Эндрю Штульман - Сбитые с толку

В первой главе я сравнил приобретение новых знаний со сборкой чего-то нового из конструктора Лего. Из базового набора можно построить много разных объектов, а из нашего врожденного репертуара концепций — множество форм знания. Но для некоторых форм знания требуются новые концепции (например, инерция, микроб), как для некоторых предметов — новые виды деталей: колеса, оси, шестеренки. Аналогия с конструктором хорошо показывает пробел между интуитивными и научными представлениями, однако хуже отражает то, как мы преодолеваем этот пробел, то есть усваиваем научные концепции. Нельзя просто зайти в магазин рядом с магазином Лего и купить новенькое блестящее понятие. Новые концепции приходится учить постепенно, прокладывая путь к новому от того, что есть в распоряжении.

Лучше этот процесс описывает аналогия Отто Нейрата — перестройка корабля посреди океана (см. четвертую главу). Моряки привязаны к кораблю, на котором они вышли в море, а когнитивные создания — к конкретным убеждениям, возникшим, когда человек начал видеть мир и взаимодействовать с ним. Если моряки в середине путешествия замечают, что корабль не справится со ждущими впереди опасностями, они не смогут построить его с нуля, но могут переоборудовать его, используя материалы, из которых он сделан. Мы, люди, в ходе развития тоже можем осознать, что наших знаний недостаточно для того, чтобы справиться с предстоящими сложностями. С нуля перестроить знания невозможно, но можно реструктурировать их, по-новому используя составляющие их концепции.

Как же это сделать? Как реструктурировать знания, если они ограничены имеющимися убеждениями и сложившимися в ходе эволюции когнитивными способностями? Если сформулировать эту проблему на абстрактном уровне, она покажется сложнее, чем есть на самом деле. Кроме того, на абстрактном уровне она неразрешима. Чтобы перестроить наши знания, придется засучить рукава и взяться за их конкретные элементы: за концепции, которые нужно изменить, сжать или отбросить.

Изящный пример такого практического подхода — это разработка руководства, которое призвано помочь фермерам, разводящим кур, определить пол однодневных цыплят [359]. Это на удивление сложная задача. При рождении цыплята мужского и женского пола не отличаются друг от друга по величине, форме и оперению. Характерные половые признаки, например петушиный гребень, появляются лишь через несколько недель, а за это время питомник уже успеет потратить ресурсы на особей, которые не будут впоследствии откладывать яйца. Кроме того, цыплята мужского пола мешают работе, так как не подпускают цыплят женского пола к корму и поилкам. Таким образом, как можно раньше отсортировать мужские и женские особи важно с экономической точки зрения.

Однако для этого требуется оценить крохотное образование — половой бугорок, который у разных полов выглядит почти одинаково, по крайней мере для нетренированного глаза. Опытный фермер может определять пол с точностью до 99% и скоростью два цыпленка в секунду, но, чтобы достичь такого уровня профессионализма, нужно несколько лет проб и ошибок.

Узнав об этой любопытной проблеме восприятия, ученые — специалисты по зрению применили инструментарий своей дисциплины — анализ на предмет повторяющихся признаков — к сотням изображений половых бугорков. Оказалось, что между полами нет последовательных различий в размере, расположении, текстуре и сегментации, но существенно отличается другая черта — выпуклость. У мужских особей половые бугорки в целом более округлые. Ученые составили руководство, чтобы научить новичков отличать цыплят именно по этому признаку.

Подход оказался крайне эффективным. Взрослым работникам, которые до этого никогда не видели половых бугорков и не собирались на них смотреть, давали 18 фотографий и просили отсортировать их по полу. Перед обучением они раскладывали изображения случайным образом. После обучения точность достигала 90% — это сопоставимо с показателями специалистов, которых просили отсортировать те же фотографии. Эксперты в целом имели трехлетний опыт определения пола цыплят. Новички же прошли пятиминутную тренировку.

Таким образом, целенаправленная тренировка, основанная на глубоком анализе соответствующей области знания, в несколько раз эффективнее, чем ненаправленное (или минимально направленное) изучение данной области, как уже отмечалось в пятой главе. Ту же мысль хорошо иллюстрирует исследование обучения второклассников понятию математического равенства. Все разделы математики — от арифметики до дифференциального и интегрального исчисления — основаны на идее, что в уравнении количества можно выражать по-разному. Левая сторона уравнения (например, 1 + 5) при этом должна быть равна правой стороне (например, 8–2). Знак равенства, разделяющий две стороны, означает «то же самое, что и».

Но маленькие дети не интерпретируют знак равенства с этой точки зрения. Для них это просто сигнал, что нужно что-то посчитать. Например, знак равенства в уравнении 4 + 3 = _____ означает, что к четырем надо прибавить три, а сумму написать в пустой клетке. Уравнения, в которых математическая операция стоит справа от знака равенства (_____ = 4 + 3) или с обеих сторон знака (4 + 3 = _____ + 1), ставят их в тупик, так как такое расположение противоречит жесткой интерпретации. Учителя математики давно поняли, что дети не улавливают истинного значения знака равенства, но в ответ обычно дают больше того же самого материала, то есть еще больше примеров в виде «действие = ответ». Учителя исходят из предположения, что сперва нужно научить решать стандартные задачи и только потом — нестандартные, где детское определение знака равенства не работает.

Как оказалось, преподавание этой темы с помощью сочетания стандартных и нестандартных задач эффективнее, чем наборы типовых примеров. В одном из исследований ученые составили два учебника [360]. В первом были только стандартные примеры (4 + 3 = _____), а во втором — примеры с теми же слагаемыми, но в нестандартной последовательности (_____ = 4 + 3, 4 + 3 = _____ + 1). Целью была проверка умения второклассников решать задачи обоих типов — стандартные и нестандартные — после каждого вида обучения. Неудивительно, что дети, занимавшиеся нестандартными примерами, правильно решили больше нестандартных задач. Но они правильно решили и намного больше стандартных — в два раза. Разница сохранилась даже спустя полгода: обе группы решали одинаковые по содержанию примеры, но небольшие изменения формы заданий приводили к значимым различиям в эффективности.

Смысл этого исследования, а также проблемы определения пола цыплят не только в том, что одни учебные материалы лучше других. Смысл в том, что для эффективного обучения нужно глубоко анализировать, какие концепции необходимо усвоить и как им лучше учить. В этой книге мы видели и другие примеры концептуально грамотного обучения: учебник Кэрол Смит о корпускулярной природе материи ( вторая глава), Мишлен Чи о кинетической природе тепла ( третья глава), Джона Клемента о повсеместности сил ( пятая глава), Мишеля Рэнни об антропогенных причинах изменений климата ( седьмая глава), Вирджинии Слотер о виталистической природе биологической активности ( восьмая глава), Сары Грипшовер о метаболических механизмах потребления пищи ( девятая глава), Кена Спрингера о биофизических основах наследственности ( десятая глава) и Терри Ау о микробной теории заболеваний ( одиннадцатая глава).