Глава 9. Развитие навыков решения задач
Структура задачи
Стадии решения задачи
Инкубация. Инсайт догадки. Настойчивость
Четко и нечетко поставленные задачи
Планирование и представление задачи
Стратегии решения задач
Анализ целей и средств. Решение с конца. Упрощение. Обобщение и специализация. Случайный поиск и метод проб и ошибок. Правила. Подсказки. Метод деления пополам. Мозговая атака. Противоречие. Переформулировка задачи. Аналогии и метафоры. Консультация специалиста. Выбор наилучшей стратегии
Трудности при решении задач
Функциональная привязанность и трафаретное мышление. Введение в заблуждение и нерелевантная информация. Ограничения, накладываемые нашей картиной мира. Механизация
Применение алгоритма
Краткий итог главы
Термины для запоминания
Предположим, вы один едете в машине ночью по длинному неосвещенному участку шоссе, по которому лишь изредка проносятся машины, и вдруг слышите знакомое «чап-чап» — звук, издаваемый совершенно спущенной шиной. Вы сворачиваете на обочину и начинаете малоприятную процедуру замены колеса при свете одной лишь луны да редких вспышек фар. Аккуратно отвинтив крепежные гайки, вы кладете их в ящик для инструментов, стоящий рядом с машиной. Но тут мимо проносится какой-то лихач, задевает ящик и все гайки разлетаются по темной дороге за пределы вашей видимости. И вот вы сидите: в руках запасное колесо, другое, спущенное, прислонено к машине, крепежных гаек нет, кругом только ночная тьма и пустынное шоссе. В довершение всего начинает моросить холодный дождь. Как бы вы поступили?
Один из моих студентов сказал, что с ним произошел точно такой же случай. Злополучная шина лопнула неподалеку от большой психиатрической больницы, находящейся по соседству с нашим колледжем. Пока незадачливый водитель сидел и обдумывал сложившуюся ситуацию, к решетчатому забору вышеупомянутого заведения подошли несколько его «старожилов». Один из них предложил водителю следующее решение задачи: снять по одной крепежной гайке с каждого из трех оставшихся колес и использовать их для крепления запасного колеса. Три гайки обеспечат достаточную надежность для того, чтобы добраться до автозаправки. Обрадованный водитель поблагодарил обитателя «психушки», а затем, не удержавшись, спросил: «Как это вы додумались до такого гениального решения задачи?» На что тот ответил: «Я же не дурак, а просто сумасшедший!»
Честно говоря, я сильно сомневаюсь, что такой диалог вообще когда-либо имел место. После того как эта ситуация была описана в первой и второй редакциях этой (393:) книги, со всех концов страны меня просто завалили письмами, в которых описывали подобную историю, с той лишь разницей, что бедолага-водитель терпел аварию в разных географических точках. Однако, думаю, все согласятся, что водителю был предложен отличный выход из затруднительного положения. Почему же он сам не смог найти решение? Почему оно кажется таким простым и очевидным после того, как уже найдено? Как до такого удачного решения додумался посторонний наблюдатель?
Структура задачи
Безусловно, важно найти правильное решение. Однако гораздо важнее развить в себе способность видеть сразу несколько решений возникшей задачи, а эта способность при переходе от X к У в свою очередь требует определенных навыков, живости ума, воображения, настойчивости, спокойствия.
Мэри Хэтвуд Фатрел, президент NEA (цит. по. Heiman & Slomianko, 1986, p. 18)
Рассмотрим более реальную ситуацию, которая существенно отличается от задачи «крепежные гайки». Кит должен успеть на самолет, вылетающий в 9 часов утра в Филадельфию, и уже понятно, что он опаздывает. Автомобильная магистраль, ведущая в аэропорт, является, конечно, самой скоростной — но только не в часы пик, когда движение по ней очень интенсивное и возникают пробки. Существует объездная дорога, которая могла бы считаться подходящей, если бы на ней не было прибрежных участков, которые часто затопляются водой. Эта дорога нередко перекрывается из-за разлива реки после дождей. Наверняка вы уже догадались, что в описываемой ситуации накануне ночью как раз прошел дождь. Дорога в объезд по городу — самая длинная. Если Кит выберет этот путь, он может не успеть на самолет. Естественно, если он потратит слишком много времени на обдумывание возникшей задачи, то опоздает в аэропорт наверняка. Как ему следует поступить?
Чтобы разобраться в таком сложном феномене, как решение задач, нам нужно иметь в руках модель или абстрактную схему, которые мы могли бы использовать для изучения и осознания того, как люди решают задачи различных типов. Такой моделью может служить утверждение «как будто бы». Это означает: давайте попробуем рассмотреть интересующее нас явление, считая, что оно «как будто бы» представляет из себя что-то еще. В одной из предыдущих глав я предлагала вам посмотреть на свою память, как будто она состоит из отдельных блоков, как компьютерная программа, и воспринимать различные типы памяти как различные способы разрезания пиццы. Теоретические модели такого рода полезны для организации мышления; они подталкивают к использованию нового типа исследования и ускоряют процесс проникновения в суть интересующей нас задачи.
В своей ставшей классической книге Ньюэл и Саймон (Newell & Simon, 1972) схематически представили все задачи состоящими из одних и тех же основных час-
тей. Их идея состоит в том, что разобраться в задачах можно, разложив их на составные части. В соответствии с этой точкой зрения структуру задачи можно рассматривать как процесс мышления, имеющий исходное положение (дом Кита) и финальное положение, или цель (аэропорт). Эту схему использовал Хайес (Hayes, 1978), когда задавал вопрос: «Что такое задача?.. Задача — это промежуток, который отделяет то место, где вы находитесь, от того, где вам хотелось бы быть» (р. 177). Все возможные пути решения, ведущие от исходного положения к цели, составляют пространство задачи. При решении люди изучают пространство задачи, чтобы отыскать наилучший путь от исходной позиции к цели; другими словами, они рассматривают альтернативные пути достижения цели и выбирают лучший из них.
Кроме исходного положения, цели и соединяющих их путей имеются еще данные или информация и правила, которые накладывают ограничения на решение. Данные включают информацию, необходимую для достижения цели и для выбора наилучшего пути. Они могут быть представлены эксплицитно (в явной форме) или имплицитно (в неявной форме). В задаче, о которой мы говорили, было имплицитно представлено, что Кит поедет в аэропорт на машине и что он воспользуется либо скоростной магистралью, либо дорогой вдоль реки, либо объездом по городским улицам. Такой анализ или схематизация задачи полезны для понимания механизма ее решения. Мы все сталкиваемся с огромным количеством задач и сразу понимаем, что перед нами задача — такое понимание не вызывает сложностей И все же, как и большинство терминов, встречающихся в этой книге, слово «задача» остается одним из самых сложных для определения. Пионер в этой области — Полья (Polya, 1962) — предложил следующее определение: «Решение задачи означает поиск и нахождение пути выхода из затруднения, обхода препятствия и достижения цели — пути, который изначально не был виден отчетливо». Схема задачи «аэропорт» изоб-
Рис. 9.1. Схема задачи «аэропорт»
Данные: Кит поедет в аэропорт на машине. Он выберет одну из этих дорог. Он должен выбрать самый быстрый путь
ражена на рис. 9.1. Мы вернемся к ней позже в этой же главе, когда будем рассматривать стратегии решения.
Задачи отличаются друг от друга по многим показателям, в том числе по сложности и местоположению «промежутка» в пространстве задачи. В задаче «аэропорт» сложность заключается в выборе одного пути из трех, который приведет Кита к цели в кратчайший срок. В задаче «крепежные гайки» сложность заключалась в отыскании какого-либо приемлемого решения. Исходное положение выглядело в этом случае так: наличие запаски и отсутствие крепежных гаек; при этом цель заключалась в достаточно надежном креплении запасного колеса к автомобилю. Задачей стало отсутствие очевидного пути достижения цели.
Рассмотрим кубик Рубика как пример сложной задачи. Цель игры в кубик Рубика состоит в выстраивании маленьких цветных квадратиков таким образом, чтобы каждая из шести сторон кубика была одного цвета. Задача сложна для решения, поскольку существуют миллионы комбинаций возможных поворотов (путей продвижения к цели). «Фокус» состоит в том, чтобы определить нужную комбинацию поворотов, которая приведет к цели. В задачах такого рода сложность заключается в отбрасывании множества возможных вариантов и выборе единственно правильного. Ньюэл и Саймон (Newell & Simon, 1972) посчитали, что средняя партия в шахматы, состоящая из сорока ходов, содержит 10120 возможных вариантов развития. Это число гораздо больше суммы государственного долга! Возможно, поэтому мы смотрим на гроссмейстеров с таким благоговением. Они знают, как избежать тупиковых путей (неверных ходов), которые не приведут к цели (победе), и как выбрать наилучшую комбинацию ходов.
Несмотря на то что решение задач, принятие решений и творчество рассматриваются в разных главах книги, эти понятия в значительной степени пересекаются. В процессе решения задачи приходится принимать ряд промежуточных решений, а выработка удовлетворяющих условиям путей решения зачастую требует творческого подхода. Разделение этих тем было сделано для удобства представления материала. Содержание всех глав книги тесно переплетено и так или иначе описывает различные пути «разрезания пирога мышления». Информация, почерпнутая из других глав, может также оказаться полезной для лучшего понимания решения задач.
Стадии решения задач
Цель эвристики — изучать методы и правила открытий и изобретений. Эвристика может быть определена как «благоприятствующая открытию».
Полья (Polya, 1945, р 112-113)
В 1926 г. Грэм Уоллес (Wallas, 1926) исследовал жизненные ситуации, с которыми сталкивались (и находили выход) талантливые ученые, и пришел к выводу, что процесс решения задачи включает в себя несколько стадий. Хотя между психологами не достигнуто согласия относительно того, на какие качественно отличаю-
щиеся стадии должен разбиваться процесс решения задачи, краткий обзор гипотетических стадий может оказаться полезным для человека, оказавшегося в затруднительном положении.
Первая — подготовительная стадия, или ознакомление. Продолжительность ее определяется временем, затрачиваемым на понимание сути задачи, желаемой цели и имеющихся сведений. Это важнейшая часть процесса решения, поскольку правильное решение не может быть найдено без адекватного понимания задачи. Вторая стадия — стадия разработки. На ней занятый решением задачи человек разрабатывает различные пути решения, очерчивая таким образом пространство задачи. Третья стадия — это оценка; здесь оцениваются пути решения задачи и выбираются лучшие из них. Четвертая стадия несколько необычна — она может быть в решении, а может и не быть, в зависимости от самой задачи. Иногда, если мы не можем отыскать путь решения задачи, мы перестаем над ней работать. Период, когда мы не занимаемся задачей активно, называется инкубационным периодом. Многие известные ученые утверждают, что решения приходили к ним именно в этот период — буквально «как гром с ясного неба». Поскольку многих людей волнует загадка инкубации, мы остановимся на ней подробнее.
Инкубация
Идея инкубационной фазы привлекательна для большинства людей. Она представляет из себя тот редкий случай, когда мы можем что-то получить, практически ничего не делая. Пример инкубации чаще всего приводят из работы известного французского математика Пуанкаре (Poincare, 1929):
Затем я сосредоточил свое внимание на изучении некоторых арифметических вопросов, но явно без особого успеха, так и не связав их с моими предыдущими исследованиями. Почувствовав отвращение к своим неудачам, я отправился на несколько дней на побережье, чтобы хорошенько отвлечься от всего этого. Однажды утром, во время прогулки вдоль обрыва, меня посетила идея, в которой лаконично и четко устанавливалось, что арифметические трансформации неопределенных тернарных квадратичных форм идентичны трансформациям в неевклидовой геометрии (р. 388).
Случалось ли так, что вы часами безуспешно работали над задачей, а стоило на какое-то время отвлечься — и сразу же пришло решение? Если да, значит вы непосредственно испытали на себе эффект периода инкубации. Термин инкубация вызывает в сознании образ курицы-наседки, высиживающей великие идеи, которые готовы вот-вот вылупиться.
Инкубация — явление, весьма сложное для понимания. Если ваш начальник застанет вас сидящим на стуле с закинутыми на стол ногами и глядящим в окно, то, вероятно, его не удовлетворят ваши объяснения насчет инкубации в рабочее время. Известны случаи, когда правильный ответ приходил в голову сразу после сдачи экзамена или чтения доклада. Вероятнее всего, это тоже воздействие инкубации. Поэтому бывает очень полезно выполнять работу досрочно, чтобы иметь достаточное время для возможного проявления эффекта инкубации. То, каким образом люди вырабатывают решение в период «тайм-аута», когда занимаются совершенно другими делами, нам до сих пор не известно. Нет данных, свидетельствующих, что люди
продолжают работать над задачей на подсознательном уровне, хотя некоторые ученые именно этим объясняют эффект инкубации. Более вероятным представляется объяснение, что перерыв в работе позволяет снять усталость, отвлечься от уже построенных рассуждений и посмотреть на задачу с другой точки зрения.
Лауреат Нобелевской премии в области психологии Герберт А. Саймон (Simon, 1977) предпринял попытку объяснить явление инкубации. Он разъяснил, что, работая над какой-либо задачей, мы полагаемся на относительно небольшое число концептов, хранящихся в ограниченной по своим возможностям кратковременной памяти. (См. главу 2, где эта тема рассмотрена более детально.) Когда мы перестаем работать над задачей, информация, хранящаяся в кратковременной или оперативной памяти быстро забывается. Если эта информация оказывается непродуктивной для нахождения нужного решения, тогда избавление от нее будет даже благоприятным фактором. Убедительным доказательством этого является хорошо знакомая многим ситуация, когда мы пытаемся вспомнить какое-то имя, которое буквально вертится у нас в голове, но нам никак его не ухватить, а когда мы прекращаем бесплодные попытки, оно само всплывает в нашей памяти (напр., Burke, MacKay, Worthley, & Wade, 1991).
Вообще-то это очень хорошая идея: отложить в сторону задачу, решение которой вызывает трудности, и вернуться к ней через некоторое время (Smith S. М. & Blankenship, 1991). Особенно этот совет полезен во время экзамена. По крайней мере вы можете смело переключаться со сложных задач на более легкие — не забывая при этом, конечно, следить за временем, стараясь как можно больше задач решить в срок. (Но и идея сначала попытаться решить задачи, приносящие наибольшее количество баллов, тоже неплоха.)
Инсайт
Случалось ли, что решение задачи приходило к вам внезапно? Это явление обычно называют инсайтом (озарением) или «Ага!»-эффектом. Такие решения могут прийти на ум как в период инкубации, так и в период активной работы над задачей. Если воспользоваться метафорой, то ситуацию можно сравнить с внезапным включением лампочки в голове. Интересен тот факт, что ранние исследования подобных проблесков в сознании проводились не с людьми, а с шимпанзе (Kohler, 1925). Оказывается, когда шимпанзе не может решить, как достать лакомый кусочек, который легко можно добыть, составив вместе две доски и образовав тем самым нечто вроде горки, период наблюдаемого у него беспорядочного поведения сменяется вышеупомянутым внезапным проблеском в сознании.
Инсайт встречается довольно часто. Время от времени я сталкиваюсь с этим при общении со студентами, которым преподаю статистику. Нередко случается так, что при обдумывании какой-либо задачи лицо студента расплывается в улыбке и он восклицает: «Ага, теперь я понял!» Одна студентка юридического факультета как-то сказала мне, что три четверти первого курса обучения она провела в каком-то интеллектуальном тумане. Она чувствовала, что почти ничего не понимает в основных положениях предмета. Потом что-то «щелкнуло», и девушка внезапно во всем разобралась — поняла, на чем строятся юридические принципы. Как будто вспыш-
ка света в сознании высветила основные идеи. Этот инсайт позволил ей весьма преуспеть в карьере юриста.
Следует отметить, что инсайт обычно следует после периода концентрации усилий — который, в свою очередь, приходит тогда, когда человек, решающий задачу, уже ознакомился с ней и имеет в своем распоряжении возможные решения. Представленный ниже обзор стратегий решения задач содержит некоторые указания, которые позволяют направить мыслительный процесс по пути, на котором увеличивается вероятность инсайта.
Настойчивость
Я склоняюсь к убеждению, что все проблемы человеческих взаимоотношений когда-нибудь могут быть решены.
Ральф Банч
(цит. по: Beilensen & Jackson, 1992, p. 31)
Хотя обычно настойчивость не выделяется отдельно при решении задач, на деле она является важнейшим фактором, определяющим успех. Человек, который проявляет упорство при решении задачи, с большей вероятностью достигнет решения, чем тот, кто сразу же сдается. Настойчивость близка идее Левина (Levine, 1994) о «принятии личных обязательств». Принятие личных обязательств — это готовность, работая над задачей, идти сложным путем при максимальной сосредоточенности. Например, вы взялись за решение математической задачи. Очевидно, что если вы, немного помучившись, но так и не найдя нужного решения, отложите ее в сторону, вы вряд ли достигнете таких успехов в области математики, каких достигнет человек, с упорством продолжающий поиски решения.
Подумайте о структуре задачи, о которой только что говорилось. Предположим, что вы не можете найти путь от исходного положения до цели. Сдавшись, вы обрекаете себя на поражение. Исследования показали, что слишком раннее прекращение поиска решения в пространстве задачи является главной причиной неудач.
Хиллер со своими коллегами (Heller et al., 1992) провел сравнительный анализ методов, которые применяют опытные врачи при постановке точного диагноза, с методами, применяемыми врачами-новичками. Если вы записываетесь на прием к ВраЧу _ значит, у вас возникла какая-то задача. Вам нужно установить причину появления симптомов, чтобы устранить и симптомы, и вызвавшую их причину. Молодые врачи, как правило, сразу же прекращают поиски причины, как только находят какое-либо правдоподобное объяснение. Напротив, опытные врачи продолжают свои поиски в пространстве задачи, даже когда отыскивают возможную причину. Очень похожая картина наблюдалась, когда сравнивали поведение студентов-генетиков, добившихся определенных успехов в решении задач, с поведением их менее успевающих сокурсников. Наиболее бросившееся в глаза различие между ними состояло в числе вариантов, которые они рассматривали: успевающие студенты проявляли больше настойчивости (Smith M. U., 1988). Это важный момент: чтобы добиться успехов в решении задачи, вы должны быть готовы работать над ней с большим усердием, не прекращая поисков решения в пространстве задачи даже в тех случаях, когда решение не является очевидным или одно из возможных решений уже найдено.