Fizica este o matematică cenzurată de realitate, așa că înțelegerea ei apelează de multe ori la intuiție, la un simț al naturii, la experiență de viață. Inconștient, ne construim un model de funcționare a lumii, informat din toate întâmplările din jurul nostru, model care creează anumite așteptări.
Când te uiți la desene animate, de exemplu, și vezi că un personaj a depășit marginea unei prăpăstii, dar nu cade imediat, știi, simți că nu așa funcționează lumea. Știi și că gravitația atrage obiectele spre Pământ, deci levitația este împotriva naturii. Iarna, îți crești temperatura corpului prin contact cu un calorifer cald sau prin evitarea pierderilor de căldură, la fel cum vara te răcorești cu o băutură de la frigider.
Astfel de exemple sunt intuitive, mulți elevi îți vor spune că așa funcționează lumea, chiar înainte să fi început studiul fizicii, în clasa a șasea. De aceea, profesorii de fizică au marele avantaj că pot folosi exemple din cotidian ca să-ți explice noțiuni mai abstracte precum forța de reacțiune normală, forța elastică, transformarea izotermă sau legea lui Arhimede.
La explicațiile intuitive și susținute cu exemple din cotidian se adaugă eventualele lecții practice din laboratoarele de fizică, pentru ca apoi, reprezentările convenționale să aibă un sprijin concret în mințile elevilor. Astfel, o imagine precum cea de mai jos (preluată de pe lectii-virtuale.ro) nu mai pare un desen geometric complicat cu niște săgeți și notații, ci se explică prin reprezentarea convențională a unor forțe care acționează asupra unui corp în coborâre pe un plan înclinat — exact ca o săniuță pe pârtie.
Fizica a evoluat din filosofia naturală. Toate simțurile ne informează despre mersul (fizic al) lumii și chiar așa-numita fizică teoretică, dezvoltată în special în jurul teoriei relativității și al altor fenomene imposibil de observat direct trebuie să poată fi ilustrată prin experimente. Așa se explică, de exemplu, de ce Peter Higgs a primit Premiul Nobel în 2013 pentru o descoperire pe care o publicase ca teorie în 1964: abia după patruzeci și nouă de ani a fost conceput un experiment adecvat și s-a putut construi infrastructura necesară care să-l probeze, la CERN.
Dacă fizica depinde atât de mult de înțelegerea directă a lumii, prin simțuri și experiență de viață, cum ar putea inteligența artificială să-ți lămurească mersul lucrurilor, înainte de notații convenționale și ecuații? Când te rezumi la materia de liceu, provocarea pare și mai grea, pentru că aparatul matematic este elementar, iar elevii abia învață pentru prima dată cum se analizează fenomene destul de simple, ca funcționarea unui circuit electric, evaporarea, condensarea și înghețarea sau căderea liberă.
Împreună cu câțiva elevi de liceu, am construit un agent personalizat de inteligență artificială Microsoft 365 Copilot (bazat pe GPT-5), pe care l-am „educat” cu o sută de materiale specifice materiei de liceu: variante de bacalaureat, manuale și liste de exerciții. Apoi l-am testat împreună, cu întrebări teoretice, practice și aplicații matematizate, să vedem cât de clar ne poate ajuta să înțelegem lumea cu ajutorul fizicii, la nivel de liceu.
Ca în episodul anterior, unde ne-am concentrat pe limba și literatura română, am pus aici câteva screenshot-uri, dacă vrei să vezi dialogul cu AI-ul.
Mulțumesc acelorași colaboratori: elevii Rareș Duțulescu, Anca Petcu (clasa a X-a), Ana Gheorghe (clasa a XI-a), Chris Bădulescu, Tudor Cristea, Sofia Dragomir, Cristina Milutinovici (clasa a XII-a).
Enciclopedia care nu se poate abține
Anca și Rareș au început clasa a zecea, unde primele lecții de fizică îi introduc în termodinamică. „Profesoara ne-a făcut niște exerciții ca la chimie”, spune Anca, și-mi explică despre calcule cu număr de moli, molecule și numărul lui Avogadro. Cristina vrea să dea bacalaureatul la fizică, la mecanică și termodinamică. Așa că am decis să începem cu un scurt cuprins și rezumat al temelor de studiat. Anca ar vedea ce o așteaptă în clasa a zecea și cum se va îndepărta termodinamica de chimie, iar Cristina își va aminti cuprinsul lecțiilor de pregătit pentru Bac.
„Sunt clasa a zecea și doar ce am început capitolul despre termodinamică. Explică-mi pe scurt o introducere în acest domeniu și la ce ar trebui să mă aștept pe parcursul semestrului.”, a fost primul prompt.
Modelul răspunde:
„Termodinamica este ramura fizicii care studiază transformările energiei și interacțiunile dintre sistemele fizice, în special cele legate de căldură și lucru mecanic. În clasa a X-a, introducerea în termodinamică se face treptat, pornind de la concepte intuitive și ajungând la legi fundamentale.”
Apoi alcătuiește un cuprins în cinci părți. Un început bun, dar imediat dăm de problema pe care Anca o întâlnise când mai pusese întrebări de fizică sau matematică AI-ului: îi este foarte greu să nu răspundă enciclopedic. Chiar după cuprinsul materiei viitoare, Copilotul continuă:
„Pentru început, îți propun un exercițiu simplu:
Ai un gaz într-un cilindru cu piston mobil. Dacă îl încălzești fără să-i permiți să se dilate (volum constant), ce se întâmplă cu presiunea și energia internă?”
Pentru Cristina, care își recapitulează materia de bac, întrebarea e foarte bună, fiindcă deja a parcurs toate capitolele. Dar Ancăi și lui Rareș nu le folosesc astfel de întrebări, nici chiar la nivel de brainstorming: ce e „energia internă”, de exemplu?
Ca profesor, m-am întâlnit des cu această provocare: să explic elevilor o noțiune complexă, dar cu restricția să folosesc doar cunoștințele pe care ei le au deja? Pe parcurs ce avansezi în studiu, conceptele se îmbogățesc în definiții și aplicații, iar vocabularul (inclusiv cel științific) se extinde. Dar de multe ori, cheia într-o lecție este cum să folosești cât mai puține preliminarii. Deși Copilotul nostru a primit ca materiale de referință manuale, care au o structură potrivită din punctul de vedere al succesiunii ideilor, nu și-a adaptat bine răspunsul la un prompt care îi spunea clar că „doar ce am început capitolul”.
Este genul de problemă pe care și Ana a menționat-o când am întrebat-o dacă a folosit inteligența artificială pentru lecțiile școlare. Ea urmează profilul de științe sociale, așa că disciplinele științifice nu sunt predate la fel de complex ca la mate-info. Experiența ei cu AI-ul de până acum a fost să primească lămuriri care o depășeau cu mult.
Răspunsul enciclopedic poate ar fi de așteptat de la un agent care are în spate o bază uriașă de cunoștințe. Dar, spre deosebire de Wikipedia, de exemplu, Copilotul este programat cu abilități logice și de înțelegere a limbajului natural din prompt-uri și interacțiuni. În plus, dialogul devine tot mai dificil și divergent când trebuie să-i ceri să lămurească diverse lucruri din fiecare răspuns.
Un comportament similar a găsit și un prieten cercetător în fizică, care plătește un abonament ChatGPT Pro, de 229 euro pe lună. El mi-a scris recent:
„Dacă facem un brainstorming, vine cu o idee bună (GPT-5 Pro zic), îți descrie ideea aia în cam o pagină, poate puțin mai mult. Problema e că folosește concepte (MULTE) cu care precis nu ești familiarizat, mai ales dacă n-ai lucrat cu problema aia înainte. Și iei cu foaie și pix și parcurgi pas cu pas, rând cu rând ce-ți dă. Apoi iei și întrebi la orice ecuație nu înțelegi să detalieze sau să demonstreze. Când ajungi în sfârșit la capăt, o pagină a lui GPT-5 Pro înseamnă vreo 15-20 pagini de om normal pe caiet.”
E drept că, la lansarea GPT-5, a fost lăudat că are inteligență de nivelul unui doctorat, dar elevii și studenții știu cel mai bine cât de important este ca un profesor să dozeze cunoștințele, în locul unei demonstrații de forță.
„Ai grijă la unități!”
Am continuat dialogul cu agentul nostru fizician pe baza unui exercițiu rezolvat recent în caietul Ancăi. I-am dat cerința completă, cu tot cu formularea standard, impersonală: „să se afle masa de azot din vas”. Copilotul a rezolvat-o imediat, cu metode elementare, fiindcă nici problema nu cerea lucruri sofisticate. Doar că a dat răspunsul în grame, lucru neobișnuit pentru o problemă de fizică, unde mai des găsești unități din sistemul internațional (SI), precum kilogramul. L-am corectat, Anca a fost mulțumită de pașii de rezolvare, dar ne mai aștepta o surpriză.
Fizica de clasa a XII-a înseamnă teoria relativității, fizică atomică și nucleară. Discuția noastră se întâmpla la începutul anului școlar, așa că i-am cerut o introducere despre relativitatea clasică, a lui Galilei.
Dacă în cazul agentului de română, am insistat să răspundă structurat ca un eseu, la fizică nu deranjează la fel de mult prezentarea cu paragrafe scurte și emoji-uri. Câtă vreme ne interesează o imagine de ansamblu, și elevii sunt de acord că un astfel de rezumat e ușor de parcurs. Limbajul e acum potrivit, nu mai depășește noțiunile de la clasă și mai mult, ni se prezintă și un exemplu practic.
Surpriza vine când i-am cerut un exercițiu, prin care să înțelegem mai bine cum funcționează relativitatea clasică. L-am primit, cu tot cu rezolvare ghidată, etapizată, apoi o întrebare suplimentară.
✍️ Îți propun să rezolvi:
Un autobuz se deplasează cu 72 km/h. Un copil aleargă în interiorul autobuzului cu 3 m/s în direcția de mers.
Care este viteza copilului față de sol?
Ai grijă la unități!
Vrei să verificăm împreună răspunsul tău după ce îl calculezi?
Exercițiul este potrivit și foarte asemănător cu cel pe care l-a rezolvat anterior, dar, inspirat din discuția despre termodinamică, am fost avertizați: Ai grijă la unități! Viteza se exprimă în kilometri pe oră în limbajul comun și în cerința exercițiului, dar unitatea SI este metrul pe secundă.
Desen sau calcul? Alege una!
O problemă tehnică de care suferă lecțiile de fizică asistate de AI, este multimodalitatea. Arhitectura unui model lingvistic mare (LLM), cum sunt Copilot, ChatGPT, Gemini și celelalte presupune foarte multe componente specializate, dar care nu interacționează suficient. Altfel spus, Copilotul are un „creier artificial” care știe matematică, unul care vorbește în limbaj comun, altul care desenează, unul care programează ș.a.m.d. Dar, cel puțin în variantele gratuite sau ieftine, aceste unități nu prea comunică, în sensul că rezultatul intermediar pe care îl produce una dintre unități nu este văzut și cu atât mai puțin înțeles de o altă unitate. Consecințele se văd imediat într-o discuție de fizică, în care combini calculele matematice cu reprezentările convenționale.
Fizica folosește modele, care sunt obiecte idealizate (știi gluma cu găinile sferice în vid?), încât se păstrează doar câteva caracteristici ale obiectelor reale. Forma, aspectul exterior sunt schițate, iar trăsături complexe se ignoră. Cu timpul, te obișnuiești cu astfel de modele, prin experiența școlară. Dacă urmezi o facultate de profil, o să vezi și că modelele sunt făcute din ce în ce mai realist, dar la nivelul liceului, multe sunt idealizări pe care le cam iei ca atare: planul înclinat e un triunghi dreptunghic, „corpul” care stă pe el e un dreptunghi, lentila convergentă e un segment cu niște săgețele în capete ș.a.m.d.
Astfel de convenții, combinate cu impulsul enciclopedic al AI-ului, dar și cu separarea multimodală fac aproape imposibilă sarcina unui desen corect dintr-o problemă de fizică. „Creierul care desenează” a fost bruiat de cel care calculează și, când îi ceri să rezolve o problemă pe baza unui desen, nu iese bine.
Provocare complexă, concluzii amestecate
Lecțiile de fizică din liceu alcătuiesc o provocare aparte, mai puțin din punct de vedere științific și mai mult didactic. Cu toții „știm” cum funcționează gravitația, frecarea, temperatura sau optica, pentru că lumea înconjurătoare se bazează pe astfel de fenomene. Matematizarea lor, însă, nu e un pas la fel de natural precum observația sau experimentul. Adaugă și câteva convenții sau modele idealizate și poți să faci dintr-un fenomen simplu ca apariția curcubeului sau fierberea apei ceva de nerecunoscut.
Mulți cercetători sunt de acord că ecuațiile care controlează sau prezic fenomenele naturale le fac mai frumoase decât simpla observație, dar astfel de concluzii apar, de obicei, retrospectiv. Abstractizarea matematică nu e un argument în predarea introductivă a fizicii; dimpotrivă, apelul la intuiție trebuie să fie atât de puternic, încât elevul neinițiat să vadă, să simtă problema suficient de clar încât să o recunoască și din ecuații sau legi ori postulate.
Inteligența artificială nu poate avea experiență, cel puțin nu în sensul uman. Asta înseamnă că nu poate să învețe „văzând și făcând”, chiar și dotată cu senzori care să-i dea (o aproximație de) simțuri. Totuși, fizica, mai ales la nivel intuitiv și școlar, nu se poate face fără intuiție, fără inspirație practică. De acest lucru sunt conștienți și unii cercetători, care au construit modele de roboți ce învață fizica până la punctul în care să fie surprinși când văd un obiect care levitează, de exemplu.
Problema nu e nouă; importanța experienței în adevăratul sens al cuvântului a fost la baza temerilor privitoare la viitorul învățării automate aproape de la începuturi.
Limitările tehnice, ca multimodalitatea, fac interacțiunea și mai dezamăgitoare. Reprezentările grafice sunt rezultatul unor mici programe Python pe care AI-ul le scrie ca să-ți răspundă. Dar convențiile și notațiile specifice nu decurg logic: le știe sau nu. Robotul nu poate deduce simbolurile specifice unui desen, așa că improvizează și ratează.
Provocarea didactică este, deci, principalul obstacol. Agentul (fie și personalizat) ar trebui să-și dozeze cunoștințele, nu să te intimideze enciclopedic. Să-și susțină explicațiile cu exemple practice adecvate, dar pentru care nu are experiență. În fine, să te familiarizeze cu modele grafice și reprezentări convenționale pe care să le coreleze cu limbajul și conținutul matematic. Rezultatul: un asistent bun cel mult pentru recapitulare, dar pe care trebuie să-l strunești atent, până când nu mai e clar cine pe cine învață.
