我们都做过数学题,从已知条件入手,一步步推到出所求的未知数。解数学题的思维能不能运用到生活中呢?
美国国家科学院院士,著名数学家乔治·波利亚一直致力于研究数学思维的一般规律,他写过一本书《怎样解题》很受读者欢迎,这本书就是讲解数学思维在生活中的应用。
我们每天都需要解决各种生活中的问题,小到衣食住行,大到人生抉择,波利亚在《怎样解题》中提供的思考方法,都能帮助我们更好地解决这些问题。
波利亚在书中所说:
「解题是一种实践性技能,我们可以通过模仿和实践来学会任何一种实践性技能。」
我们平时所说的洞察力、判断力、创造力、思维能力等,其实可以通过不断模仿和实践解题技巧来提高。
下面,我们就说说波利亚的解题思维步骤。
一、解题从题目的叙述开始,让自己熟悉题目并且理解题目。
这个过程听起来挺平常的,实际上至关重要。因为理解题目的过程,就是你制定目标的过程。你的目标越清晰,你越知道自己接下来应该用什么样的策略对待这道题目,同时,你也能把更多的注意力放到解题的过程中。
但怎样才能真正理解题目呢?
波利亚介绍了集中非常好用的方法,帮助我们更快速的理解题目。
一是类比方法
核心的策略是:找一种我们熟悉的东西,它的特性和题目类似,这样,我们就能借助熟悉的东西去理解陌生的东西。
比如,爱因斯坦对时间的描述,这就是一个类比。他认为时间就像一个空间上的坐标轴,有长短,有方向,有刻度。但是,这是时间的真实状态吗?未必。但是,只有通过这种类比的方式,我们才能用空间,这个熟悉的东西,去理解时间这个陌生的东西。
二是借助图形方法
核心策略是:分析题目时,只要能用图形一定要画图,因为相对于文字来说,图形更容易让我们抓住重点,理解题目。
三是分解和重组的方法
核心策略是:像电影镜头一样,在整体和细节之间切换观察。
为什么要切换观察呢?因为如果你深入到细节中去,就有可能在细节中迷失自我。它们会阻碍你对要点投入足够的注意力,甚至会使你全然看不到要点。
但困难在于,我们事先不可能知道哪些细节最终会是必要的,那些又不会是。如果全不看细节,只考虑整体,又未必能深入理解题目。
所以,聪明的做法是,切换视角。先整体观察题目,然后观察细节,一个细节打动了你,于是你对它集中注意力,接下来再观察另一个细节,每个细节都观察到之后,再回到整体。
最后是把不同的细节组合起来,看看能不能有新的收获。
下面。我们看一道具体的题目,怎样将这些方法应用其中?
三种方法的共同目的就是,尽可能清晰、生动地使整个题目形象化。
此外,波利亚还特别提醒我们,在理解问题的时候,你要死死盯住一点,什么呢?就是题目中的未知量。
这道题是这样的:一只熊向正南走一公里,然后改变方向,向正东走一公里,然后再向正北走一公里,此时它正好回到了起点,请问,这只熊是什么颜色的?
这道题听起来不复杂,不过答案也不太容易想出来。咱们一起来分析一下,这道题的未知量是什么?是一只熊的颜色。但是怎么能从数学数据中得出一只熊的颜色呢?这就有点奇怪。
那咱们再看已知量,进入到细节中,你可以在纸上画一张图,就会发现,正常情况下,向南一公里,向东一公里,再向北一公里,应该再向西走一公里,才能回答出发点,为什么这只熊按照题目描述的方式,只走了三公里,就回到出发点呢?
这个矛盾点,才是这道题真正的未知量。
那咱们把这些细节组合一下,走三条线,回到起点,那就应该是个三角形。
向南、向东、再向北,可以走出一个三角形吗?
有了。站在北极点,朝着任何一个方向走,都是向南走,而从任何一个位置向着北极点走,都是向北走。这样,这只熊从北极点出发,向南、向东、向北,就可以走一个三角形,回到出发点。
既然是北极点附近,那么这只熊应该是一只北极熊,当然就是白色的。
从中可以看出,抓住未知量,你就抓住了问题的关键。类比、画图,还有分解和重组,这些方法能帮助你更好地理解题目。
二、寻找解题思路
思路这个东西看不见摸不着,有没有套路可用呢?波利亚给我们提供了两个非常好用的工具。
第一个工具是「特例」
当没有思路的时候,不妨用特例帮助自己思考。
一个泛泛的问题,往往让人有一种无法把握、无从下手,无法抓住里边的任何东西的感觉,这是因为条件太多,所以看起来从哪个条件都没法入手。正所谓乱花渐欲迷人眼,一个泛泛的问题,往往有一种不确定性。这种不确定性,就会成为思维的障碍。
那怎么减少这种不确定性呢?可以先考虑一个特例,这样就能使得问题的条件确定下来,帮助我们探一探问题的内部结构。
第二个工具是「逆向思维」
正面思考感觉茫然的时候,不妨尝试反过来推导。
很多人推崇逆向思维的力量,比如查理·芒格在《穷查理宝典》当中有一句名言:「反过来想,永远要反过来想。」
咱们来看这么一道题,你站在河边,身边有两个桶,大桶能盛9升的水,小桶能盛4升的水,我的问题是,你要怎么样做,才能盛出6升的水来呢?
这道题用逆向思维来思考,从结果向前推,你会发现更容易得出答案。
怎样盛出6升的水呢?可以从9升的桶中倒出3升的水;那怎样才倒出3升的水呢?可以在4升的水桶中先有1升的水,就可以倒出3升的水;怎样才能在4升水桶中有1升的水呢?大桶9升,小桶4升,9升减4升再减4升,正好就是1升。
再把逆向思维转化为正向操作,这道题就解出来了。第一步,大桶装满9升,倒进小桶4升,然后把小桶里的水倒掉。第二步,把大桶里的水倒进小桶4升,然后把小桶里的水倒掉。第三步,把大桶里剩下的1升倒进小桶,再把大桶装满水。第四步,用大桶的水把小桶倒满,大桶里就剩下6升。
此外,波利亚还提出一个方法,就是盯住未知量。
盯住未知量,可以让你在解题的过程中,时刻记住你的目标是什么,有利于激发灵感,获得解题思路。
莱布尼茨曾经有一个比喻,人的解题思考过程,就是一个晃筛子的过程,脑袋里边的东西都抖落出来,然后正在搜索的注意力就会抓住一切细微的、与问题有关的东西。
而你的注意力怎么能抓住和题目相关的东西呢?靠的就是未知量。未知量就像是一张通缉令,让你的注意力成为敏锐的侦探,可以从无数个念头中抓出来那个嫌疑人,否则,即使关键的东西抖落出来了,也可能没注意到。
三、验证解答
如果你做的是练习册,那就很简单了,翻到最后一页对答案呗。可是,如果是实际问题,没有标准答案,那怎么验证呢?
你可以从两方面验证你的解答。
一种是「量纲验证」
什么叫量纲呢?就是长度、面积、重量的那个标准单位。很多物理问题或几何问题,我们求出来的往往是个表达式,之后怎么样快速检验呢?就把表达式每一项的单位代入进去,看看两边是不是相等。
比如用我们都知道的,长方体的体积公式,V=abc,左边是体积,单位是立方厘米;右边a、b、c分别是长、宽、高,单位都是厘米,乘在一起就是立方厘米。这么一对照,两边都是立方厘米,这个答案就比较靠谱。
另一种是「特殊化」
简单来说,就是你求出了一个公式,那么我们可以用具体的值来验证。
比如还是长方体的体积公式,我们就可以用一个具体情况,长宽高都是1厘米,我们知道体积就是1立方厘米。代入到公式中,算出来果然也是1立方厘米。
所以,量纲检验和特殊化,其实可以组合起来用,如果你的解答有问题,用这两种检验方式,往往就能快速发现错误。
四、回顾
为什么要回顾呢?
因为解题不止为了找到答案,更是反思解题过程中的一般性的、跨问题的思维法则,简单来说,是为了找到可复用的方法。
那怎样做回顾呢?波利亚列出了一张清单,帮助你从不同的方面考虑你的解答,并寻找与你过去所获知识之间的联系。
你可以考察解答中那些比较冗长的部分,看看能不能使它们变得简短些;
你可以重新审视题目,看自己能不能一眼就能看出整个解答;
你可以对你的解答进行改进,看看能不能让它更直观;
你可以重新审视题目,看看是哪个细节让你产生了关键的思路;
你还可以仔细检查你的结论,看看这个结论能不能应用于别的题目。
在回顾的过程中,你也许能找到一个更好的新解答,找出新的有趣的事实。就算没有,如果你养成了以这种方式回顾和仔细检查你的解答的习惯,你将会获得一些条理分明、随时可以使用的知识,并且将会提高你的解题能力。
只有经过主动的回顾,你才可以把解题过程中用到的有创造性的手段,变成未来可以重复使用的方法。
方法和手段有啥区别呢?
波利亚说:「方法和手段有什么不同?方法就是你用了两次的手段。」
以前就是波利亚的解题思路,面对生活难题时,不防想想能不能借鉴,希望对你有所启发。