и поубавить. Что-то по жизни пригодится, а что-то совершенно не нужно...
В математическое искусство, увы, вмешивается и экономика. Картина в умах школьников рисуется не простыми красками. Многотысячные ежегодные выпуски преподавателей, специализирующихся на каждом конкретном предмете, — это ещё и несметные расходы на их зарплату, да и на зарплату их вузовских наставников. Многомиллионные тиражи учебников — тоже более чем удобный повод для доступа к денежным потокам.
Понятно, каждый ценитель конкретного предмета будет рьяно отстаивать необходимость самого скорого и полного доведения его до учеников. А поскольку ни учебное время, ни бюджет сферы образования в обозримом будущем не разрастутся до бесконечности, защита каждого предмета требует нападения на все остальные. Предметники неистощимо изобретательны в поисках недостатков у конкурирующих учебных дисциплин. И все найденные недостатки постепенно складываются в общее представление о необязательности любой дисциплины — да и школы вообще.
Сама по себе многолетняя отсидка детей в местах, где их хоть как-то удаётся контролировать, слишком удобна не только их родителям, но и обществу в целом. Поэтому классический формат школы ещё очень надолго останется преобладающим в любой стране, способной позволить себе расходы на эту сравнительно гуманную форму лишения свободы.
Значит, и суммарный объём школьной программы не сократится. А вечные жалобы на его непомерность выльются в предлоги для очередных — и скорее всего непрерывных — переделов между частями программы.
При таких условиях объём отдельных учебных предметов определяется вовсе не их важностью в рамках единой картины мира — ведь и саму эту картину практически никто не пытается ни рисовать, ни рассматривать. Решающими оказываются обстоятельства, зачастую никак не связанные с наукой и учёбой.
Как показывает опыт США, если, например, предоставить право выбора учебных дисциплин самим ученикам или их родителям, одной из первых сокращается математика. Слишком уж абстрактной она выглядит, слишком далеки на первый взгляд от повседневной жизни её стройные логические структуры.
Но даже если математику не сокращают, её логику замечают далеко не все. Курс математики превращается в примитивную кунсткамеру, где эффектные результаты представляются без малейшей связи между собой. Скажем, во Франции целые поколения школьников уверены, что «три шестых равняется одной третьей». Эта опечатка в учебнике много лет кочевала незамеченной из тиража в тираж, а общие принципы преобразования дробей преподавались сокращённо, дабы высвободить в программе место для массы разрозненных фрагментов матанализа.
И пренебрежение математикой, и безудержное увлечение формальной её стороной мешают заметить одну из важнейших с гуманитарной точки зрения сторон математики — её эстетическое изящество. Ведь сама музыкальная гармония, как показал ещё сам Пифагор, в немалой степени опирается на простые математические соотношения между частотами звуков, то есть речи.
Математика — дизайнер мысли, значит, и языка.
Помните, у Ломоносова: «Математику уже затем учить надо, что она ум в порядок приводит».
Математика на службе у гидравлики
Речь о том, как математика помогает справлять людям большую и малую нужду.
Наверное, у многих горожан время от времени в ванной при включении воды в трубах раздаются столь противные гудящие звуки, что приходится ловить такое положение крана, при котором гул пропадает. А теперь представьте гидро- или теплопровод диаметром не в одну сотню раз больше того, что в вашей квартире.
Однажды на Манхэттене рвануло на теплотрассе так, что столб кипятка бил на четыре десятка метров вверх, а Нью-Йорк оказался вообще парализован в результате последствий аварии.
Впрочем, в России положение с теплоэнергетикой вряд ли лучше. По мнению специалистов, износ тепловых коммуникаций и вообще трубопроводных сетей в среднем не ниже 60%.
Причиной износа являются в том числе различные виды вибраций и так называемые гидравлические удары. Сильный поток жидкости в какой-то момент — особенно в моменты отключений и включений — выходит из-под контроля, с силой ударяет в стенки трубы, далее — разрыв и гейзер в черте мегаполиса. По сути — инсульт и паралич! Поскольку кровеносная сис-
тема — это те же трубы, хоть и эластичные, но и они подчиняются законам гидродинамики.
В сетях технических, если вовремя не перераспределить давление жидкости или газа в частях системы, эта сила находит слабое звено и выплёскивается из заключения со страшной силой.
Кстати, проблемой стабилизации давления в сетях, главным образом водопроводных, в конце XIX века занимался великий русский учёный, основоположник современной гидроаэродинамики, отец русской авиации Николай Егорович Жуковский. Под его руководством при механическом кабинете Московского университета в 1902 году сооружена одна из первых в Европе аэродинамических труб, два года спустя в поселке Качино под Москвой создан первый в мире аэродинамический институт, там же некоторое время спустя при непосредственном участии Жуковского открыта и аэродинамическая лаборатория. По его предложению уже при Советской власти создан Центральный аэро- гидродинамический институт (ЦАГИ), руководителем которого он назначен ещё в годы Гражданской войны.
Среди продолжателей дела Жуковского — в том числе и Королёв со своими учениками. Но особо хотелось бы отметить профессора Хаваса Низамова — кстати, родом из Башкирии, ведь в советское время именно таким самородкам из глубинки свободно открывался торный путь к вершинам отечественного образования и науки. Последователь Королёва, доктор технических наук, заслуженный изобретатель СССР Хавас Низамов разработал нелинейную математическую модель динамических процессов в газовых трубопроводных системах высокого давления со стабилизатором диссипативного (то есть неупорядоченного, хаотического, неравновесного) принципа действия.
Изначально исследования по стабилизации давления в жидких и газовых средах велись в сугубо военных целях, а именно в области ракетостроения. В КБ имени Королёва группа Низамова разработала демпфирующие устройства, которые выравнивали давление и скорости течения жидкостей в трубопроводах космических аппаратов. Сейчас такие системы используются в спутниках, баллистических ракетах с жидкостно-реактивным двигателем.
Хотя изначально математическая модель предназначалась для целей оборонного комплекса, она благополучно нашла и вполне земное применение, в мирных целях. Об этом писали «Аргументы и факты» в связи с катастрофой на Пироговской улице в Москве и журнал «Эксперт».
Стабилизатор — специальная врезка в трубу, которая практически не требует технического обслуживания и электропитания. Устройство позволяет избежать гидроударов (так что общая аварийность сокращается на 70—80%), помогает замедлить внутреннюю коррозию в трубах, сокращает потерю воды в сети.
В будущем применение стабилизаторов давления помогло бы сократить сроки летних отключений горячей воды (для Москвы проблема до сих пор актуальная) — отпала бы необходимость так часто и долго заниматься профилактическим осмотром — и даже совсем отменить их.
А начиналось всё с математической модели.
Первый русский водопроводный съезд
Первый доклад «Исторический очерк устройства и развития водоснабжения города Москвы» сделал И. Ф. Рерберг. Он рассказал, как были использованы для первого центрального водопровода подземные воды в районе Мытищ. Воду к городу подвели в 1804 году по кирпичной самотёчной галерее, а через долину реки Яузы построили акведук (он сохранился до наших дней). В 1853 году Мытищинский водопровод реконструирован по проекту и под руководством А. И. Дельвига. Взамен кирпичной галереи проложили чугунный водовод от Мытищ до села Алексеевского и ещё один — от Алексеевской водокачки до Сухаревой башни. На башне установили резервуары, от них по улицам города тянулись водопроводные трубы. Работы продолжались пять лет... Спустя сорок лет переоборудовали мытищинские водосборы. В них опустили насосы, для подъёма воды построили специальное здание, а при Алексеевской водокачке соорудили резервуар, от которого водоводы вели к Крестовским башням. Развивалась и водопроводная сеть на городских улицах. Новый водопровод начал действовать в 1892 году.
Н. Е. Жуковский выступал на съезде с сообщением об определении сопротивления при движении воды. Оно стало началом его классической работы о гидравлическом ударе в трубах. Свои опыты он проводил на Алексеевской водокачке.
Жуковский считал, что «механика должна равноправно опираться на анализ и геометрию, заимствуя от них то, что наиболее подходит к существу задачи. Своими новыми методами — исследованием интегралов по дифференциальным уравнениям, изысканием признаков, при которых существуют алгебраические интегралы, и т. д. — анализ даёт нам могущественное орудие для разрешения задач динамики. Но последняя обработка решений задачи всегда будет принадлежать геометрии».
С 1885 года Жуковский начал преподавание в Московском университете, вёл курс нового предмета — гидродинамики. В 1886 году стал экстраординарным профессором механики. Принял участие в создании Механического кабинета Московского университета, превращённого впоследствии в механическую лабораторию университета.
С конца 1880-х годов главные работы Жуковского связаны с гидродинамикой подземных вод и с вопросами устройства водопровода. К этому времени из-за быстрого роста населения Москвы значительно увеличился расход воды московского водопровода. Около 1890-го встал вопрос о расширении мытищинского водозаборного узла. В своё время проблема водоснабжения Москвы была решена именно устройством этого водозабора. Но способен ли он давать больше воды? Работы Жуковского («Теоретическое исследование о движении подпочвенных вод» (1889) и др.) позволили установить связь между колебаниями барометра и высотой стояния уровня грунтовых вод, определить ёмкость водохранилища и максимально возможный расход воды. В результате идея расширения мытищинского водозабора была оставлена и построена новая, Рублёвская водозаборная станция в верховьях реки Москвы.
Когда острым вопросом стал вопрос о причинах частых разрывов водопроводных труб, Жуковский провёл обширное экспериментальное исследование изменения гидродинамического давления в трубах на специально устроенной опытной сети при Алексеевской водокачке и установил: причина аварий водопровода — явление гидравлического удара (скачкообразного повышения давления при слишком быстром закрытии задвижки на трубе). При этом оказалось возможным отыскать и место разрыва трубы. Его работа «О гидравлическом ударе в водопроводных трубах» (1899) стала известной, переведена на иностранные языки. Исследовал Жуковский и влияние температурных колебаний на перемещения грунта, вызывающие повреждения подземных трубопроводов (доклады на комиссии, 1914).
Водопровода касалась и его работа «О гидравлическом таране» (водоподъёмное устройство с подачей воды вследствие повышения давления в результате периодических гидравлических ударов), 1899 год.
Нужна ли в школе математика?
Поговорим о творчестве бюрократов — и о том, как оно соотносится с творчеством остального мира.
Министр образования и науки России в очередной раз доказал своё точное соответствие занимаемой должности. На заседании коллегии по вопросам сохранения и укрепления здоровья школьников Андрей Александрович Фурсенко заявил: «Я глубоко убеждён: не нужна высшая математика в школе. Более того, высшая математика убивает креативность».
Несомненно, дифференциальное и интегральное исчисления — их с XVII века принято именовать высшей математикой — на фоне тензорного исчисления, топологии, функционального анализа и прочих достижений последующих эпох наглядны, понятны и даже скучны. Но всё же и они в изрядной степени требуют для своего постижения глубоких размышлений, нетривиальных аналогий, ярких обобщений — словом, неплохо стимулируют творческую фантазию.
Обвинить эти разделы науки об универсальном языке — математике — в «убийстве креативности» может только человек, в высшей степени наделённый умением творить собственную картину мира, не имеющую с объективной реальностью ничего общего.
Впрочем, доля истины в словах министра есть. В школе не худо бы уделить — пусть и ценой сокращения курса высшей математики — больше внимания геометрии, развивающей умение связывать абстрактные понятия с наглядными представлениями. А главное — давно пора восстановить курс формальной логики. Он — не только основа всех математических дисциплин, но и метод, дающий надёжную опору всем наукам, главным образом гуманитарным.
Увы, в нашей школе утрачено само понятие опоры одной дисциплины на другую: школа режет картину реального целостного мира на множество отдельных предметов, подчас не имеющих точек соприкосновения. Даже физику в школе преподают без опоры на высшую математику, хотя та именно из физических задач и выросла — и в свою очередь резко упростила их решение. А, скажем, химия почти не использует физические представления — хотя всю химию можно представить набором особо сложных задач по квантовой механике.
Но и это ещё не самое страшное. В наше время школа хотя бы оставалась в рамках германской учебной традиции, опирающейся на законы каждой науки, а уже из них выводящей конкретные факты. Замечу: здоровью советских школьников это нисколько не вредило. Хотя вполне возможно, что деградация школьного образования, которую мы наблюдаем с момента развала Советского Союза, расшатала здоровье российских школьников в максимальной степени.
Сейчас — под чутким идейным руководством Андрея Александровича — школа отступает на позиции, заранее подготовленные американцами. Теперь главная задача ученика — зазубривание отдельных фактов. Учителя не должны пытаться не то что преподать, но хотя бы обозначить связи между ними. Да и единый государственный экзамен проводится в формате, проверяющем — и соответственно поощряющем — всё то же бездумное запоминание фактов, без малейшей попытки выяснить степень понимания законов, порождающих и объясняющих эти факты.
Убийственность такой мозаичной картины мира для творчества очевидна хотя бы на примере новомодного клипового монтажа. Отечественные клиподелы, объявившие себя новым поколением кинорежиссёров, загубили эпатажной экранизацией уже не один классический сюжет...
Вдобавок рваное фактоцентричное мышление чудовищно затратно. Ещё два с половиной века назад выдающийся французский просветитель Клод Адриан Гельвеций сказал: «Знание некоторых принципов легко возмещает незнание некоторых фактов». Из грамотно подобранной совокупности взаимосвязанных правил и методов можно извлечь по мере надобности столько следствий, сколько не удастся зазубрить за всю жизнь. Естественно, в совокупность должны входить правила и методы выведения следствий — те самые логика и математика, которые представляются министру избыточными. Вообще структура фундаментальных — составляющих изначальную основу для всего последующего развития — знаний ни в коей мере не случайна, как кажется многим ретивым реформаторам образования. Изучение всей этой структуры в школе — хоть средней, хоть высшей — отнимет несравненно меньше сил и времени.
А уж зазубривание массива фактов, вошедших в школьную программу потому, что без их знания попросту невозможна никакая активная деятельность в современном стремительно развивающемся мире, и подавно оказывается непосильной задачей для изрядной части учеников, хотя любому из них под силу вывести все эти факты по Гельвецию — из правильно преподанных принципов. Вот вам грандиозный резерв снижения учебной нагрузки, того самого сохранения и укрепления здоровья школьников, ради которого министр готов оскопить их разум!
Даже духовно-нравственная культура — её министр вводит сейчас в школьную программу как самостоятельный предмет, ради неё пытается сократить преподавание точных наук, — выводится всё из тех же общих принципов. Ещё полтора века назад Джон Стюарт Милл показал: человек, заботящийся только о собственных интересах, но способный предвидеть достаточно отдалённые их последствия, будет вести себя порядочно и альтруистично. У нас эту теорию разумного эгоизма развил и популяризировал Николай Гаврилович Чернышевский, ныне в школе почти забытый вместе с большей частью отечественных любителей свободы, разума и прогресса. То есть и тут достаточно преподать элементарные основы — а дальше ученик сам сможет вывести из них все те правила самостоятельного развития и поведения в обществе, кои составляют основу всех духовных учений и нетоталитарных религий. И ради этого вовсе не обязательно приравнивать богословские степени к учёным.
Словом, для достижения целей, официально поставленных министром образования Фурсенко, необходимо двигаться в направлении, прямо противоположном выбранному им.
Надеюсь, понимание этого придёт до наступления необратимых последствий так называемой школьной реформы.