Как олимпиады могут догнать науку

С 1 по 9 мая 2017 года в Якут­ске про­хо­ди­ла Ази­ат­ская олим­пи­а­да школь­ни­ков по физи­ке (APhO). В ней при­ня­ли уча­стие школь­ни­ки из 24 стран. На Ази­ат­ской олим­пиа­де силь­ные коман­ды состав­ля­ют зна­чи­тель­ную долю участ­ни­ков, здесь труд­нее полу­чить медаль, чем на Все­мир­ной олим­пиа­де (IPhO), а зада­чи слож­нее. Каж­дая стра­на выби­ра­ет коман­ду из вось­ми луч­ших школь­ни­ков, и они сорев­ну­ют­ся в двух пяти­ча­со­вых турах: тео­ре­ти­че­ском и экс­пе­ри­мен­таль­ном.

У Рос­сии до насто­я­ще­го вре­ме­ни не было опы­та про­ве­де­ния олим­пи­ад тако­го высо­ко­го уров­ня. В послед­ний раз подоб­ная олим­пи­а­да про­хо­ди­ла в нашей стране в 1979 году. Самое слож­ное было под­го­то­вить зада­чи, к кото­рым предъ­яв­ля­ют­ся очень высо­кие тре­бо­ва­ния. Ведь олим­пи­а­ды сти­му­ли­ру­ют школь­ни­ков к само­раз­ви­тию.

Еще одна цель AphO— выявить талант­ли­вых школь­ни­ков и отме­тить их награ­да­ми, что­бы облег­чить им путь в нау­ку. Нуж­но отобрать тех, кто уме­ет твор­че­ски при­ме­нять физи­че­ские зако­ны. Зада­чи долж­ны быть доста­точ­но слож­ны­ми, что­бы дать самым силь­ным воз­мож­ность пока­зать себя. Но от участ­ни­ков олим­пи­а­ды нель­зя тре­бо­вать уров­ня знаний,намного пре­вы­ша­ю­ще­го школь­ную про­грам­му, что­бы не давать неоправ­дан­ных пре­иму­ществ тем, кто зна­ком с каки­ми-то отдель­ны­ми нешколь­ны­ми фак­та­ми. Зада­чи не долж­ны сво­дить­ся к вычис­ле­нию инте­гра­лов. Это о том, как долж­но быть устро­е­но реше­ние зада­чи, какую после­до­ва­тель­ность фор­мул нуж­но напи­сать, что­бы прий­ти к отве­ту. Но и о чем зада­ча в целом, тоже важ­но.

Пото­му что у олим­пи­ад есть и тре­тья цель — в зада­чах рас­ска­зать школь­ни­кам о совре­мен­ной физи­ке, пока­зать, чем она зани­ма­ет­ся и чем инте­рес­на. Такая цель была осо­зна­на не сра­зу. За 50 лет про­ве­де­ния меж­ду­на­род­ных олим­пи­ад зада­ния силь­но изме­ни­лись. Сна­ча­ла это были корот­кие зада­чи, похо­жие на те, кото­рые мы можем видеть в школь­ных учеб­ни­ках физи­ки. Но посте­пен­но олим­пи­а­ды при­шли к соб­ствен­но­му фор­ма­ту. Зада­чи ста­ли длин­нее, и каж­дая из них рас­ска­зы­ва­ет целую исто­рию.

Тренд послед­них лет — рас­сказ об опре­де­лен­ной обла­сти совре­мен­ной физи­ки или опи­са­ние слож­но­го при­род­но­го явле­ния. После­до­ва­тель­но решая зада­чу, школь­ник про­дви­га­ет­ся в незна­ко­мой обла­сти как пер­во­от­кры­ва­тель, а дой­дя до кон­ца, уже име­ет об этой обла­сти сло­жив­ше­е­ся пред­став­ле­ние.

Такой спо­соб рас­ска­за гораз­до эффек­тив­нее, чем попу­ляр­ная лите­ра­ту­ра, хотя под­хо­дит толь­ко для школь­ни­ков, при­вык­ших к слож­ным зада­ни­ям. Каж­дая решен­ная зада­ча остав­ля­ет силь­ное впе­чат­ле­ние и надол­го запо­ми­на­ет­ся. При этом все ока­зы­ва­ют­ся в рав­ном поло­же­нии: темы задач не повто­ря­ют­ся и настоль­ко неожи­дан­ны, что к ним нель­зя под­го­то­вить­ся. Такой под­ход может при­ме­нять­ся и в тео­ре­ти­че­ских, и в экс­пе­ри­мен­таль­ных зада­ни­ях.

Под­го­тов­ка задач для APhO-2017 заня­ла мно­го вре­ме­ни, но в кон­це кон­цов нам уда­лось соста­вить ком­плект, удо­вле­тво­ря­ю­щий всем тре­бо­ва­ни­ям. Наши зада­чи понра­ви­лись школь­ни­кам и лиде­рам команд.

Зада­чу экс­пе­ри­мен­таль­но­го тура мы раз­ра­бо­та­ли вме­сте с Кирил­лом Наполь­ским, веду­щим науч­ным сотруд­ни­ком хими­че­ско­го факуль­те­та МГУ. Груп­па Наполь­ско­го син­те­зи­ру­ет и иссле­ду­ет фотон­ные кри­стал­лы из анод­но­го окси­да алю­ми­ния. Эту новую тех­но­ло­гию актив­но обсуж­да­ют в ста­тьях в послед­ние годы.

Мы изго­то­ви­ли для каж­до­го участ­ни­ка по три образ­ца фотон­ных кри­стал­лов, име­ю­щих необыч­ные спек­траль­ные свой­ства. Мы при­ду­ма­ли, как вос­про­из­ве­сти точ­ные лабо­ра­тор­ные экс­пе­ри­мен­ты на про­стом обо­ру­до­ва­нии и сде­лать их нагляд­ны­ми, как в тео­рии перей­ти к оцен­кам, что­бы избе­жать слож­ных вычис­ле­ний.

Спек­тро­метр сде­ла­ли из лам­поч­ки и дифрак­ци­он­ной решет­ки. Наблю­дая раду­гу сквозь обра­зец и пово­ра­чи­вая его, школь­ни­ки мог­ли видеть, как по спек­тру дви­жут­ся тем­ные поло­сы. А для более точ­ных изме­ре­ний в раз­ных частях спек­тра исполь­зо­ва­ли лазер­ные указ­ки трех цве­тов.

Одну из задач тео­ре­ти­че­ско­го тура под­го­то­ви­ли Сер­гей Белан, млад­ший науч­ный сотруд­ник Инсти­ту­та тео­ре­ти­че­ской физи­ки им. Л. Д. Лан­дау РАН, и Лев Мель­ни­ков­ский, стар­ший науч­ный сотруд­ник Инсти­ту­та физи­че­ских про­блем им. П. Л. Капи­цы РАН. В ней участ­ни­кам пред­ла­га­лось иссле­до­вать вих­ри в сверх­те­ку­чем гелии, их дви­же­ние и вза­и­мо­дей­ствие меж­ду собой и с гра­ни­ца­ми.

Вто­рая зада­ча тео­ре­ти­че­ско­го тура была посвя­ще­на аст­ро­фи­зи­ке. Эту зада­чу под­го­то­вил Алек­сандр Кисе­лёв, аспи­рант физи­че­ско­го инсти­ту­та им. П. Н. Лебе­де­ва РАН, один из тре­не­ров сбор­ной коман­ды Рос­сии. В зада­че рас­смат­ри­ва­лась систе­ма двух сверх­мас­сив­ных чер­ных дыр, обра­зо­вав­ша­я­ся при сли­я­нии двух галак­тик. Такая систе­ма может быть источ­ни­ком мощ­но­го импуль­са гра­ви­та­ци­он­ных волн. Школь­ни­кам нуж­но было изу­чить раз­лич­ные физи­че­ские про­цес­сы, при­во­дя­щие к сбли­же­нию чер­ных дыр, и оце­нить вре­мя эво­лю­ции этой систе­мы.

Еще в одной зада­че, пред­ло­жен­ной аспи­ран­том Мос­ков­ско­го физи­ко-тех­ни­че­ско­го инсти­ту­та Сер­ге­ем Ефи­мо­вым, обсуж­да­лось загряз­не­ние око­ло­зем­но­го кос­ми­че­ско­го про­стран­ства нефунк­ци­о­ни­ру­ю­щи­ми спут­ни­ка­ми, отра­бо­тан­ны­ми сту­пе­ня­ми ракет и их круп­ны­ми фраг­мен­та­ми, при­сут­ствие кото­рых всё боль­ше затруд­ня­ет дея­тель­ность чело­ве­ка в кос­мо­се. Участ­ни­кам пред­ла­га­лось про­ана­ли­зи­ро­вать эво­лю­цию вра­ща­тель­ной дина­ми­ки одно­го из таких объ­ек­тов под вли­я­ни­ем раз­ных фак­то­ров, то есть выпол­нить один из под­го­то­ви­тель­ных эта­пов пла­ни­ро­ва­ния мис­сии по очи­ще­нию орби­ты от кос­ми­че­ско­го мусо­ра.

Такой ком­плект был под­го­тов­лен в Рос­сии впер­вые. К сожа­ле­нию, боль­шин­ство задач на рос­сий­ских олим­пи­а­дах без­на­деж­но дале­ки от совре­мен­ной нау­ки. Име­ет­ся узкий набор сюже­тов, ори­ги­наль­ных идей очень мало. Сре­ди зада­ний любой олим­пи­а­ды вы най­де­те зада­чу про иде­аль­ный газ под порш­нем, рас­чет схе­мы из рези­сто­ров; на экс­пе­ри­мен­те — уга­ды­ва­ние схе­мы из рези­сто­ров, спря­тан­ной в коро­боч­ке.

Одно­тип­ные зада­чи быст­ро и лег­ко при­ду­мы­ва­ют­ся. Но поче­му, напри­мер, не пред­ло­жить школь­ни­кам исполь­зо­вать фор­му­лы иде­аль­но­го газа для дви­же­ния звезд в мас­шта­бах галак­ти­ки или для элек­тро­нов в метал­ле? Кажет­ся, что олим­пи­ад­ные дея­те­ли живут в сво­ем малень­ком мире, в кото­ром они всё зна­ют, и не хотят из него выхо­дить. Они забы­ва­ют, что за пре­де­ла­ми олим­пи­ад­но­го мира нахо­дит­ся боль­шая нау­ка, в кото­рой посто­ян­но появ­ля­ют­ся новые обла­сти и сюже­ты. Гра­ни­цы мира олим­пи­ад уста­но­ви­лись деся­ти­ле­тия назад, и у соста­ви­те­лей задач не воз­ни­ка­ет мыс­ли при под­го­тов­ке олим­пи­ад обра­щать­ся к уче­ным или читать ста­тьи.

Нуж­но поме­нять под­ход к зада­ни­ям. Физи­ка как нау­ка нераз­рыв­но свя­за­на с экс­пе­ри­мен­том, ее зада­чи все­гда кон­крет­ны. Нуж­но уде­лить вни­ма­ние содер­жа­нию, что­бы зада­чи рас­ска­зы­ва­ли о совре­мен­ных обла­стях физи­ки, как это дела­ет­ся в зада­чах меж­ду­на­род­ных олим­пи­ад. Такой пере­ход не озна­ча­ет уве­ли­че­ния слож­но­сти и не пред­по­ла­га­ет выхо­да из школь­ной про­грам­мы. Напри­мер, любой успе­ва­ю­щий 11-класс­ник зна­ет физи­че­ские зако­ны, нуж­ные для реше­ния экс­пе­ри­мен­таль­ной зада­чи APhO это­го года.

Типо­вые зада­чи хоро­ши на уро­ках и при под­го­тов­ке, но не годят­ся для олим­пи­ад. Мы мог­ли бы исполь­зо­вать олим­пи­а­ды для рас­ска­за о совре­мен­ной нау­ке и дости­же­ни­ях рос­сий­ских уче­ных. В таком виде олим­пи­а­ды будут гораз­до инте­рес­нее для школь­ни­ков. Одно дело ехать на олим­пи­а­ду, что­бы решить еще одну зада­чу про сосу­ды с иде­аль­ным газом, совсем дру­гое — попро­бо­вать при­ме­нить свои зна­ния в обла­сти совре­мен­ной нау­ки, попу­ляр­ный рас­сказ о кото­рой в фор­ме зада­чи напи­сан впер­вые. Осо­бен­но это вер­но, если школь­ни­ки при­ез­жа­ют на олим­пи­а­ду из дру­гих горо­дов и стран. Каж­дый год мы ждем появ­ле­ния задач APhO и IPhO, пото­му что каж­дая из них — это сюр­приз, малень­кое откры­тие. Хоте­лось бы, что­бы зада­чи на рос­сий­ских олим­пи­а­дах были таки­ми же инте­рес­ны­ми. Счи­таю, что для это­го в раз­ра­бот­ке задач олим­пи­ад долж­ны участ­во­вать уче­ные.

Наде­юсь, что опыт про­ве­де­ния Ази­ат­ской олим­пи­а­ды вызо­вет поло­жи­тель­ные изме­не­ния: зада­чи рос­сий­ских олим­пи­ад ста­нут инте­рес­нее. Давай­те делать инте­рес­ные зада­чи вме­сте, давай­те рас­ска­жем школь­ни­кам, что такое совре­мен­ная физи­ка.

Алек­сей Ноян,
сту­дент МФТИ, член жюри и автор зада­чи экс­пе­ри­мен­таль­но­го тура Ази­ат­ской
физи­че­ской олим­пи­а­ды — 2017
Источ­ник
фото­гра­фий пресс-служ­ба APhO-2017

Если вы нашли ошиб­ку, пожа­луй­ста, выде­ли­те фраг­мент тек­ста и нажми­те Ctrl+Enter.

Связанные статьи

Оценить: 
Звёзд: 1Звёзд: 2Звёзд: 3Звёзд: 4Звёзд: 5 (Пока оценок нет)
Загрузка...
 
 

Метки: , , , , , , , , , , , , , , , ,

 

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *