Знание законов физики помогает спортсменам понимать, как лучше всего двигаться и вращаться. Но существует и обратная связь: то, как мы двигаемся, также может помочь нам лучше разбираться в математике и естественных науках.
* * *Сьюзен Фишер, преподаватель физики в Университете Де Поля в Чикаго, читала лекцию на тему «Момент инерции». Чего только она не делала, чтобы привлечь внимание студентов, но все было тщетно. В Чикаго наступила золотая осень, что означало: снег и холода не за горами. Жители этого города искренне дорожат последними теплыми деньками. Вот и студенты постоянно отвлекались от того, что говорит преподаватель, и переводили взгляд на два больших панорамных окна аудитории по левую сторону от кафедры, через которые струился солнечный свет. Со своего места в последнем ряду я могла видеть, что некоторые студенты параллельно проверяют электронную почту или гуляют в дебрях интернета. Девушка, сидевшая прямо передо мной, даже оформляла покупку сапог на Zappos.com. И тут вдруг Фишер вывела на экран следующий кадр презентации – с контрольным вопросом. Студенты переглянулись. У всех на лицах читался испуг. Даже ценительница сапог замерла.
Вот что спрашивалось:
На верхнем конце наклонной деревянной плоскости закреплены цельный диск и кольцо одинаковой массы и диаметра. Когда их отпустят, они покатятся вниз по плоскости, не проскальзывая под воздействием силы гравитации. Если диск и кольцо начнут двигаться одновременно, какое из следующих утверждений будет верно:
А. Диск докатится до конца плоскости первым.
Б. Кольцо докатится до конца плоскости первым.
В. Диск и кольцо докатятся до конца плоскости одновременно.
Наступила полная тишина. Студенты потянулись за сумками и стали копаться в их содержимом в поисках пультов – специальных устройств, позволяющих отвечать на вопросы преподавателя и выполнять экспресс-тесты. И когда Фишер объявила, что пульты не понадобятся, послышался коллективный вздох облегчения. Она сообщила слушателям, что при поиске ответа они будут использовать свое тело. Тут же в проходах между рядами появились ассистенты и стали раздавать студентам пластиковые линейки и черные зажимы для бумаги. Кстати, мне тоже вручили линейку и зажим. Фишер предложила нам взять линейку за кончик одной рукой так, чтобы она находилась между большим и указательным пальцами, потрясти ею и почувствовать, как легко она раскачивается вверх-вниз. Затем она поручила нам прицепить к другому концу линейки зажим и потрясти ею еще раз. Внезапно выяснилось, что заставить линейку изгибаться стало намного сложнее. После этого по поручению Фишер мы начали понемногу смещать зажим все ближе и ближе к пальцам, и с каждым перемещением раскачать линейку становилось все проще и проще. Разница была действительно заметна, и, когда от студентов наконец потребовали использовать пульты, чтобы ответить на вопрос, подавляющее большинство из них ответили верно. (Кстати, правильный ответ – А.)
Фишер вспоминает, что до тех пор, пока она не ввела в свою лекцию о моменте инерции этот интерактивный элемент, студентам никак не удавалось разобраться в задаче с диском и кольцом. Вот почему ученики старших классов средней школы иногда проводят уроки физики в парке развлечений: те, кто испытал момент инерции на себе, летя с верхней точки американских горок вниз и оглашая окрестности визгом, вдруг начинают понимать это довольно абстрактное понятие, что называется, чувствовать нутром.
Как и масса, момент инерции свойствен каждому объекту. Однако, в отличие от массы, которая не зависит от того, как ты смотришь на объект и что с ним делаешь, момент инерции зависит от распределения массы этого тела относительно оси его вращения. Чем ближе масса к оси вращения, тем меньше величина момента инерции и тем легче сдвинуть объект с места. Вот почему линейку с зажимом тем легче раскачать вверх-вниз, чем ближе основная масса (масса зажима) к оси вращения (в данном случае – к месту соединения большого и указательного пальцев). И вот почему кольцо докатится до основания деревянной плоскости позже диска. Раз у диска и кольца одинаковая масса, у кольца момент инерции будет больше, в результате чего катиться ему будет тяжелее, из-за чего оно и придет к финишу вторым.
По мнению Фишер, когда студенты испытывают на себе, что такое момент инерции, они вовлекают в дело двигательную зону своего мозга, которая привыкла отмечать и оценивать такие характеристики, как масса и вращение, в повседневной жизни. Ведь наша двигательная система «натренирована» помогать нам управляться с вращающимися объектами и орудовать инструментами разной массы. Поэтому и осваивать физические понятия получается лучше, когда удается заставить двигательные зоны своего мозга принять участие в учебном процессе.
На самом деле мысль о проведении такого эксперимента родилась у Фишер не случайно. Глядя на ее высокую фигуру, не подумаешь, но она когда-то активно занималась прыжками в воду. В этом виде спорта, как и в гимнастике, высокий рост – недостаток, как отмечал и олимпийский медалист Том Дейли. В прыжках в воду уровень сложности, а значит, и число баллов, зависит от количества и качества вращений, которые спортсмен успевает сделать в воздухе, прежде чем коснется воды. Чем выше человек, тем больше у него момент инерции, следовательно, тем медленнее он крутится и тем меньше вращений может сделать. Иными словами, если ты слишком высокий, то крутишься слишком медленно и не успеваешь сделать все положенные вращения до того, как достигнешь воды. Вот почему фигуристы вращаются так быстро в фазе группировки. Когда человек прижимает руки к телу, он уменьшает момент инерции и вертится быстрее. Когда же он распрямляет руки и вытягивает их в стороны, вращение замедляется. В прыжках в воду Фишер оказывалась «кольцом», а соперницы меньшего роста – «диском».
Фишер нашла способ дать своим студентам почувствовать себя фигуристами. Она придумала усаживать их во вращающееся кресло с поджатыми ногами. Если в такой позе человек будет держать в вытянутых в стороны руках по книге, а затем резко прижмет руки к груди, вращающееся кресло ускорится. Фишер убеждена: получив возможность на себе испытать изменение момента инерции, вовлекая свое тело в процесс усвоения понятия, студенты гораздо лучше справляются с задачами на эту тему. Она поделилась со мной этими своими мыслями несколько лет назад, когда мы встретились с ней на собрании женщин-ученых из Чикаго. Меня заинтриговала ее теория и идея о том, что телесный опыт оказывает влияние на наше мышление, а потому я предложила помочь ей проверить свои предположения экспериментально (в сотрудничестве с моей аспиранткой Карли Контра).
Все подтвердилось: физическое участие в опыте действительно облегчает усвоение теоретических знаний. Мы провели несколько экспериментов. Сначала студенты меняли положение рук, сидя на вращающемся кресле. Затем повторили эксперимент с линейкой и зажимом для бумаги. Потом двигали прутом с прикрепленным к нему вращающимся велосипедным колесом, переводя его из вертикального положения в горизонтальное и обратно, чтобы таким образом изменить его ориентацию в пространстве. И затем сравнили результаты тестов, полученные студентами, участвовавшими в этих экспериментах, с результатами студентов, которые только наблюдали за демонстрацией опыта на занятиях или только читали о существовании такого раздела физики, как механика, в учебнике. Как показало наше исследование, телесный опыт действительно ведет к заметным достижениям в учебе, которые ясно прослеживаются в оценках за контрольные работы и домашние задания; причем полученные знания сохраняются даже много недель спустя{74}.
Почему? Используя функциональную магнитно-резонансную томографию, чтобы проникнуть в мозг студентов, Фишер и моя исследовательская группа доказали: когда человек активно вовлекается в учебу – например, в изучение таких концепций из области физики, как момент инерции, угловой или крутящий момент, – у него активизируется двигательная область коры головного мозга. То есть включается тот участок мозговой ткани, который организует функцию планирования, инициации и осуществления движений. После того как студенты на личном опыте испытывали действие физических законов, в дальнейшем, например на экзамене, как только они слышали знакомые термины, у них происходила активизация двигательной области коры головного мозга. Как будто их двигательная система повторно проигрывала предыдущий опыт, помогая им рассуждать о том, чего они не могли видеть и чувствовать на экзамене. Чем выше степень вовлечения этой зоны коры головного мозга, тем лучше студенты справляются с решением связанных с данной темой задач по механике.
Короче говоря, вовлечение тела в учебный процесс помогает мозгу осваивать новые знания.
Глава 4 Хватит сидеть Как движение пробуждает креативность
Путь к прозрению
Штаб-квартира корпорации Google – или, как ее еще называют, Гуглплекс – располагается на площади в десять с половиной гектаров в Маунтин-Вью, в Калифорнии. Основных зданий здесь четыре, и в каждом из них трудятся люди самых разных специальностей: программисты, компьютерные инженеры, менеджеры. Казалось бы, не лучше ли сгруппировать людей по роду их занятий – собрать всех инженеров в одном строении, а менеджеров – в другом. Но компания пошла иным путем. Пространство намеренно выстроено так, чтобы способствовать интеграции. Помимо того что люди разных профессий трудятся плечом к плечу, во многих уголках на территории штаб-квартиры оборудованы волейбольные площадки и корты – все с целью побудить сотрудников к тому, чтобы встать и подвигаться.
Как говорят в Google, пространство спроектировано так, чтобы максимально способствовать взаимодействию между различными командами гугловцев и подталкивать их к непринужденному общению. При этом сама обстановка стимулирует движение. Мы уже убедились в том, что двигательная активность помогает детям учиться, а взрослым – запоминать. А еще движение способствует решению проблем и даже росту производительности труда, потому что мышление сопряжено с активизацией не только мозга, но и тела.
Чтобы лучше понять, как благодаря движению находится решение проблем, представим себе следующую ситуацию:
Вы врач и выяснили, что у вашего пациента неоперабельная опухоль желудка. В принципе существуют лазеры, разрушающие опухоль, если настроить их на достаточно высокую мощность. Это хорошая новость. Плохая новость состоит в том, что при такой интенсивности воздействия лазер разрушит также и здоровую ткань вокруг опухоли. Опухоль злокачественная, поэтому, если пациента не прооперировать, он умрет. Как можно разрушить опухоль, не повредив здоровую ткань, через которую должен пройти лазерный луч? Существует ли какой-нибудь способ уничтожить опухоль и при этом гарантировать то, что здоровая ткань вокруг не пострадает?
Если вы считаете, что дела пациента хуже некуда, то вы не одиноки в своем заключении. Решить эту проблему действительно непросто. На самом деле только 10 процентов студентов находят правильное решение с первого раза{75}. Дело в том, что существует достаточно простой способ повысить шансы на успех и – как вы, возможно, уже догадались – он связан с особенностями строения тела. Когда людям показывают компьютерную диаграмму больного участка – такой круг, на котором изображена опухоль, окруженная со всех сторон слоем здоровой ткани, – и просят их подумать над возможным решением проблемы, одновременно с этим следя глазами за движением малюсенькой световой точки, прыгающей по экрану, процент студентов, нашедших правильный ответ, существенно возрастает. Подсказку им дает та самая маленькая точка, которая достигает опухоли и возвращается обратно, каждый раз проходя через здоровую ткань по новому «маршруту»{76}.
Если вы еще не догадались, то проблема решается следующим образом. Необходимо расставить вокруг пациента несколько отдельных лазерных аппаратов и направить их все на опухоль в желудке. Если каждый из них будет бомбардировать злокачественное образование небольшими дозами радиации, то в сумме радиации накопится достаточно, чтобы разрушить его, а вот окружающая здоровая ткань при этом не пострадает.
Двигая телом – в данном случае глазами – определенным образом, по сути, подражающим «правильному» движению лазера, люди приходят к решению проблемы, до которого иначе никогда бы не додумались. Студенты обычно считают, что движущаяся точка придумана, чтобы отвлекать их и затруднять поиск ответа. Но когда их глаза начинают «выхватывать» траекторию движения «лазерных лучей», добирающихся до опухоли разными путями, выясняется, что прыгающая точка на самом деле повысила их шансы на успех.
Движение тела способно менять наши мысли, оно незаметно «подбрасывает» нам в голову идеи, прежде чем мы оказываемся в состоянии самостоятельно и осознанно до них дойти. При решении проблем люди используют тело постоянно, даже не осознавая этого. Во время эксперимента с опухолью ученые обнаружили, что люди часто неосознанно отрабатывают различные сценарии преодоления проблемы и тестируют возможные решения посредством движения глаз. И что самое интересное, еще до того, как студенты успевают осознать, что им удалось найти правильный ответ, по движению их глаз можно определить, что они уже нашли решение{77}.
Чем можно объяснить такую тесную связь между телом и умом? Дело в том, что при выстраивании своей концепции реальности мы полагаемся на собственный конкретный физический опыт. Например, осязательное ощущение тепла наводит нас на мысль о социальной близости, а сжатая в кулак рука заставляет чувствовать себя более напористыми. Начиная двигаться, человек снижает «порог» возникновения мыслей, так или иначе связанных с этим движением. Вот почему, если вы будете двигать глазами в манере, напоминающей движение лазерных лучей при уничтожении опухоли, то вероятность того, что вы найдете это решение, повышается.
Иногда, чтобы найти лучший вариант, нужно просто начать двигаться. Этому совету люди, занимающиеся танцем, следуют давно. Они постоянно используют движение для выработки новых идей. Пытаясь придумать новые шаги, танцор использует свое тело как инструмент для творчества, подобно тому как художник использует краску, а музыкант – скрипку. Точно так же, как смена одного музыкального инструмента на другой или переход от масляной краски к карандашу меняет художественную форму, так и смена телодвижений меняет результат. Если «сделать» тело более жестким, негнущимся, то и стиль и форма танца изменятся. Механика тела – это движущая сила креативности. Мыслительный процесс осуществляется в том числе и телом. Иными словами, многие исполнители в буквальном смысле слова думают телом{78}.
Подтверждения того, что наши действия оказывают влияние на мышление и, в частности, на способность к креативности, можно найти и в образных выражениях, которыми мы постоянно пользуемся, например: выйти за рамки, сложить два и два или посмотреть на проблему с разных сторон.
Впрочем, интересно другое: наши творческие способности повышаются, когда мы буквально исполняем то, что запечатлено в словах. Когда людей просят, например, назвать слово, которое вместе со словами «мерная», «новости» и «видео» формирует словосочетание, большинство из них затрудняются это сделать. (Ответ: лента. Бывает мерная лента, лента новостей, видеолента.) Чтобы найти ответ, нужно проявить креативность, порыться в уме и поискать некую более общую связь между тремя словами. Оказывается, когда люди в буквальном смысле воспроизводят выражение «выйти за рамки», они становятся более креативными и легче справляются с задачами-загадками такого типа.
Чтобы продемонстрировать физическую реальность фигур речи, ученые из Корнелльского университета возвели у себя в лаборатории рамочную конструкцию из ПВХ-профилей и картона размером полтора на полтора метра так, чтобы внутри нее человек мог комфортно усесться в кресле. После этого они просили добровольцев решить десять задачек-загадок, подобных вышеописанной, сидя внутри «коробки» и снаружи. Для обоснования причины, по которой они просили добровольцев заходить в «загончик», ученые сказали, что исследуют влияние того или иного типа рабочей среды на мышление. К всеобщему удивлению, люди, сидящие за рамками конструкции, справились с задачами гораздо лучше тех, кто сидел внутри, и даже лучше тех, кто выполнял задание в помещении, в котором такой конструкции не было. А вот и те самые десять задач:
1. Борода, лампа, птица ____________
2. Высшая, местная, бизнес ____________
3. Рыбка, мина, орда ____________
4. Пробный, снежный, голубой ____________
5. Лисий, медвежий, стальной ____________
6. Воздушный, космический, пустыни ____________
7. Непромокаемый, палатка, накидка ____________
8. Горячая, голубая, рекой ____________
9. Встречный, попутный, перемен ____________
10. Поваренная, морская, земли ____________
Ответы:
1. Синяя.
2. Школа.
3. Золотая.
4. Шар.
5. Капкан.
6. Корабль.
7. Плащ.
8. Кровь.
9. Ветер.
10. Соль.
Когда люди двигаются свободно, у них есть больше шансов придумать остроумную подпись к картинке или свежую идею о незнакомом объекте, чем тогда, когда они сидят или расхаживают в пределах рамочной конструкции{79}. Поэтому в следующий раз, когда будете пытаться сочинить забавный текст для карикатуры, которую планируете опубликовать в еженедельнике New Yorker, встаньте с кресла и немного пройдитесь. Может быть, именно этого вам и не хватает, чтобы подарить миру восхитительную и незабываемую строчку.