Книга Технология творческого мышления - Марк Меерович

На проведение занятия выделили одну пару — два часа. Занятие шло в диалоговом режиме со студентами и присутствовавшими участниками конференции. Вначале (для установления контакта с аудиторией) в непринужденной форме формулировались и уточнялись понятия: что такое мышление, когда оно работает, каким образом его можно развивать и что для этого необходимо. На примере выделения общих признаков для классификации ряда объектов были введены понятия функционально-системного подхода (база ТРИЗ), в частности основная функция (ОФ). На примере поиска решения проблемы двумя способами — мозговым штурмом и по АРИЗ — было показано преимущество ТРИЗ как методики технического творчества, а на основе использования алгоритма как инструмента осознанного управления процессом мышления обоснована возможность применения ТРИЗ для развития мышления.

Затем участников семинара попросили дать определения двум объектам — стакану и стулу. После недолгого коллективного обсуждения записали такие определения (близкие к словарным):

СТАКАН — стеклянный сосуд для питья цилиндрической формы без ручки.

СТУЛ — предмет мебели со спинкой для сидения одного человека.

А теперь представьте, что вы тоже присутствуете в этой аудитории…

Итак, проведем ряд экспериментов и попробуем на основе результатов сформулировать выводы. Для начала нальем в стакан воду и поместим его (мысленно) на космический корабль — в состояние невесомости. Как бы мы ни крутили стакан — вода из него выливаться не будет. Можно даже убрать стакан — все равно вода будет висеть в одном месте пространства. (Уточняем, почему так.)

Подвесим стакан с водой дном вниз в нашем помещении — на Земле. Вода тоже висит в воздухе. (Можно использовать ИДЕАЛЬНЫЙ СТАКАН!) А что будет, если мы уберем ДНО стакана? Столб воды будет падать.

Какова же ОФ дна стакана? И какая сила на него давит?

ОФ дна стакана — создавать силу противодействия весу столба воды. (Можно уточнить — за счет связи со стенками.)

Проведем следующий эксперимент. Поставим на стол прозрачную трубу, поместим в нее пружину, а на пружину поставим ИДЕАЛЬНЫЙ стакан, который будет скользить вдоль стенок плотно, но без трения. Уровень, на котором остановится стакан на какой-то отметке, примем за «0».

Нальем в стакан какое-то количество воды. Под ее весом стакан будет опускаться и сжимать пружину до тех пор, пока не остановится — давление сжатой пружины уравновесит вес налитой жидкости. Это давление через дно стакана передается на столб жидкости и не позволяет ему падать ниже. Иными словами, на дно стакана действуют две равные по величине, но противоположно направленные силы: вес столба воды (действие) и реакция пружины (противодействие). Это хорошо видно, если изменять уровень воды в стакане — отбирать воду или добавлять ее, положение стакана при этом тоже меняется.

Еще эксперимент. Возьмем большую емкость с водой и мысленно выделим в ней столбик воды от поверхности на некоторую глубину, например 5 см. Почему этот столбик не проваливается глубже? Какие силы здесь действуют?

Рассмотрим дно столбика как очень тонкое дно стакана. Сверху на него давит вес столбика воды, и если дно не проваливается, то очевидно, что снизу на него должна действовать такая же по величине, но направленная вверх сила. Такой силой, выполняющей роль пружины, которую наш верхний столбик стремится сжать, будет противодействие (реакция) лежащего под ним столбика жидкости.

(Вариант: нальем в узкий длинный полиэтиленовый кулек 5 см воды и будем опускать этот кулек в емкость с водой. На какую глубину опустится кулек? Очевидно, тоже на 5 см. Почему кулек не проваливается глубже? Его дно давит на столб воды, лежащий под ним, и тот будет мешать — противодействовать возможности опуститься глубже.)

Еще эксперименты: будем ставить стакан с водой в воду и убирать дно стакана, при этом попробуем три варианта:

А) верхний уровень воды в стакане выше уровня воды в емкости.

Б) верхний уровень воды в стакане — на уровне воды в емкости.

В) верхний уровень воды в стакане — ниже уровня воды в емкости.

Будет ли изменяться уровень воды в стакане? Как? Почему? Кто или что выполняет функцию ДНА стакана?

(Вариант: вместо стакана с убирающимся дном можно использовать стеклянную трубку, в которой функцию дна будет выполнять скользящий в ней без трения поршень. А в простейшем случае вместо сосуда можно использовать длинный шарик «Уйди-уйди» или просто прозрачную трубку — стеклянную или полиэтиленовую, а вместо дна — палец. Жидкость для наглядности можно подкрасить чернилами или марганцовкой.)

Проделаем эти эксперименты еще раз, только вместо воды в стакан нальем (разумеется, мысленно!) РТУТЬ. На каком уровне по отношению к уровню воды будут верхние уровни ртути в каждом эксперименте после того, как мы уберем дно? Вспомним, что плотность ртути — 13,55 г/см3. («Ртуть упадет на дно!» — тут же вскочил один студент. «Согласен! — ответил докладчик. — Если сосуд неглубокий. Как быть?» Договорились вместо стакана ставить трубу, и дно не убирать, а сделать скользящим, как поршень. Еще один студент предложил использовать схему первого эксперимента — ставить в воду трубу, в трубу — стакан, а уже в стакан наливать ртуть.) Как объяснить полученные результаты? Можно ли выявить здесь какую-то закономерность?

Проделаем этот эксперимент в третий раз, но опять с новыми условиями: в стакан нальем воду, но ставить его будем в емкость со ртутью. На каком уровне — по отношению к уровню ртути — будут находиться верхние уровни воды после того, как мы уберем дно? Как объяснить результаты? Можно ли и здесь выявить какую-то закономерность? Она такая же, как в предыдущем эксперименте?

А теперь вместо воды или ртути посадим в емкость АРХИМЕДА и получим его закон, так как он вытесняет (заменяет) собой верхнюю часть жидкости в емкости.

И на основе полученных представлений о действии и противодействии — вернемся к определению объекта «СТУЛ» и сформулируем его с точки зрения физики: какую функцию выполняют ножки стула? Спинка?

Проделаем еще несколько экспериментов.

Поставим на стол высокий цилиндрический сосуд, в стенке которого на разных уровнях проделаны небольшие отверстия одинакового диаметра. Закроем их и нальем в сосуд воду. Вода не выливается. Откроем одновременно все отверстия. Из них струями польется вода. Отсюда можно определить ОФ стенок сосуда — создавать противодействие давлению воды на стенки.

Обратим внимание — чем дырочка ниже, тем струя сильнее. О том, что давление вниз зависит от высоты столба — мы уже знаем. Но здесь сила «давит» вбок... Какова ее величина? Как ее измерить?

Вставим в каждое отверстие гибкую трубочку с открытым вторым концом и изогнем все трубочки вверх. Во всех трубочках уровень воды установится на уровне воды в сосуде — получаем закон СООБЩАЮЩИХСЯ СОСУДОВ.

Но одинаковые уровни означают равенство давлений в сосуде и в трубке, и величина этого давления определяется высотой столба (расположением отверстия). Следовательно, давление в жидкости направлено не только вниз, а во все стороны с одинаковой силой — получаем закон ПАСКАЛЯ. Действие этого закона можно проверить, если заталкивать в воду пустой сосуд с твердым дном и мягкими стенками и наблюдать, как эти стенки будут сминаться на разной высоте.