Как научиться решать примеры и перестать бояться математики

Зачем школьникам математика? Чтобы написать контрольную, сдать ЕГЭ, поступить в вуз. Но не только. Математика описывает окружающую нас жизнь. За этим предметом скрывается фантастический мир, красота и музыкальность. Как полюбить математику и перестать бояться сложных задач, рассказал доцент факультета систем управления и робототехники ИТМО, преподаватель Алексей Перегудин.
Волшебный мир
Математика помогает сформировать структурированный взгляд на мир. При этом она требует большой фантазии, ведь математики умеют видеть нечто общее в самых разных на первый взгляд явлениях. Простой пример: у тебя два яблока или два стула. Ты должен абстрагироваться от этих объектов и подумать о некой объединяющей их сущности — числе 2. Уходя в эту абстракцию, ты получаешь инструменты (математический аппарат), которые можно потом применить.
Мир математики сам по себе очень красив, но напрямую глазам и рукам он недоступен. Чтобы его познать, нужны интеллект и творчество. В этом мире протоптаны свои дорожки: широкие магистрали и маленькие тропинки. Настоящий математик исследует эти тропы, ищет новые пути и сокровища.

Примеров, как можно извлечь пользу с помощью математики, множество. Это и программирование ― например, все, что связано с искусственным интеллектом, нейросетями; робототехника, аналитика. Чтобы эффективно анализировать данные и делать выводы из чисел, нужно не просто брать калькулятор, выписывать и смотреть, а применять необычные методы, выходить за рамки задачи.
Как математика используется в жизни
Математика присутствует в нашей привычной жизни, даже если мы этого совсем не замечаем. Вот перед вами сахарница. Вы вдруг захотели перемешать ее содержимое. Как бы вы ни старались и не работали усердно ложкой, всегда найдется одна гранула сахара, которая не изменила свое положение. Математически это описывается правилами из современного направления геометрии — топологии.
Или, допустим, вы смотрите любимый сериал на стриминговом сервисе — вам рекомендуют видео, ориентируясь на то, что вы видели раньше. Любые рекомендательные системы работают на основе принципов линейной алгебры: исследуется массив информации, используется математический метод, который ранжирует контент и выбирает наиболее удачные совпадения.
Когда вы разговариваете по телефону или онлайн-связи, одновременно со звонком происходит фильтрация шумов ― без нее мы бы слышали много лишних звуков. Даже сейчас телефон, на который я записываю свои мысли о математике, использует эту технологию: дополнительный микрофон для активного шумоподавления пишет в первую очередь голос, а во вторую — внешнюю среду, он вычисляет разность между этими двумя звуковыми дорожками. Для такой простой задачи — снизить шум — используется в том числе очень продвинутая математика.
Когда мы ведем запись, на экране устройства появляется рисунок (скачущая звуковая дорожка): если говорить громко, линии станут больше, тише — меньше. Известный математик Фурье показал, что можно смотреть на вещи совсем по-другому — через призму одного интересного интегрального преобразования. Оно описывается страшной формулой, которая испугает любого школьника, но превратит этот звук в совершенно другую картинку, где будет видно, что справа, например, шумы, а слева — полезная информация. И мы можем убрать ненужное и оставить только ценную запись. Это очень простая вещь ― в каждом телефоне сейчас такую дорожку можно увидеть в том же диктофоне. Но чтобы ее описать, нам приходится прибегать к сложному математическому языку, который изучается только на 2–3-м курсе университета. В то же время в самой идее нет ничего по-настоящему сложного.
Даже самую сложную вещь можно объяснить через привычный образ. Истинная математика в том, чтобы, глядя на график, видеть не геометрическое начертание, а суть. У нас могут быть нарисованы два визуально разных графика, которые на самом деле отражают один и тот же процесс с разных сторон (математик скажет: «В разных базисах»). Таким образом можно, имея один график, например биржевую котировку, построить уникальную диаграмму, которую не покажет ни одно финансовое приложение. И на этой диаграмме будут видны отдельные составляющие экономических процессов — ценная информация, которую мы получили математическими методами.
Когда математика начинает «звучать»
Очень важно сделать шаг от боязни формул к восприятию их смысла. Это очень похоже на обучение музыке. Человек, который никогда не занимался музыкой, увидев лист с нотами, может испугаться ― он же не понимает эти символы, не знает, как они звучат. После этого происходит ступор. Нужно преодолеть этот этап: освоить математическую символику — все равно что познакомиться с грамотой. И после этого открывается возможность «слышать музыку» — это совершенно другой уровень удовольствия и пользы. Аналогично с чтением: первоклассник кропотливо учится читать — каждую букву нужно хорошо выучить, поначалу он читает по слогам, страдает, тратит много времени, а потом находит интересную книгу и увлеченно погружается в нее.

Для этого нужен хороший учитель или несколько, которые покажут мир идей, симметрии в математике. А формулы — это всего лишь язык. Бояться формул, правил, которые изучают в школе, не нужно. Да, они могут казаться страшными, скучными. Открою секрет: математик тоже не кайфует оттого, что пишет много буковок в вычислении! Его радость не в огромных формулах — а в открытиях, стирании границ, новых решениях.
Часто людей в математике пугают многомерные миры. В школе делают акцент на трехмерных пространствах, в университете количество переменных в задачах увеличивается. На самом деле, сами математики не могут представить себе многомерные пространства и физически ощутить геометрию большой системы уравнений. Их мастерство — думать о знакомом объекте, когда смотришь на незнакомый, смотреть на многомерное пространство так, будто оно обычное. И как раз для этого нужно воображение!
Подружиться с формулами
Совет учителям: если вы даете какую-то концепцию, сначала расскажите, где она может быть применена. Даже если немного слукавите, все равно покажите, какую практическую роль она может сыграть в жизни. Это мотивирует.
Чтобы понять сложные математические концепты, полезно смотреть на них с разных сторон. Когда-то я видел выступление одного спикера на TEDx — он рассказывал про дробь 4/3. И эксперт показал, как она выглядит, может звучать и проявлять себя в тексте. Так же и абсолютно любой математический объект — формулу, теорему — можно увидеть в разных образах. Здесь открывается простор для фантазии.
Помните притчу о трех слепых мудрецах? В город привезли слона. Мудрецы не знали, что такое слон, но слышали, что это великое животное. Когда они зашли в шатер к слону, то по очереди стали прикасаться к нему: один мудрец сказал, что слон — большая колонна (потому что потрогал массивную лапу животного), другой подумал, что слон — это веревочка (потому что коснулся хвостика). Если мудрецам повезет, то из набора своих представлений они смогут полностью собрать образ слона. Так же и с математикой ― надо присмотреться с разных сторон.
Когда я веду занятия, стараюсь проводить красочные аналогии, чтобы студенты поняли сложные концепты и термины. Например, как-то я объяснил понятие математических матриц (это таблицы с числами, с которыми можно по-разному взаимодействовать: вычитать, умножать, вычислять от них специальные функции) с помощью музыкального аккорда. Матрица очень похожа на музыкальный аккорд, потому что у нее есть составные части — как ноты в аккорде. Его можно сыграть на разных инструментах (на гитаре будет одно движение пальцев по струнах и грифу, на пианино — другое), так и матрицу можно представить в различных базисах — то есть написать ее с помощью разных цифр. Это очень глубокая аналогия, и с ее помощью можно понять сложные концепции (собственные числа матрицы, вектора и другие понятия из линейной алгебры). Мне очень нравится проводить такие сравнения. В первую очередь я делаю их для себя. Если нечто становится для тебя родным, в кармашке у сердца лежит — моя матрица, мое понимание, — этим приятно поделиться, и студенты, может, тоже тему лучше поймут. Важно делать математические объекты близкими себе — не идти от определения в учебнике, стараться своими словами все пересказать.
У меня есть курс на YouTube по линейной алгебре и теории автоматического управления, в котором я много внимания уделяю визуальной составляющей. Например, шрифтам, выделению цветами содержательных частей в текстах задач и формулах. Согласитесь, очень страшно выглядит огромная черная формула на белом фоне. Лучше ярким цветом отметить суть в написанном ― это позволит ребятам сконцентрироваться на важном и не потеряться. Материал не должен сидеть на троне, как величество сложных теорем, аксиом, уравнений, надо с ним подружиться — переписать, облегчить, подкрасить, присмотреться к нему с разных сторон.
Любопытство, любопытство и еще раз любопытство
Любопытство первостепенно в любом обучении, в том числе и в математике. Настоящий преподаватель сначала заинтересует темой, задаст вопрос, чтобы у школьника или студента появилось желание найти ответ. Совсем не страшно не знать каких-то теорем или символов! Стремление дойти до сути поможет ученику справиться с задачей и научиться.
По правде говоря, я довольно посредственно учился, порой прогуливал пары и некоторые темы изучил, уже будучи аспирантом. Однако после этого проснулся мой настоящий интерес к концепциям и теоремам. Теперь, когда я преподаю, стремлюсь заинтересовать студентов, зажечь их, показать красоту математики. Это важнее всего.

Конечно, универсальных рецептов, как изучать математику, нет. Но я бы хотел обратить внимание школьников (или их родителей, которые думают, как привить любовь к этому предмету) на следующее:
- Помните, что мир математики состоит не из формул, а из интересных идей.
- Если хотите «подружиться» с математическим объектом, попробуйте объяснить его себе своими словами ― как что-то, что вы придумали сами.
- Найдите способы смотреть на одно и то же математическое понятие с разных точек зрения, используйте для этого фантазию.
Иллюстрации: Sapunkele / Shutterstock / Fotodom
Реклама. Рекламодатель: Университет ИТМО. LjN8KBnLL
Популярные комментарии
Евгения СамотохинаТо что отрицательные оценки нужны — я согласна, но здесь должен быть ряд факторов: 1) как по мне текущая система оценки (пятибалльная, а по факту четырехбальная) — не то чтобы объективная. Особенно чувствуется на объемных заданиях в старших классах, когда в тексте на 2 страницы допустил 2-3 ошибки и пооучаешь тройку. Как по мне система должна иметь разбивку хотя бы в 10 баллов. 2) Часто каждый учитель сам определяет как оценивать ученика. Если с точными науками и каким-нибудь диктантом ещё более-менее понятно, то с более творческими заданиями, пересказами вообще непонятно — у одного учителя ты получаешь 5 у другого за пересказ того же качества — 3.
«Двойка должна жить». Учитель — о том, почему плохие оценки нужны детям
АнастасияДа уж… Уважительное общение не включено в общеобразовательные стандарты и экзаменационные вопросы. Можно иметь аттестат и даже не один диплом, но при этом оставаться полнейшим хамом. Системный кризис.
«Короче, училка, варежку свою закрой». Топ-20 цитат из переписок родителей с учителями, от которых волосы встают дыбом
Виктория ИльинаА может, пора честно посмотреть на проблему не только глазами учителя? Учитель жалуется: слишком много часов, слишком много отчётности, слишком много требований сверху. И с этим трудно спорить. Но есть один неудобный вопрос: а не является ли сама школа частью проблемы, которую она годами создаёт? Попробуйте хотя бы на минуту посмотреть на ситуацию глазами ученика. Этот ребёнок, которого сегодня заставляют заучивать километры информации «для галочки», завтра станет взрослым человеком. Возможно, чиновником, руководителем, тем самым человеком, который будет писать новые стандарты, программы и инструкции для школ. Не удивительно ли, что система воспроизводит сама себя? Главная ошибка многих педагогов — не в любви к знаниям. Знания нужны. Ошибка в другом: в убеждении, что ребёнку обязательно нужно загрузить весь огромный школьный багаж, не задумываясь, что из этого действительно пригодится именно ему. И когда обществу годами пытаются доказать ценность каждого килограмма ненужной информации, неудивительно, что эта работа перестаёт восприниматься как источник реальной пользы. Может быть, выход проще? Не превращать каждый предмет в борьбу за выживание. Не ломать детей и не выгорать самим. Если ребёнку ваш предмет объективно мешает сосредоточиться на тех знаниях, которые нужны ему для будущего, — поставьте законную тройку и дайте ему возможность развиваться дальше. Иногда настоящая педагогика — это не заставить выучить всё. А понять, что именно действительно стоит учить.
«Мы согласились со своим бесправием». Учительница – о том, почему ее коллеги терпят унижения






