Метод проб и ошибок

Метод проб и ошибок (МПиО) — эмпирический метод исследования, основанный на несистематическом, ненаправленном поиске и переборе вариантов решения задачи (проблемы).

Поговорим об этом методе поиска творческих решений. Попробуем раскрыть его возможные достоинства и неизбежные недостатки.

Основное достоинство МПиО: сравнительная простота и эффективность при переборе небольшого количества вариантов решения (порядка 10—20 вариантов). МПиО — самый древний метод создания технических систем и устройств. Им пользовался наш далекий пращур, когда прилаживал к палке соответствующий камень. Метод подкупает своей простотой и надежностью — взял, примерил, отбросил. Снова взял, примерил…

Так работали и сто лет, и сто тысяч лет назад. Методом проб и ошибок создавались первые кремневые ножи и луки, пушки и ветряные мельницы, здания и корабли. Поразительно совершенны ладьи русских поморов, китайские джонки и катамараны полинезийцев. Каждая их линия, каждая мельчайшая деталь имеет наилучшую из возможных форм. Но раскопки показали, что еще 500 лет назад эти суда были несравненно хуже. Повторяя из столетия в столетие как будто одни и те же очертания, строители тем не менее все время вносили изменения. Те, которые оказывались неудачными или чаще приводили к гибели кораблей, забывались, удачные — закреплялись. Это был долгий путь, подобный эволюции живой природы, требовавший больших жертв, гибели множества неудачных конструкций.

Первый недостаток МПиО — невысокое качество решений, получаемых с его помощью. Ежедневно в мире патентуется более 500 технических решений, и только 10—15% находит применение в практике. Все остальное является своеобразным «информационным мусором», т. е. эти решения никогда не будут внедрены, это «отходы» интеллектуальной деятельности человека с использованием МПиО. Выявлено, что для разработки этим способом одного изобретения среднего уровня нужно совершить сотни и даже тысячи проб.

Вероятно, поэтому и появилось крылатое выражение Эдисона: «Талант — это 99% пота и 1% удачи». Действительно, талантливый изобретатель успевает в уме за короткое время перебрать десятки, а то и сотни вариантов. Это необычайно трудная и утомительная работа, на которую физиологически способны немногие.

Корифей изобретательства Т. Эдисон держал целый институт экспериментаторов (он назывался «Фабрикой изобретений»), которые, например, в поисках материала для нити накаливания электрической лампочки провели многие тысячи опытов, испытывая все имеющиеся под рукой материалы. В ход шли все известные металлы и сплавы, обугленные нити из шерсти, шелка, бристольского картона, бумаги и даже из человеческого волоса. По заданию Эдисона его сотрудники ездили в Бразилию, Китай, Японию и другие страны для поиска и сбора различных видов растений, например бамбука.

Как показывали опыты, обугленные палочки из некоторых сортов бамбука достаточно хорошо работали в качестве нити накаливания. Эдисон получил несколько десятков патентов на различные виды нитей накаливания для лампы. Однако работоспособность ламп с этими нитями все еще была низка. Значительно позже Эдисону стала понятна основная причина — это кислород, который оставался в колбе после откачки из нее воздуха, окислял материал нити, и она разрушалась. Начали изготавливать высоковакуумные лампы или заполнять их инертным газом. Время работы лампы резко возросло. Теперь нить накаливания можно делать из обычных тугоплавких металлов, которые к этому времени стали не столь дефицитными.

Около 40 тысяч опытов пришлось сделать Эдисону и его сотрудникам, чтобы получить достаточно работоспособную конструкцию щелочного аккумулятора. Это действительно был титанический труд.

Несмотря на огромный список патентов «чародея» и его учеников, эффективность МПиО, широко используемого Эдисоном, была не такой высокой, как может показаться на первый взгляд. Во всех биографиях Эдисона приводится цитата его коллеги и конкурента Никола Теслы: «Если бы Эдисону пришлось найти иголку в стоге сена, он не стал бы терять время на то, чтобы определить ее наиболее вероятное местонахождение. Напротив, он немедленно, с лихорадочным прилежанием пчелы начал бы осматривать соломинку за соломинкой, пока не отыскал бы искомое».

Работоспособность Эдисона была действительно фантастической: вплоть до шестого десятка этот трудоголик мог работать по 16—19 часов в сутки, а затем сократил свой рабочий день «по возрасту» на полтора часа. Среди самых популярных высказываний Эдисона есть и такое: «Своими успехами я обязан тому, что никогда не держал на рабочем месте часов». Если разделить его 1093 патента на 60 лет созидательной деятельности, то получается примерно полтора патента в месяц. Однако хотим напомнить, что на него работала самая прогрессивная в то время в мире «фабрика изобретений».

Отдадим должное таланту и трудолюбию Эдисона, а для себя отметим второй и третий недостатки МПиО — высокая трудоемкость и низкая продуктивность поиска решения задачи.

Английский химик Ч. Макинтош в своей лаборатории случайно опрокинул бутылку с жидким веществом сольвентнафтом на кусочек высохшего природного каучука. Он заметил, что почти твердый каучук стал мягким, как свежее тесто. Тут же возникла догадка: если пропитать им материал одежды, она станет непромокаемой. Так появились резиновые плащи — макинтоши, водонепроницаемая резиновая обувь — калоши, сапоги и многие другие вещи, которые быстро нашли многочисленных покупателей. К сожалению, природный каучук на морозе трескался, а при жаре начинал растекаться. Требовалось устранить эти недостатки. Снова пошли сотни экспериментов. И снова помог случай, но уже другому исследователю.

В 1839 году Ч. Гудьир, производя очередной опыт, по рассеянности уронил на горячую плиту кусочек резины и серы. Резина и сера сцепились, образовав новое эластичное вещество, которое не ломалось при низких температурах и не размягчалось при высоких. Так был изобретен способ вулканизации резины, который стал широко применяться при изготовлении промышленных и бытовых товаров.

Голландец 3. Янсон, оптических дел мастер, отшлифовав одну из своих линз, решил рассмотреть ее поверхность с помощью другой увеличительной линзы. И тут случайный взгляд через две линзы на колокольню далекой церквушки поразил его. Казалось, что церквушка стоит прямо перед его окном. Были видны все ее мелкие детали. Так была найдена идея телескопа.

Французский физик Антуан Беккерель открыл радиоактивность после того, как обнаружил засвеченную фотопластинку, которая случайно оказалась рядом с урановой солью.

В 1870 году А. Мариле изобрел способ химической очистки ткани. Это произошло, когда он вынул из бочки со скипидаром случайно упавший туда загрязненный костюм. Оуэн Ричардсон случайно опрокинул перекись водорода на гусиное перо, которое вдруг стало бесцветным. На свет появился способ, позволяющий моднице-брюнетке быстро стать блондинкой. Француз Бернанд Куртуа в 1811 году случайно получил йод. Алхимик Барнд в 1674 году в поисках «философского камня», экспериментируя с человеческим волосом, случайно открыл фосфор.

Случайно были изобретены пенициллин, железобетон, метод электроискровой обработки металлов, рентген и многое-многое другое (см. рис. 3).

Оказывается, при использовании МПиО ставка на его величество Случай невероятно высока. Но явно недостаточно того, чтобы счастливый случай состоялся. Необходимо, чтобы он произошел с подготовленным к этому человеком и в тот момент, когда он решает соответствующую случаю задачу. Короче говоря, для того, чтобы мы с уверенностью могли считать МПиО надежным и продуктивным, требуется самая малость: чтобы счастливый случай регулярно происходил в нужное время в нужном месте с нужным человеком. Эту гипотезу с успехом подтверждает сохранившийся в народе отчет о научно-техническом исследовании под названием «Сказка „По щучьему велению“».

Отметим четвертый недостаток МПиО — это низкая вероятность, т. е. негарантированностъ, получения нужного решения. Про нужное время и место мы уже не говорим.

Развитие техники ускорялось, и МПиО становился все менее пригодным. Невозможно строить тысячи образцов, чтобы отобрать наилучшую конструкцию паровой машины или быстроходного крейсера. И тогда на помощь пришла наука — изучение и использование законов природы. Она позволяла искать наилучший вариант при помощи расчетов и целенаправленных исследований.

Теперь уже никому не приходит в голову строить новые машины на глазок, в расчете на то, что удастся угадать. Никакие ограничения при этом не признаются: можно проверять любые варианты. Практически перебор начинают с привычных, традиционных вариантов, потом переходят к чему-то более «дикому». Когда рассмотрено множество вариантов, а решения нет, в ход идут случайные подсказки: например, взгляд случайно упал на чайник — нельзя ли использовать пар, кипяток… Если мы посмотрим на рис. 4, то нам станет очевиден и пятый недостаток МПиО — низкая целенаправленность творческого поиска.

Рис. 3. Открытия и изобретения, сделанные с помощью МПиО:

1 — установка для получения отверстий в эпоху палеолита; 2 — счетчик оборотов (Герои); 3 — первое заточное устройство; 4 — ветряная мельница; 5 — водяная мельница; 6 — зубчатая передача; 7 — коленчатый вал; 8 — машина для насечки напильников (Леонардо да Винчи).

Рис. 4. Открытия и изобретения, сделанные с помощью МПиО:

• 1 — проект экскаватора Леонардо да Винчи (слева); для сравнения — современный карьерный экскаватор (справа); 2 — прядильная машина Кромптона; 3 — токарный станок греческого мастера Феодора (VI век до н. э.); 4 — токарно-винторезный станок (конец XIX века); 5 — гидравлическая машина
• (Герои)

Были выделены четыре условия, повышающие эффективность

МПиО и способствующие тому, чтобы случайное событие стало трамплином-подсказкой при решении сложной задачи.

• 1. Случайное событие должно нести в себе решение задачи. Форма представления может быть разной — паутинка, синяк, колечко и т. д., но содержание подсказки должно включать решение задачи.
• 2. Изобретателю нужно непрерывно и напряженно думать о задаче (двигаться по оси X). Тогда некоторое случайное событие может увлечь его мысль за собой и помочь преодолеть психологический барьер.
• 3. Исследователь должен иметь развитое ассоциативное мышление, чтобы увидеть решение задачи в далеком аналоге.
• 4. Необходимо, чтобы мысль исследователя достаточно продолжительное время билась над решением задачи, анализируя множество вариантов и отвергая все неудачные.

Следует заметить, что необходимость создания благоприятных условий для «пробуждения» творческого воображения сознавали авторы многих методик поиска новых решений. Например, список приемов настройки творческого коллектива, составленный английским исследователем Т. Эйлоартом, рекомендует «спать с проблемой, идти на работу, гулять, принимать душ, ехать, играть (в теннис) — все с ней, с проблемой». И еще: «бродить среди стимулирующей обстановки (свалки лома, технические музеи, магазины дешевых вещей), пролистывать журналы, комиксы».

Как видим, эти рекомендации направлены на повышение вероятности появления эффективных подсказок-трамплинов. Но время стремительно бежит вперед, и мало кто из современных ученых или конструкторов может позволить себе гулять по свалке лома, да и где такую свалку найти? Тем не менее, рассмотренная теория позволяет сделать некоторые конструктивные выводы.

Прежде всего, нужно согласиться с тем, что решение сложной задачи связано с преодолением психологических барьеров. Однако если процесс возникновения и преодоления этих барьеров в мышлении отдельного исследователя достаточно хорошо объясняет теория преодоления психологических барьеров (ППБ), то детального изучения требуют проблемы проявления психологических барьеров.

Таким образом, можно наблюдать следующие этапы развития МПиО.

• 1. Эмпирический этап — основан на практических действиях: ученый наугад совершает «пробы и ошибки», при этом даже не учитывая, какая именно проба была ошибочной, и поэтому повторяя те же ошибки вновь и вновь.
• 2. Систематизированный этап — этап систематизации перебора вариантов: поиск нового ведется все тем же МПиО, но теперь ошибки запоминаются и не повторяются вновь.
• 3. Систематизированный направленный этап — переход от реальных проб и ошибок к целенаправленным мысленным экспериментам путем создания аналоговых и цифровых моделей желаемого и возможных решений.
• 4. Эвристический этап — переход к доминированию эвристических моделей на основе развитого творческого воображения, использования методологии творчества и компьютерной поддержки интеллектуальной деятельности.

Пока еще значительное число ученых и специалистов по-прежнему считает, что классический метод проб и ошибок — единственно возможный способ получения научных открытий и разработки технических изобретений. Тогда почему порой очень нужная и, казалось бы, очевидная идея опаздывает на десятилетия, а другие появляются за столетия до их возможной реализации? В работах психологов, в воспоминаниях ученых и изобретателей описывается примерно одно и то же: человек сталкивается со сложной проблемой, постоянно мысленно ищет решение, перебирая варианты, пробует, ошибается и, наконец, находит. Это и есть перебор вариантов, называемый методом проб и ошибок.