Думай как математик: Как решать любые задачи быстрее и эффективнее

Что делать, если вы в тупике

Людям с сильной волей может быть особенно сложно отключить сфокусированное мышление и дать мозгу возможность поработать в рассеянном режиме (в конце концов, они обычно успешны именно потому, что порой могут продолжать работу, когда другие давно сдались). Если вы сталкиваетесь с затруднением такого рода, можно попробовать еще один способ. Поставьте себе за правило прислушиваться к соученикам, друзьям, близким – они могут почувствовать, что вы становитесь слишком уж раздражены. Например, когда мой муж или дети говорят мне, что пора отдохнуть от решения сложной задачи, я следую их совету, даже если в тот момент очень не хочется.

Кстати, о разговорах с другими людьми. Если вы в тупике, лучше всего спросить совета у однокашников, коллег или преподавателя. Чужое мнение даст вам другую точку зрения на то, как решить задачу, или новую аналогию для понимания новой концепции. Однако перед обращением к другим лучше сначала поработать над задачей самостоятельно, тогда основные понятия нужным образом отложатся в мозгу и вы лучше воспримете сторонние объяснения. Усвоить материал – значит разобраться в знаниях, а для этого нужно эти знания иметь. (Я помню, как злилась на своих преподавателей за то, что ничего не понимаю, и не отдавала себе отчета в том, что первые шаги нужно делать самой.) И не откладывайте до последней предэкзаменационной недели, обращайтесь за помощью раньше, и не один раз. Преподаватель часто может объяснить тему другими словами или на других примерах так, что вы сможете ее понять.

Неудача – отличный учитель

«В десятом классе я решила записаться на углубленный курс по информатике, но дело кончилось провалом на экзамене. Однако я не сдалась и в следующем году записалась на тот же курс. После целого года, проведенного без программирования, я вдруг осознала, как оно мне нравится. Экзамен я сдала легко. Если бы я побоялась выбирать программирование в первый раз и затем во второй, то бы не стала таким страстным и успешным программистом, какой из меня в итоге получился».

Кассандра Гордон, второй курс, информатика

ВАША ПОПЫТКА!

Парадоксы обучения

Изучение наук часто бывает парадоксальным. Именно то, что нужно для обучения, мешает нашей способности учиться. Для решения задачи нам нужно пристально сфокусировать внимание – однако сфокусированность может закрыть путь к необходимому нам свежему подходу. При всей важности успеха не менее важен неуспех. Как ни ценно упорство, излишне упорные усилия могут привести к ненужному недовольству и раздражению. В этой книге вы не раз столкнетесь с парадоксами обучения. Можете ли вы предсказать, с какими именно?

Рабочая память и долговременная память. Общие сведения

На этом этапе полезно коснуться некоторых свойств памяти. Для наших целей важно упомянуть две главные системы памяти: рабочую память и долговременную память^{42}. Рабочая – это часть памяти, которая имеет дело с текущей, сознательно обрабатываемой информацией. Прежде считалось, что рабочая память в состоянии удержать семь объектов («порций»), однако сейчас обычно полагают, что рабочая память удерживает всего четыре порции информации. (Мы автоматически группируем объекты в порции, поэтому рабочая память более вместительна, чем представляется на первый взгляд^{43}.)

Рабочую память можно сравнить с жонглером: четыре объекта держатся в воздухе – или в рабочей памяти – потому, что вы прилагаете к этому некоторые усилия. Эти усилия необходимы для того, чтобы ваши метаболические вампиры (естественные рассеивающие процессы) не разогнали информацию. Иными словами, вам нужно активно сохранять объекты в памяти, иначе организм направит энергию на другие процессы и вы забудете информацию, поступившую в память.

Как показано на рисунке слева, вы можете удерживать в рабочей памяти четыре объекта. Когда при изучении естественных наук или математики вы осмысливаете и запоминаете некое понятие, оно начинает занимать меньше места в рабочей памяти. Тем самым появляется свободное пространство для мыслительных процессов, и вы можете усваивать другие понятия, как показано на рисунке справа.

При изучении математики и естественных наук рабочая память очень важна: она похожа на отдельную, принадлежащую только вам школьную доску, и на ней вы можете записать лишь несколько понятий, которые вы рассматриваете или пытаетесь усвоить. Как удержать объекты в рабочей памяти? Часто этому помогает повторение – например, вы можете повторять сами себе телефонный номер, если его не на чем записать. Или же в попытке сосредоточиться можно закрыть глаза, стремясь отгородиться от лишних раздражителей, которые норовят просочиться в рабочую память.

В отличие от рабочей памяти долговременную память можно сравнить со складом. Попавший в нее объект обычно остается там надолго. Склад велик и способен вместить миллиарды объектов, многие из которых могут быть погребены так глубоко, что их будет непросто достать. Исследования показали: когда мозг впервые помещает конкретную информацию в долговременную память, то нужно еще несколько повторений – тогда информацию будет проще найти потом, когда она понадобится^{44}. (Люди, имеющие дело с техникой, иногда сравнивают краткосрочную память с оперативной памятью компьютера, а долговременную память с жестким диском.)

При изучении математики и точных наук долговременная память тоже важна, поскольку именно в нее вы складываете фундаментальные понятия и приемы, которые вам понадобятся при решении задач. Для перемещения информации из рабочей памяти в долговременную требуется время. Помочь этому процессу может прием, называемый интервальным повторением. Как вы догадались, это растянутое на несколько дней повторение того, что вы хотите запомнить (например, нового иностранного слова или нового способа решения задач).

Если возвращаться к изучаемому материалу через день, т. е. растягивать процесс на несколько суток, итог будет иным, нежели при других схемах усвоения. Исследования показали: если для запоминания определенного материала повторять его 20 раз в течение одного вечера, результат будет куда хуже, чем в случае, если повторять его столько же раз на протяжении нескольких дней или недель^{45}. Это можно сравнить с возведением кирпичной стены, которую мы упоминали ранее. Если не оставлять времени на застывание раствора (т. е. на установление и укрепление синаптических связей), то хорошей конструкции не получится.

ВАША ПОПЫТКА!

Пусть мозг поработает в фоновом режиме

В следующий раз, когда вам попадется сложная задача, поработайте над ней несколько минут, а когда зайдете в тупик – переключитесь на другую. Первая задача при этом будет обдумываться в рассеянном режиме, фоном. Когда позже к ней вернетесь, вы, скорее всего, приятно удивитесь тому, насколько продвинулись в ее решении.

Правильный сон

«Многие говорят, что не могут дремать. На единственном в моей жизни занятии йогой годы назад я научилась замедлять дыхание. Я медленно вдыхаю и выдыхаю и не твержу себе “Я должна спать!”, а думаю что-нибудь вроде “Пора спать” – и сосредотачиваюсь на дыхании. При этом в комнате должно быть темно, а если нет – я прикрываю глаза специальной маской, как в самолете. Будильник я ставлю на 21 минуту: если короткая дрема перейдет в долгий сон, то потом иногда ходишь как пьяная, а за 21 минуту я успеваю устроить мозгу что-то вроде когнитивной перезагрузки».

 

Эми Алкон, профессиональная колумнистка и королева кратковременного сна

О важности сна при обучении

Возможно, вас удивит информация о том, что при бодрствовании в мозгу образуются токсичные вещества. Во время сна клетки сжимаются, из-за чего расстояние между ними существенно увеличивается – а это все равно что повернуть кран: в таком состоянии жидкость вымывает токсины^{46}. Такая еженощная «уборка» – часть процесса, сохраняющего мозг в здоровом состоянии. Если вы спите слишком мало, то плохо соображаете – что, по-видимому, объясняется токсинами. (Недостаточное количество сна может привести к самым разным расстройствам, от депрессии до болезни Альцгеймера, а длительная бессонница ведет к смертельному исходу.)

Исследования показали, что сон принципиально важен для работы памяти и для обучения^{47}. Одна из функций описанной «уборки», происходящей во время сна, – уничтожение тривиальных аспектов воспоминаний и одновременное усиление важных. Во сне мозг заново обращается к некоторым из самых сложных частей того, что вы пытаетесь выучить, и углубляет и усиливает нейронные связи^{48}.

И наконец, сон – действенное средство, призванное усилить нашу способность решать сложные задачи и осознанно воспринимать материал. Полная деактивация сознательного «Я» в префронтальном участке коры головного мозга, по-видимому, помогает другим участкам легче взаимодействовать друг с другом и устанавливать во время сна нейронные связи, способствующие решению задачи^{49}. (Разумеется, начальные данные для рассеянного состояния уже должны быть заложены в мозг при работе в сфокусированном режиме.) Если вы повторите материал непосредственно перед тем, как вздремнуть днем или лечь спать вечером, то велика вероятность, что вам он приснится. Если пойти дальше и пожелать, чтобы материал вам приснился, то ваши шансы увидеть его во сне вырастут^{50}. Если материал вам снится, это существенно улучшает вашу способность его понять, поскольку он неким образом объединяет ваши воспоминания в удобные для восприятия порции данных^{51}. Если вы устали, то лучший выход зачастую – лечь спать и на следующий день встать раньше, чтобы почитать материал на свежую голову. Люди с большим опытом учебы согласятся, что поработать час отдохнувшим мозгом полезнее, чем заниматься три часа, будучи усталым. Мозг, которому недодают сна, попросту не в состоянии формировать нейронные связи, обычные для нормального мыслительного процесса.

Бессонная ночь накануне экзамена, даже если вы прекрасно подготовились, будет означать, что ваш мозг не способен функционировать как нужно и экзамен вы сдадите не лучшим образом.

Метод для многих учебных дисциплин

Сфокусированный и рассеянный режимы мышления ценны для работы в самых разнообразных областях знания, а не только для математики и естественных наук. Пауль Швальбе (студент выпускного курса, специализирующийся на английской филологии) отмечает:

«Если я работаю над задачей, то ложусь в постель с открытым блокнотом и ручкой и перед сном записываю все, что придет в голову в связи с обдумываемой проблемой, пока не усну. Иногда я делаю то же самое сразу после того, как проснусь. Некоторые записи оказываются бессмысленны, но в других случаях я порой получаю совершенно новый взгляд на вопрос».

Обобщение

• Сфокусированный режим мышления используется для первого знакомства с понятиями и задачами в математике и естественных науках.

• После первого усиленного сеанса работы в сфокусированном режиме дайте волю рассеянному состоянию. Расслабьтесь и займитесь чем-нибудь другим!

• Растущее недовольство и раздражение – знак того, что пора переключить внимание: мозгу лучше перейти в рассеянное состояние и поработать в фоновом режиме.

• Математикой и естественными науками лучше заниматься в малых количествах: ежедневно и понемногу. Тогда и у сфокусированного, и у рассеянного мышления будет время сделать так, чтобы вы понимали изучаемый материал. Именно таким образом создаются прочные нейронные структуры.

• Если вам мешает прокрастинация, попробуйте поставить таймер на 25 минут и усердно сфокусируйтесь на задаче, не отвлекаясь на SMS, Интернет и другие соблазны.

• Существует две основные системы памяти:

– рабочая память – «жонглер», у которого только четыре предмета могут находиться в воздухе;

– долговременная память – «склад», способный вмещать большое количество материала, однако для того, чтобы объекты памяти оставались доступными, его нужно периодически инспектировать.

• Перерывы между изучением материала помогают переместить нужную информацию из рабочей памяти в долговременную.

• Сон – жизненно важная часть процесса обучения. Он помогает:

– создать нейронные связи, необходимые для нормального мыслительного процесса; именно поэтому так важно спать перед экзаменом;

– находить решения сложных задач и видеть смысл того, что вы изучаете;

– закреплять и повторять важные пункты материала и избавляться от балласта.

ОСТАНОВИТЕСЬ И ВСПОМНИТЕ

Встаньте и сделайте передышку – выпейте стакан воды, перекусите или сделайте вид, что вы электрон, и обойдите по орбите вокруг стола. Во время движения вспомните главные пункты этой главы.

Проверьте свои знания

1. Назовите несколько видов деятельности, которые помогли бы вам переключиться из сфокусированного состояния в рассеянное.

2. Порой вы уверены, будто открыли новый подход к решению задачи, а на самом деле ничего подобного не происходит. Что вы можете сделать, чтобы четче представлять себе собственные мыслительные процессы и тем самым сохранить для себя возможность рассматривать другие варианты? Должны ли вы всегда быть открытым для других вариантов?

3. Почему для того, чтобы прекратить чем-то заниматься, так важен самоконтроль? Можете ли вы назвать ситуации, не связанные с обучением и образованием, где это качество тоже важно?

4. При изучении новых понятий нужно повторять материал каждый день, тогда первые импульсы в мозгу, связанные с новыми сведениями, не угаснут. Однако сознание часто бывает занято другим, перед следующим повторением может пройти неделя или больше. Какой план действий может помочь вам регулярно и в срок повторять важный материал?

Нейропсихолог Роберт Билдер о творческом подходе

Роберт Билдер «просто действует» (Гавайи)

Преподаватель психиатрии Роберт Билдер – директор Центра биологии и творчества Тенненбаума в Калифорнийском университете (Лос-Анджелес), возглавляет проект Mind Well, призванный способствовать творческим успехам и психологическому комфорту студентов, сотрудников и преподавателей университета.

«Исследования в области биологии творчества обнаружили несколько важных факторов успеха, которые любой из нас может использовать в своем личном рецепте достижения профессионального успеха:

• Главный «ингредиент» – как в рекламе Nike: «Just do it!» («Просто действуй!»).

• Творчество – вопрос количества. О том, сколько творческих достижений будет у вас за всю жизнь, можно судить по тому… как много вы творчески трудитесь сейчас. Мне иногда бывает мучительно сделать усилие и показать новую работу другим, но каждый такой показ ведет только к лучшему.

• Преодоление страха. Однажды после лекции, которую я читал в главном офисе компании Facebook, мне подарили постер-мотиватор с надписью «Что бы вы делали, если бы не боялись?». Не проходит дня, чтобы я на него не взглянул, и каждый день я стараюсь совершить какой-нибудь бесстрашный поступок. Чего вы боитесь? Не позволяйте страху останавливать вас!

• Переделка тоже часть работы. Если не нравится то, что получилось, – сделайте заново!

• Критика помогает совершенствоваться. Когда мы показываем работу другим и воплощаем свои идеи в конкретной форме так, что сами можем их оценить, мы получаем уникальную точку зрения и способ взглянуть на работу по-иному, а также разработать план по созданию новой, исправленной и дополненной версии.

• Будьте готовы спорить. Существует отрицательная корреляция между уровнем креативности и «соглашательством»: обычно более творческие результаты показывают люди, не склонные соглашаться. Все мои открытия сделаны потому, что я решался оспорить существующие ответы. Поэтому я убежден, что истинно творческий подход вступает в действие только тогда, когда мы возвращаем проблему, над которой бьемся, к первоистокам и проверяем исходные посылки (как наши собственные, так и предложенные другими), а затем – все сначала!

4. Порции информации и иллюзия компетентности
Как стать «укротителем уравнений»

Соломон Шерешевский привлек внимание начальника своей ленью. Точнее, ленивым его считал начальник.

Соломон был журналистом. Тогда, в середине 1920-х гг., быть журналистом в СССР значило писать то, что тебе скажут: ни больше ни меньше. На ежедневных пятиминутках сотрудники издания получали подробные указания: с кем и по какому адресу встретиться, какую информацию получить. Ответственный редактор начал замечать, что все при этом делают пометки в блокноте – все, кроме Шерешевского. И полюбопытствовал, в чем дело.

Соломон недоуменно переспросил: зачем записывать, если он и так помнит все услышанное? И слово в слово повторил часть утреннего напутствия. И заодно изумился: он-то считал, что такая память у всех. Совершенная. Нестираемая^{52}.

Разве не счастье – иметь такую память?

Не такое уж счастье, поверьте. Вместе с такой исключительной памятью Соломон получил и проклятие. В данной главе мы поговорим об этой проблеме и о том, как фокусирование связано с пониманием и памятью.

Что происходит, когда вы фокусируете внимание?

В предыдущей главе мы вспоминали неприятные ситуации, когда при решении задач происходит эффект установки – вы застреваете на одном-единственном подходе, из-за этого не можете отстраниться и увидеть более легкие пути решения. Иными словами, концентрация внимания часто может помочь в решении задач, но может и перекрыть выходы к новым способам решения.

Когда вы направляете внимание на какой-то предмет, ваш осьминог-внимание распускает нейронные щупальца и соединяет ими разные участки мозга. Вы концентрируетесь на форме? Тогда одно щупальце сознания протягивается от таламуса назад, к затылочной доле мозга, а другое идет к извилистой поверхности коры. Результат – смутное ощущение круглости.

Осьминог, олицетворяющий сфокусированное внимание (слева), дотягивается до четырех областей рабочей памяти, намеренно соединяя нейронные буфера сильно сфокусированного мозга. В другом состоянии (справа) расстояние между буферами больше, что предполагает неупорядоченность и буйную путаницу потенциальных связей.

Фокусируетесь на цвете? Щупальце внимания в затылочной части чуть сдвигается, и возникает ощущение зеленого.

Одно щупальце, другое, третье – и вы заключаете, что перед вами конкретный сорт яблока «Гренни Смит». Вкусно!

Концентрация внимания на том, чтобы соединить нужные части мозга, – важная часть сфокусированного состояния в ходе обучения. Кстати, при стрессе ваше внимание-осьминог начинает терять способность к установлению некоторых связей, именно поэтому в гневе, страхе и напряжении мозг работает хуже^{53}.

Предположим, вам нужно выучить испанский язык. Если вы ребенок в испаноговорящей семье, то учить испанский так же просто, как дышать. Вы, как попугай, повторяете услышанное от матери слово «мама», ваши нейроны вспыхивают и соединяются в мерцающую ментальную петлю, цементируя в мозгу связь между звуком слова «мама» и улыбающимся лицом матери. Эта икрящаяся нейронная петля – один отпечаток в памяти, соединенный, конечно же, со многими другими отпечатками.

Левое изображение рисует компактные связи при формировании одной «порции» знания – одновременно вспыхивающие нейроны связываются между собой. Изображение справа показывает ту же схему на символическом автомате для игры в пинбол. Такой отпечаток при необходимости легко восстановить в памяти.

Лучшие программы обучения языкам – используемые, например, в Институте иностранных языков при министерстве обороны США, – включают в себя такие виды деятельности, как многократные повторения и механическое, сфокусированное заучивание, но также и свободное общение с носителями языка в рассеянном режиме сознания. Цель этого – усвоить основные слова и конструкции и пользоваться новым языком столь же свободно и творчески, как родным^{54}.

Сфокусированная практика и повторения – т. е. создание отпечатков в памяти – это основа и безупречного удара в гольфе, и баскетбольного броска, и мастерского переворачивания омлета опытным шеф-поваром. Если проводить аналогию с танцами, то между неуклюжим пируэтом трехлетнего ребенка и изящной хореографией профессионального танцовщика пролегает огромный путь, однако мастерство растет постепенно, шаг за шагом. Тщательно заученные повороты, вращения, подскоки со временем становятся частью более широкой, творческой интерпретации.

Что такое «порция информации»? Трудности Соломона

Исключительная память Соломона Шерешевского имела один удивительный недостаток. Каждый отпечаток в памяти был красочен и эмоционален – т. е. богат связями – настолько, что Соломону было сложно сопоставить разные отпечатки и создать понятийную «порцию». Иными словами, он не видел за деревьями леса, поскольку восприятие каждого отдельного дерева было слишком живым.

Порции – это фрагменты информации, связанные между собой по смыслу. Можно взять буквы «б», «о» и «б» и соединить их в одну легко запоминающуюся порцию, обозначающую целое понятие: слово «боб». Это примерно то же, что конвертировать громоздкий компьютерный файл в zip-архив. В основе простой порции («боб») лежит симфония нейронов, которые научены звучать в тон друг с другом. Сложная нейронная активность, связывающая воедино наши упрощающие, абстрактные порции мысли – относятся ли они к акронимам, идеям или понятиям, – лежит в основе значительной части науки, литературы и искусства.

Давайте рассмотрим пример. В начале 1900-х немецкий исследователь Альфред Вегенер выдвинул гипотезу дрейфа материков. Анализируя карты и обдумывая информацию, тщательно собранную в ходе исследований, он обнаружил, что линии континентов совпадают, как части пазла. Сходство горных пород и ископаемых отложений между континентами только подтверждало догадку. Сопоставив обнаруженные факты, Вегенер понял, что все континенты когда-то давно были единым материком, который со временем разломился. Его части отошли друг от друга, сформировав разделенные океанами континенты в том виде, в котором мы их знаем. Дрейф материков! Какое грандиозное открытие!

Однако, если бы такой же рассказ об открытии дрейфа материков прочел Соломон Шерешевский, он не сумел бы вычленить главное. Он, способный в точности повторить каждое слово текста, не смог бы понять суть самого дрейфа, поскольку отдельные отпечатки в памяти не объединялись бы у него в понятийные порции.

Итак, при освоении математики и естественных наук один из главных шагов – создание понятийных порций, т. е. ментальных связок, объединяющих отдельные фрагменты информации через общий смысл^{55}. Объединение рабочей информации в порции помогает мозгу работать эффективнее. Когда идея или понятие зафиксированы в виде порции информации, вам уже не нужно держать в памяти мелкие детали: у вас есть общее представление – порция, и этого достаточно. Можно сравнить это с утренним одеванием: за простой мыслью «Нужно одеться» стоит сложная круговерть мелких действий, которые вы совершаете при одевании, не замечая этого.

Как же происходит формирование порций при изучении математики и естественных наук?