Методика формирования эвристических приёмов на уроках математики в 5-6 классах

- анализ условий;

- анализ конфликта;

- выдвижение любых идей;

- переструктурирование.

Проделав аналогичную работу по резюмированию результатов обзора и анализа приемов, которую нецелесообразно представлять полностью, И.И. Ильясов выделили еще следующий ряд различных по содержанию приемов - как имеющих в литературе другие названия, так и не имеющих их:

- включение в другую структуру,

- включение в деятельность,

- введение дополнительных элементов или отношений,

- деление задачи на части,

- выделение доминирующих целей,

- подведение под логические категории,

- подведение под диалектические категории,

- резонанс,

- замена терминов определениями,

- выдвижение противоположных гипотез,

- анализ оснований гипотез,

- оценка достоинств и недостатков гипотез,

- перерыв в решении задач, отдых,

- параллельное решение нескольких задач,

- вживание в образ явлений задачи,

- регуляция уровня уверенности в себе,

- движение от общих идей к частным,

- символическая запись условий,

- определение области и поиска неизвестного.

Таким образом, действительно различных по содержанию приемов всего насчитывается немногим более тридцати. В связи с этим снимаются опасения в существовании необозримого количества эвристических приемов (до 200 согласно подсчетам некоторых исследователей).

Если далее провести систематизацию разных приемов, объединить их по содержанию в более общие группы, то можно получить вполне операциональную систему эвристических приемов для обучения решению задач.

Итак, содержательно различными являются тридцать с лишним приемов. Они могут быть даже объединены в семейства. Приемы имеют состав операций и познавательный результат осуществления (обобщение, включение в структуру, моделирование и тому подобное). Соответственно, приемы могут отличаться только по составу операций, или только по результату, или по тому и другому одновременно. Приемы, сходные по результату при различных операциях, образуют семейство приемов. Объединение приемов в семейства является полезным. Это позволяет систематизировать приемы и дает возможность лучше понять их особенности и связи, а также уменьшает поле выбора приемов. Объединение приемов в семейства также не упускает представительство каждого семейства в выбираемой системе приемов для обучения решению задач.

Анализ выделенных 32 различных приемов приводит к установлению следующих 11 семейств приемов:

1. Анализ условий задачи, анализ данных, анализ требований, анализ конфликта.

2. Доопределения, развертывание определений явлений задачи, движение от конца к началу, подведение под логические категории, подведение под диалектические категории, сближение данных и цели, резонанс.

3. Изменение уровня обобщенности задачи, обобщение задачи, использование известной общей задачи, конкретизация задачи, использование известной конкретной задачи.

4. Включение в новые связи, подведение под компоненты деятельности, включение в другую неизвестную структуру, включение в другую известную структуру, введение дополнительных элементов или отношений (неизвестных и известных), переструктурирование, деление задачи на части.

5. Анализ допущений, выделение доминирующих идей, критика очевидных решений, поиск лишних условий.

6. Моделирование, перекодирование текста в схему (модель), символическая запись.

7. Выдвижение любых гипотез, выдвижение маловероятных гипотез, выдвижение противоположных гипотез.

8. Обоснование принятия и отвержения гипотез, обоснование выдвижения гипотез, анализ достоинств и недостатков гипотез.

9. Переключение в другие проблемы, параллельное решение нескольких задач, перерыв в решении задач.

10. Вживание в образ явлений задачи, принятие роли объекта или процесса задачи, «метод демонов» (по Максвеллу).

11. Регулирование уровня уверенности в себе, повышение уровня уверенности в себе, понижение уровня уверенности в себе.

Помимо указанных семейств родственных приемов есть еще приемы, которые не образуют семейств. К ним относятся: анализ с разных сторон, комбинаторика свойств явлений задачи, поиск сначала общей, а затем частной идеи и наоборот. Из указанных трех приемов образуются два составных приема: морфологический анализ (включает анализ с разных сторон и комбинаторику) и определение области поиска неизвестного (включает поиск общей, а затем и частной задачи, анализ с разных сторон).

«В этой системе, так или иначе, представлены почти все значимые семейства эвристических приемов, известные на сегодняшний день», считает И.И. Ильясов[19].

ГЛАВА 2. Методические особенности формирования эвристических приёмов на уроках математики в 5-6-х классах

2.1 Пути и условия организации эвристического обучения в школе

Развитие творческого мышления у учащихся в процессе изучения ими математики является одной из актуальных задач, стоящих перед преподавателями математики в современной школе. Основным средством такого воспитания и развития математических способностей учащихся являются задачи. Не случайно известный математик и методист Д. Пойа пишет: «Что значит владение математикой? Это есть умение решать задачи, причем не только стандартные, но и требующие известной независимости мышления, здравого смысла, оригинальности, изобретательности».

При обучении математике на решение задач отводиться бльшая часть учебного времени. Отсюда напрашивается вывод, что учебное время, отводимое на решение задач в школе, используется неэффективно, а это отрицательно сказывается на качестве обучения математике в целом.

Одна из главных причин затруднений учащихся, испытываемых ими при решении задач, заключается в том, что математические задачи, содержащиеся в основных разделах школьных учебников, как правило, ограничены одной темой. Их решение требует от учащихся знаний, умений и навыков по какому-нибудь одному вопросу программного материала и не предусматривает широких связей между различными разделами школьного курса математики. Роль и значение таких задач исчерпываются в течении того непродолжительного периода, который отводиться на изучение (повторение) того или иного вопроса программы. Функция таких задач чаще всего сводиться к иллюстрации изучаемого теоретического материала, к разъяснению его смысла. Поэтому учащимся нетрудно найти метод решения данной задачи. Этот метод иногда подсказывается названием раздела учебника или задачника, темой, изучаемой на уроке, указаниями учителя и т. д. Самостоятельный поиск метода решения учеником здесь минимален. При решении задач на повторение, требующих знания нескольких тем, у учащихся, как правило, возникают определенные трудности.

К сожалению, в практике обучения математике решение задач чаще всего рассматривается лишь как средство сознательного усвоения школьниками программного материала. И даже задачи повышенной трудности специальных сборников, предназначенных для внеклассной работы, в основном имеют целью закрепление умений и навыков учащихся в решении стандартных задач, задач определенного типа. А между тем функции задач очень разнообразны: обучающие, развивающие, воспитывающие, контролирующие [7].

Каждая предлагаемая для решения учащимся задача может служить многим конкретным целям обучения. И все же главная цель задач - развить творческое мышление учащихся, заинтересовать их математикой, привести к «открытию» математических фактов.

Достичь этой цели с помощью одних стандартных задач невозможно, хотя стандартные задачи, безусловно, полезны и необходимы, если они даны вовремя и в нужном количестве. Мы считаем, что следует избегать большого числа стандартных задач как на уроке, так и во внеклассной работе, так как в этом случае сильные ученики могут потерять интерес к математике.

Ознакомление учащихся лишь со специальными способами решения отдельных типов задач создают, на наш взгляд, реальную опасность того, что учащиеся ограничатся усвоением одних шаблонных приемов и не приобретут умения самостоятельно решать незнакомые задачи («Мы такие задачи не решали»,- часто заявляют учащиеся, встретившись с задачей незнакомого типа).

В системе задач школьного курса математики, безусловно, необходимы задачи, направленные на отработку того или иного математического навыка, задачи иллюстративного характера, тренировочные упражнения, выполняемые по образцу. Но не менее необходимы задачи, направленные на воспитание у учащихся устойчивого интереса к изучению математики, творческого отношения к учебной деятельности математического характера. Необходимы специальные упражнения для обучения школьников способам самостоятельной деятельности, общим приемам решения задач, для овладения ими методами научного познания реальной действительности и приемам продуктивной умственной деятельности, которыми пользуются ученые-математики, решая ту или иную задачу.

Осуществляя целенаправленное обучение школьников решению задач, с помощью специально подобранных упражнений, можно учить их наблюдать, пользоваться аналогией, индукцией, сравнениями, и делать соответствующие выводы. Необходимо, как мы считаем, прививать учащимся прочные навыки творческого мышления.

В школьных учебниках математики (и не только ныне действующих) мало задач, с помощью которых можно показать учащимся роль наблюдения, аналогии, индукции, эксперимента.

Мы исходим из того, что несмотря на ошибочные гипотезы, которые можно получить в результате наблюдений и неполной индукции, учитель должен использовать все предоставляемые ему программой и учебниками (в том числе и ранее действующими, и пробными, экспериментальными) возможности, чтобы развить у учащихся навыки творческого мышления.

Задача. «Докажите, что для того, чтобы найти квадрат двузначного числа, оканчивающегося цифрой 5 и имеющего п десятков достаточно число десятков п умножить на п + 1 и к результату приписать 25» безусловно имеет определенную познавательную ценность: учащиеся знакомятся с правилом возведения в квадрат двузначных чисел, оканчивающихся на 5. Но роль этой задачи возрастет, если ее сформулировать так: «Найдите и обоснуйте правило возведения в квадрат двузначных чисел, оканчивающихся цифрой 5».

Учащиеся, не знакомые с методом математический индукции, используемым для доказательства этих формул, именно с помощью такого рода задач поймут необходимость изучения этого метода в дальнейшем.

Мы исходим из того, что необходимо на уроках систематически использовать задачи, способствующие целенаправленному развитию творческого мышления учащихся, их математическому развитию, формированию у них познавательного интереса и самостоятельности. Такие задачи требуют от школьников наблюдательности, творчества и оригинальности.

Эффективное развитие математических способностей у учащихся невозможно без использования в учебном процессе задач на сообразительность, задач-шуток, математических ребусов, софизмов.

Эвристическая задача - лучший способ мгновенно возбудить внимание и учебный интерес, приблизить возможность открытия. Эвристические задачи могут быть предложены как для классной, так и для домашней работы, причем ученик должен иметь право выбора любого варианта задания.

Весьма интересна с точки зрения применения эвристического метода в школе книга американского педагога У. Сойера «Прелюдия к математике» [17]. «Для всех математиков, - пишет Сойер, - характерна дерзость ума. Математик не любит, когда ему о чем-нибудь рассказывают, он сам хочет дойти до всего». Эта «дерзость ума», по словам Сойера, особенно сильно проявляется у детей.

«Если вы, например, преподаете геометрию 9-10-летним ребятам, - говорит Сойер, - и рассказываете, что никто еще не смог разделить угол на три равные части при помощи линейки и циркуля, вы непременно увидите, что один - два мальчика останутся после уроков и будут пытаться найти решение. То обстоятельство, что в течение 2000 лет никто не решил эту задачу, не помешает им надеяться, что они смогут это сделать в течение часового перерыва на обед. Это, конечно, не очень скромно, но и не свидетельствует об их самонадеянности. Они просто готовы принять любой вызов. А ведь в действительности уже доказано, что невозможно разделить угол на три равные части при помощи линейки и циркуля. Их попытка найти решение - того же рода, что попытка представить «корень из двух» в виде рациональной дроби p/q. Хороший ученик всегда старается забежать вперед. Если вы ему объясните, как решать квадратное уравнение дополнением до полного квадрата, он непременно захочет узнать, можно ли решить кубическое уравнение дополнением до полного куба. Вот это желание исследовать является отличительной чертой математика. Это одна из сил, содействующих росту математика. Математик получает удовольствие от знаний, которыми он уже овладел, и всегда стремится к новым знаниям».

Другим необходимым качеством математика является интерес к закономерностям. Закономерность - это наиболее стабильная характеристика постоянно меняющегося мира. Сегодняшний день не может быть похожим на вчерашний. Нельзя увидеть дважды одно и то же лицо под одним и тем же углом зрения. Закономерности встречаются уже в самом начале арифметики. В таблице умножения имеется немало элементарных примеров закономерностей. Вот один из них. Обычно дети любят умножать на 2 и на 5, потому что последние цифры ответа легко запомнить: при умножении на 2 всегда получаются четные цифры, а при умножении на 5, еще проще, всегда 0 или 5. Но даже в умножении на 7 есть свои закономерности. Если мы посмотрим последние цифры произведений 7, 14, 21, 28, 35, 42, 49, 56, 63, 70, т.е. на 7, 4, 1, 8, 5, 2, 9, 6, 3, 0, то увидим, что разность между последующей и предыдущей цифрами составляет:-3; +7;-3;-3; +7; -3; -3, -3. В этом ряду чувствуется совершенно определенный ритм.

Если прочесть конечные цифры ответов при умножении на 7 в обратном порядке, то мы получаем конечные цифры от умножения на 3. Даже в начальной школе можно развить навык наблюдения за математическими закономерностями.

2.2 Формирования эвристических приёмов при обучении математике школьников 5-6-х классов

По мнению многочисленных исследователей (П.Я. Гальперин, И.Я. Лернер), именно творческая или «проблемная познавательная задача» является формой передачи опыта эвристической деятельности, основным средством формирования творческого мышления. Сущность такой задачи состоит в том, что на основе некоторых данных в условии задачи, предъявляемых явно или предполагаемых известными ученику, и требований задачи, решающий должен разрешить проблему, найти искомое. И.И. Ильясов дает такую характеристику типовых, выводных и творческих задач [19]: «... Задачи, которые приходится решать человеку, могут быть такими, что их можно решить путем простого воспоминания и применения знаний о способе их решения. В этом случае задача является типовой, стандартной... Если же формула решающему неизвестна, то задача приобретает уже другой характер. Сначала надо найти нужную формулу. Поиск может осуществляться либо путем выведения из каких-то других общих знаний, либо путем угадывания, пробами и ошибками и т.п. В первом случае задача является вводной, во втором - творческой…»

Рассмотрим теперь различные эвристические приемы, используемые при решении творческих задач. К эвристическим приемам мы относим приемы второго этапа решения творческих задач. Приемы 1-го и 3-го этапов достаточно стандартны и используются в обучении с первых уроков в первом классе. Заметим также, что творческие задачи встречаются во многих сборниках как учебного, так и развлекательного плана. Мы в своей работе смещаем акцент на характеристику эвристических приемов, используемых при решении творческих задач.

Система творческих задач, нацеленная на формирование приёмов эвристической деятельности учащихся 5-6 классов, представляет собой пять групп задач. Каждая группа включает серию задач, направленную на формирование определённого эвристического приёма. В каждой последующей группе возможно использование приёмов, введённых в предыдущих группах.

I группа - задачи на формирование эвристического приёма выдвижения гипотез.

II группа - задачи на формирование эвристического приёма моделирования с помощью прямой, таблиц или графов.

III группа - задачи на формирование эвристического приёма конкретизации условия.

IV группа - задачи на формирование эвристического приёма переструктурирования условия задачи.

V группа - задачи на формирование эвристического приёма разбиения задачи на части.

Группы задач вводятся последовательно, таким образом, последовательно происходит знакомство с различными эвристическими приёмами. Причем в задачах последующей группы возможно применение приёмов, освоенных в предыдущих группах.

Приемы работы с гипотезами (выдвижения любых гипотез, их проверка, анализ).

Этот прием подробно исследовался в работах П.Я. Гальперина и В.Л. Даниловой [10]. «Его особенность составляли «бухгалтерия догадок» и систематическая их проверка; каждая догадка немедленно записывалась, потом все они проверялись, строго по очереди, и не только по результату, но и по источнику и по общему значению в системе условий». Обычно, решая задачу на смекалку, учащиеся беспорядочно высказывают гипотезы, тут же бегло их проверяют, часто не доведя проверку до конца перескакивают с одной гипотезы на другую, многократно возвращаются к уже предложенным, проверенным и отвергнутым гипотезам. Прием фиксации и последовательной проверки любых, даже самых невероятных гипотез, воспитывает систематичность мышления и, вместе с тем, повышает эффективность поискового процесса. Кроме того, следует заметить, что иногда гипотезы, возникающие сразу уже в ходе анализа являются несостоятельными, а «случайные идеи», кажущиеся абсурдными, могут оказаться правильными или полезными. Рассмотрим реализацию этого приема на примере конкретной задачи.

Задача. Некий человек должен был перевезти в лодке через реку волка, козу и капусту. В лодке мог поместиться только один человек, а с ним или волк, или коза, или капуста. Но если оставить волка с козой без человека, то волк съест козу; если оставить козу с капустой, то коза съест капусту. Человек все - таки перевез свой груз через реку. Как он это сделал?

Решение. 1 - ый этап - анализ условия задачи: учитель предлагает следующие вопросы: «Что известно в задаче?», «Что требуется узнать?», «Можно ли перевезти всех за один рейс?»

2 - этап - поиск решения.

Учитель: С чего можно начать переправу?

Далее все предположения детей записываются на доске.

а) перевезти капусту,

б) перевезти волка,

в) перевезти козу

Учитель: Мы выписали несколько предположений - гипотез, которые необходимо проверить. Проверяем гипотезу а). Можно ли перевезти капусту?

Ученик: Нет, т.к. волк съест козу.

Учитель: Значит предложение а) неверно, его можно вычеркнуть. Проверяем гипотезу б). Можно ли перевезти волка?

Ученик: Нет, т.к. коза без присмотра съест капусту.

Учитель: Значит, предположение б) неверно, его можно вычеркнуть. Проверяем гипотезу в). Можно ли перевезти козу?

Ученик: Можно, волк не съест капусту.

Учитель: Итак, гипотеза в) верна: первым рейсом человек перевезет козу. Что же дальше? Что можно перевести вторым рейсом? Выпишем все предложения.

а) перевезти капусту

б) перевезти волка

…………………..

д) увезти козу

Аналогично, все гипотезы проверяются в строгом порядке. К вычеркнутым гипотезам не возвращаемся. У учащихся возникают две гипотезы а) и б). Когда же проверка показывает их несостоятельность, возникают различные предложения, в которых учащиеся пытаются обойти конфликт. Решение заходит в тупик. Поэтому следующим шагом может служить анализ отвергнутых гипотез.

Учитель: У нас было выдвинуто множество гипотез, но все они не верны. Что же в этих гипотезах нам мешало? Давайте обсудим неудачу гипотез а) и б).

Ученики: В гипотезе а) коза съест привезенную капусту. Значит капусту нельзя вести. Если бы не было козы, то капусту можно было бы привезти.

В гипотезе б) волк съест козу, поэтому волка нельзя привозить. Вот если бы не было козы, тогда можно было бы привезти волка.

Учитель: Нам все время мешает коза. Что же делать?

Ученики: Увезти козу.

Учитель: Итак, у нас возникла еще одна гипотеза д) увезти козу. Проверим ее.

Дальнейшие рассуждения приводят к правильному результату.

Задача 1. Сколько словарей необходимо переводчику, чтобы он мог переводить с любого из четырех языков - русского, английского, немецкого, французского - на любой другой из этих языков.

Задача 2. Путешественник попал в плен кровожадным дикарям. По законам племени, всякого иностранца спрашивают о цели визита. Если он при этом скажет правду - его съедят, а если солжет - утопят в море. Как путешественнику остаться в живых?

Задача 3. Черепаший разговор. Три черепахи ползут по прямой друг за другом. Первая говорит: «Сзади меня ползут две черепахи». Вторая говорит: «Впереди меня ползёт одна черепаха и сзади одна». Третья говорит: «Впереди меня ползёт одна черепаха и сзади одна». Могло ли такое быть?

Задача 4. На крыльце дома сидят рядом мальчик и девочка. Саша говорит: «Я мальчик». Женя говорит: «Я девочка». Если, по крайней мере, один из детей врет, то кто из них мальчик, а кто девочка?

Задача 5.В этой удивительной стране живут рыцари, все высказывания которых правдивы, и лжецы каждое высказывание которых - ложь. И еще в этой стране бывают гости, в большинстве своем, - нормальные люди, с которыми особенно трудно: они могут говорить правду, но могут и солгать. Внимательный путешественник, однако, всегда может разобраться кто перед ним...

Однажды, прогуливаясь по стране рыцарей и лжецов, я встретил человека, который сказал про себя: «Я - лжец». Кем был тот человек, которого я встретил?

Задача 6. Проводник. В страну рыцарей и лжецов приехал турист. Первый местный житель, которого он встретил, утверждал, что является рыцарем. Турист обрадовался и нанял его себе в проводники. Через некоторое время они встретили еще одного местного жителя. Турист отправил проводника спросить у него рыцарь он или лжец. Проводник вернулся и ответил, что абориген утверждает, что он рыцарь. Кем был проводник, рыцарем или лжецом?

Решение. Предположим, что проводник - лжец, тогда: а) если абориген рыцарь, проводник ответит, что он лжец; б) если абориген лжец, то он все равно скажет, что он рыцарь, а проводник ответит, что он лжец. Если проводник - рыцарь, тогда: а) если абориген рыцарь, проводник ответит, что он рыцарь; б) если абориген лжец, то проводник ответит, что он рыцарь. Следовательно, проводник - рыцарь.

Задача 7. В гостиницу приехал путешественник. У него была цепочка из 7 звеньев. За каждый день пребывания в гостинице он должен расплатиться одним звеном цепочки, но при этом хозяин гостиницы предупредил, что согласен взять не более одного распиленного звена. Какие звенья надо распилить, чтобы прожить в гостинице 7 дней и ежедневно расплачиваться с хозяином?

Решение. Следует распилить третье звено. При этом цепочка распадется на куски, состоящие из одного, двух и четырех звеньев. В первый день он должен отдать одно звено, во второй - два звена, получив при этом в сдачу одно, в третий день вновь одно звено, в четвертый - четыре звена и получить в сдачу обрывки в одно и два звена и далее повторить операции первых трех дней.

Задача 8. Как пересечь пустыню? Путешественник должен пройти по пустыне 80 км. За один день он проходит 20 км и может нести запас пищи и воды на 3 дня. Поэтому он должен делать промежуточные станции с запасами пищи и воды. Может ли он пересечь пустыню за 6 дней?

Задача 9. По обычаю одной восточной страны жене запрещается оставаться без мужа в обществе мужчин. Однажды трем супружеским парам понадобилось переправиться с северного берега реки на южный. Единственное подручное средство - лодка, вмещающая двух человек. В какой последовательности они должны были переправляться, чтобы соблюсти строгий обычай?

Задача 10. В некотором стаде сороконожек и трехголовых драконов всего 26 голов и 298 ног. У каждой сороконожки одна голова. Сколько ног у трехголового дракона?

Задача 11. В клетке находится неизвестное число фазанов и кроликов. Известно, что вся клетка содержит 35 голов и 94 ноги. Узнать число фазанов и кроликов.

Задача 12. В шкафу лежат носки: 10 пар светлых и 10 пар темных носков. Какое наименьшее число носков надо вынуть из шкафа наугад, чтобы среди них нашлась бы пара одного цвета?

Задача 13. Б сенате страны рыцарей и лжецов - 100 сенаторов. Каждый из них либо рыцарь, либо лжец. Известно, что:

1. По крайней мере, один из сенаторов - рыцарь.

2. Из двух произвольно выбранных сенаторов, по крайней мере, один - лжец.

Определите, сколько в сенате рыцарей и сколько лжецов?

Приемы моделирования.

По определению Л.М. Фридмана [18] «моделью некоторого объекта А (оригинала, прототипа) называется объект В, в каком-то отношении подобный (аналогичный) оригиналу А, но отличающийся от него». В нашем случае целью построения модели является «замена А в некотором мысленном (воображаемом) или реальном действии, исходя из того, что В более удобно для этого действия в данных условиях». Иными словами, при решении задач мы будем использовать модели - заместители. А моделированием Л.М. Фридман называет «особую деятельность по построению или выбору модели...» [18]. Все обучение математике связано с изучением различных математических моделей: число, функция, уравнение, геометрические фигуры и т.д. Однако, работая с моделями, изучая их, учащиеся не осознают свою деятельность в этом аспекте. Необходимо «явное введение в содержание обучения понятий... модели и моделирования»; учащиеся должны осознавать сущность и роль моделирования в математике и не только в ней. Школьники должны сами строить модели, сами изучать какие-то явления с помощью моделирования. Это «существенно меняет отношение школьников к учебным занятиям, делает их учебную деятельность более осмысленной и продуктивной». В 5-6-х классах мы предлагаем обучение приемам моделирования на таких доступных и понятных школьникам примерах, как таблицы, схемы, графы...Эти примеры имеют, быть может, не столько математическое, сколько общеинтеллектуальное, эвристическое значение. Рассмотрим различные приемы моделирования на примере конкретных задач.

1. Прием моделирования на полупрямой.

Если в задаче имеется множество объектов и требуется установить взаимоотношение между элементами этого множества (например, временной зависимости), то задачу можно решать на полупрямой.

Задача. На вечеринку собрались четверо друзей: Аня, Вика, Миша и Коля. Коля пришел раньше Ани, но не был первым. Определите в какой последовательности друзья приходили к месту встречи, если Вика пришла последней.

Решение. Построим модель описанной ситуации, считая обычный луч «линией времени». Друзья, пришедшие на вечеринку, обозначатся точками с соответствуюшими буквами. Условимся пришедшего на вечеринку раньше обозначать на полупрямой (первой буквой его имени) левее, пришедшего позже - правее. По порядку каждое условие отмечаем на полупрямой (а- г)

Рис. 3

На рис. 3а показано, что Коля пришел раньше Ани. По рис. 3б мы видим, что кто-то из друзей опередил Колю, а следовательно, и Аню. Появление еще одной правой точки на рис. 3в передает условие «Вика была последней». Тогда придется сделать вывод, что Миша пришел раньше всех. Последовательность явки друзей к месту встречи видна на рис. 3г.

2. Прием моделирования с помощью таблицы.

Если в задаче можно выделить два или несколько различных множеств и в процессе решения необходимо установить соответствие между элементами этих множеств, то при решении задачи можно использовать прием моделирования с помощью таблиц. Поле таблицы представляет собой декартово произведение этих множеств. Количество входов в таблицу определяется количеством выделенных в задаче множеств.

Задача. В одном из московских вузов на разных курсах учатся четыре студента. Определить фамилию, имя, курс, на котором учится каждый студент, если известно, что:

1) Борис прошлую летнюю сессию сдал на отлично;

2) Василий должен был летом ехать на практику в Омск, а Иванов собирался поехать домой в Челябинск;

3) Николай был курсом старше Петра;

4) Борис и Орлов коренные москвичи;

5) Крылов в прошлом учебном году окончил школу и поступил на тот же факультет, на котором учился Зуев;

6) Борис иногда пользовался прошлогодними конспектами Василия.

Решение. Построение модели. В задаче можно выделить три множества: множество имен студентом, множество их фамилий и множество курсов. Таблица с четырьмя входами будет охватывать все возможные соотношения между именем и фамилией, между именем и курсом и между курсом и фамилией.

Если теперь, в соответствии с условием задачи, из таблицы вычеркивать заведомо невозможные пары элементов, можно прийти к решению задачи.

эвристический обучение математика школа

	Фамилия	Курс
	3.	Кр.	Ив.	Ор.	I	II	III	IV
Имя	Б.	+	-	-	-	-	-	+	+
	В.	-	-	-	+	-	-	-	+
	Н.	-	-	+	-	-	+	-	-
	П.	-	+	-	-	+	-	-	-
Курс	I	-	+	-	-
	II	-	-	+	-
	III	+	-	-	-
	IV	-	-	-	+

Отметим в таблице данные из условия задачи.

Борис прошлую сессию сдал на отлично, следовательно, Борис не на 1-ом курсе - в клеточке (Б.,1) ставим прочерк.

Так как Василий летом едет в Омск, а Иванов в Челябинск, то значит фамилия Василия не Иванов - в клеточке (В., Ив.) ставим прочерк.

Так как Николай курсом старше Петра, то значит Николай учится не на 1-ом курсе - в клеточке (Н., 1) ставим прочерк.

Так как Борис и Орлов коренные москвичи, то фамилия Бориса не Орлов - в клеточке (Б., Ор.) ставим прочерк.

Так как Крылов в прошлом году окончил школу, то сейчас он учится на 1-ом курсе - в клеточке (Кр., 1) ставим знак «+». Ясно, что ни Зуев, ни Иванов, ни Орлов тогда не учатся на 1-ом курсе - в этих клеточках ставим прочерки.

Так как Борис пользуется прошлогодними конспектами Василия, то значит Василий на один курс старше Бориса, но мы знаем, что Борис уже не на первом курсе, следовательно, Василий учится не на 1-ом и не на 2-ом курсах - в клеточках (В., 1) и (В., 2) ставим прочерки.

Кроме того, мы знаем, что Иванов из Челябинска, а Борис коренноймосквич, следовательно, Борис не Иванов - в клеточке (Б., Ив.) ставим прочерк. Из таблицы видно, что на 1-ом курсе учится не Борис, не Василий,не Николай, следовательно, на 1-ом курсе учится Петр - в клеточке (П., 1)можно поставить знак «+», а в клеточках (П., 2), (П., 3) и (П., 4) ставим прочерки. Но на 1-ом курсе учится Крылов, значит Петр носит фамилию Крылов - в клеточке (П., Кр.) ставим знак «+». Ясно, что Петр не может быть ни Ивановым, ни Зуевым, ни Орловым, а также Крыловым не могут быть ни Борис, ни Василий, ни Николай - во всех этих клеточках ставим прочерки.

Обратим внимание на столбец «Ив.»: видно, что ни Борис, ни Николай, ни Петр не носят фамилию Иванов, следовательно, Ивановым может быть только Николай - в клеточке (Н., Ив.) ставим знак «+». Тогда ясно, что ни Орлов, ни Зуев не носят имя Николай - в этих клеточках ставим прочерки.

Обратим внимание на столбец «Ор.»: ни Борис, ни Николай, ни Петр не носят фамилию Орлов, значит только Василий может быть Орловым -в клеточке (В., Ор.) ставим знак «+». Но тогда Василий не может быть Зуевым - вычеркиваем эту клеточку. Тогда из таблицы видно, что только Борис может быть Зуевым.

Итак, Петр Крылов учится на 1-ом курсе, но Николай Иванов курсом старше Петра, значит Николай Иванов учится на 2-ом курсе - отметим соответствующие клеточки.

Мы знаем, что Василий Орлов курсом старше Зуева Бориса, значит Зуев Борис учится на 3-ем курсе, а Василий Орлов - на 4-ом. Задача решена. Ответ наглядно представлен в таблице.

3. Прием моделирования с помощью графов.

Ситуации, в которых требуется найти соответствие между элементами различных множеств, можно моделировать с помощью графов. В этом случае элементы различных множеств будем обозначать точками, а соответствия между ними - отрезками. Пунктирные линии будут обозначать известное отсутствие соотношений.

Задача. Три товарища - Иван, Дмитрий и Степан преподают различные предметы (химию, биологию и физику) в школах Москвы, Тулы и Новгорода. О них известно следующее:

1) Иван работает не в Москве, а Дмитрий - не в Новгороде;

2) москвич преподает физику;

3) тот, кто работает в Новгороде, преподает химию;

4) Дмитрий и Степан преподают не биологию;

Какой предмет, и в каком городе преподает каждый?

Решение. В задаче можно выделить три множества: учебных предметов, городов, учителей. Каждое множество содержит по три элемента. Обозначим их точками - вершинами графа (рис. 4).

Рис. 4

В зависимости от условий задачи будем соединять точки отрезками, если имеет место соответствие между данными элементами, или пунктирной линией, если соответствия нет.

Задача сводится к нахождению на графе трех сплошных треугольников с вершинами в разных множествах (на доске и в тетради их можно выделить разными цветами).

Так, используя условие 1), проведем пунктирную линию, соединяющую объекты Иван и Москва, Дмитрий и Новгород.

В соответствии с условием 2) соединим сплошной линией вершины Москва и физика, а условие 3) выразим сплошной линией от точки Новгород до точки химия.

Дмитрий и Степан преподают не биологию, соединим соответствующие вершины пунктирными линиями. Кто же преподает биологию? Если это не Дмитрий и не Степан, то получается, что биологию преподает Иван. Эти объекты соединяет сплошная линия.

Где же живет преподаватель биологии? Известно, что химик живет в Новгороде, а физик в Москве, следовательно, биолог живет в Туле. Обратим внимание на треугольник, образованный вершинами Иван, Тула, биология: в нем есть две сплошные стороны, значит, третью сторону также можно выделить сплошной линией. В самом деле, если Иван преподает биологию, а биолог живет в Туле, то Иван живет в Туле.

Что известно про Дмитрия? Дмитрий не живет в Новгороде (по условию) и не живет в Туле (там живет Иван), значит, Дмитрий живет в Москве - проведем соответствующую сплошную линию. Но москвич преподает физику - эта линия тоже сплошная. В треугольнике с вершинами в точках Дмитрий, Москва и физика две стороны сплошные, следовательно, третью сторону тоже можно выделить сплошной линией.

Что же известно про Степана? Степан не живет в Туле (там живет Иван) и не живет в Москве (там живет Дмитрий), следовательно, Степан живет в Новгороде - проведем сплошную линию. Но тот, кто живет в Новгороде, преподает химию - эта линия тоже сплошная. Так появляется третий треугольник из сплошных линий.

Ответ указан на графе треугольниками. Задача решена.

4. Приемы моделирования с помощью блок-схемы.

Если в задаче необходимо рассмотреть различные варианты ситуации, проанализировать их и сделать соответствующие выводы, такую ситуацию можно наглядно представить блок-схемой, где каждый шаг в рассуждении выделен отдельным блоком (прямоугольником).

Задача. На некотором острове отдельными селениями живут «правдолюбы» и «шутники». «Правдолюбы» всегда говорят только правду, а «шутники» постоянно шутят, а поэтому всегда лгут. Жители одного племени бывают в селении другого племени, и наоборот. В одно из селений попал путешественник, но не знает в какое. Доказать, что путешественнику достаточно первому встречному задать вопрос: «Вы местный?», чтобы по ответу определить, в селении какого племени он находится.

Решение. Путешественник может попасть или в селение «правдолюбов», или в селение «шутников» - появляются два различных варианта. В селении «правдолюбов» путешественник может встретить как «правдолюба», так и «шутника». Аналогично, в селении «шутников» путешественник может встретить как «шутника», так и «правдолюба». Возможных вариантов стало уже четыре (рис. 5).

Рис. 5

Блок-схема позволяет их представить наглядно и заметить, что положительный ответ в любом случае возможен только в селении «правдолюбов», а ответ «нет» - только в селении «шутников».

На этих примерах моделей (полупрямая с точками, таблица, граф, блок-схема) отчетливо видна «главная эвристическая функция» моделей (Д.Б. Богоявленская [6] - порождающая, т.е. с модели «как бы считывается тот или иной принцип решения (идея, гипотеза, концепция)».

Задача 1. Жители города А говорят только правду, жители города Б - только ложь, а жители города В - попеременно правду и ложь (то есть из двух утверждений, высказанных ими, одно истинно, а другое ложное).

Дежурному по пожарной части по телефону сообщили:

- У нас пожар, приезжайте скорее!

- Где? - спросил дежурный.

- В городе В, - ответили ему.

Куда должна ехать пожарная машина?

Задача 2. На четырех полках стояло 264 книги. Когда с первой полки сняли 16, со второй переставили на третью 15, а на четвертую поставили 12 книг, то на всех полках книг оказалось поровну. Сколько книг было на каждой полке первоначально?

Задача 3. Купили 60 тетрадей, причем тетрадей в клетку было в два раза больше, чем тетрадей в линейку. Сколько частей приходится на тетради в линейку; на тетради в клетку; на все тетради? Сколько купили тетрадей в линейку? Сколько в клетку?

Задача 4. Мама дала своим детям конфеты: дочери половину всех конфет и еще одну конфету, сыну половину остатка и еще 5 конфет. Сколько всего конфет мама дала детям?

Задача 5. В нашем классе есть певцы и танцоры. Известно, что 1/5 всех певцов еще и танцует, а 1/4 танцоров еще и поет. Кого у нас в классе больше: певцов или танцоров?

Задача 6. Летит стая гусей и навстречу ей один гусь.

- Здравствуйте сто гусей! - сказал гусь.

- Нас не сто, - ответил вожак стаи. - Вот если бы нас было еще столько, да полстолька, да четверть столько, да еще один гусь - вот тогда бы нас было сто гусей.

Сколько гусей было в стае?

Задача 7. В соревнованиях по гимнастике Аня, Галя, Лера и Наташа заняли первые четыре места. Определите, кто какое место занял, если известно, что Галя вторая, Наташа, хоть и не стала победителем, но в призеры попала, а Лера проиграла Ане.

Задача 8. В бутылке, стакане, кувшине и банке находятся молоко, лимонад, квас и вода. Известно, что

- вода и молоко не в бутылке;

- сосуд с лимонадом стоит между кувшином и сосудом с квасом;

- в банке не лимонад и не вода;

- стакан стоит между банкой и сосудом с молоком.

В каком сосуде находится какая из жидкостей?

Задача 9. Алеша, Боря и Витя учатся в одном классе. Один ездит домой из школы на автобусе, другой - на трамвае, третий - на троллейбусе. Однажды, после уроков, Алеша пошел проводить друга до остановки автобуса. Когда мимо них проходил троллейбус, третий друг крикнул из окна: «Боря, ты забыл в школе тетрадь!» Кто начем ездит домой?

Прием конкретизации задачи.

Прием конкретизации задачи «состоит в нахождении более частной задачи путем введения дополнительных видовых свойств явлений и конкретных примеров общей задачи» (И.И. Ильясов [19]). Рассмотрим этот прием на конкретных примерах задач.

Задача. Три ученицы - Галя, Лида и Наташа - в соревнованиях по гимнастике заняли три первых места. Когда же девочек спросили, кто из них занял первое место, они ответили так:

Галя: Я заняла первое место.

Лида: Я заняла не первое место.

Наташа: Я заняла не третье место, однако, вы учтите, что один из ответов моих подруг правильный, а другой - неправильный.

Кто занял в соревнованиях первое место, если Наташин ответ во всем правдив?

Решение. Итак, Наташин ответ правдив, значит, Наташа заняла не третье место, а первое или второе. Проанализируем ответы других девочек. Галя сказала, что заняла первое место. Правдив ли ее ответ? Это не известно. Конкретизируем задачу: пусть Галя сказала правду. Тогда Галя заняла первое место. В этом случае по условию задачи, Лида сказала неправду. Т.е. не верно, что Лида заняла не первое место. Следовательно, Лида заняла первое место. Но тогда получилось, что и Галя, и Лида заняли первое место, что противоречит условию. Выполним конкретизацию по-другому: пусть Галя сказала неправду. Т.е. неверно что, что Галя заняла первое место. Следовательно, Галя заняла второе или третье место. Тогда, в соответствии с условием задачи, известно, что Лида сказала правду, т.е. Лида также заняла не первое место, а второе или третье. Тогда получим, что первое место заняла сама Наташа.

Используем прием конкретизации в более сложных задачах.

Задача. Четыре ученицы - Мария, Нина, Ольга и Поля - участвовали в лыжных соревнованиях и заняли четыре первых места. На вопрос, кто какое место занял, они дали три разных ответа:

1) «Ольга заняла первое место, Нина - второе»;

2) «Ольга - второе, Поля - третье»;

3) «Мария - второе, Поля - четвертое».

Отвечавшие при этом признали, что одна часть каждого ответа верна, а другая - неверна. Какое место заняла каждая из учениц?

Решение. Проанализируем ответы девочек.

1) «Ольга заняла первое место, Нина - второе».

Что здесь истина? Неизвестно. Конкретизируем условие: пусть первая часть ответа - истина, а вторая часть - ложь. Исходя из этого, запишем предполагаемые истинные и ложные высказывания в табл. Теперь легко видеть, что в правом столбце таблицы оказалось два противоречивых утверждения: Ольга и Нина не могут одновременно занимать второе место. Значит, хотя бы одно из этих высказываний действительно ложное.

Истина	Ложь
Ольга - I место; Поля -III место; Мария - II место	Нина - II место; Ольга -II место; Поля - IV место

Но никаких противоречий мы не видим в левой колонке. Это помогает нам быстро получить решение. Итак, в левой колонке отражены истинные места, завоеванные девочками, а Нине осталось четвертое место.

Строго говоря, это решение неполное, так как мы не доказали, что других ответов быть не может. Для этого надо продолжить конкретизацию. Предположим, что первая часть ответа 1) неверна. Это означает, что верно следующее предположение:

«Ольга заняла не первое место, а Нина - второе». Но тогда ложна первая часть ответа 2), а значит, то, что Поля на третьем месте - истина. Но тогда из ответа 3) получится, что Мария - на втором месте, как и Нина. А это противоречит условию задачи.

Других конкретизаций рассматривать нет смысла, так как любая конкретизация предложения 2) или 3) диктует истинность или ложность первой или второй части в предложении 1), которые уже обеспечили получение ответа. Значит, найденный ранее ответ единственный.

Задача 1. Четверо ребят - Игорь, Сережа, Миша и Юра - играли во дворе в футбол и разбили окно.

- Кто разбил окно? - спросила тетя Даша.

- Окно разбил или ваш Юра, или Миша, - сказал Сережа.

- Я окно не разбивал, - возразил Юра.

- Это сделал Миша, - сказал Игорь.

- Нет, Игорь, ты ошибся, - заметил Миша.

- Ну, что задали они тебе задачу? - сказал дядя Вася, наблюдавший эту беседу. - Могу еще добавить, что трое из этих футболистов всегда говорят только правду. А вот четвертого я плохо знаю.

Кто разбил окно? С кем из ребят дядя Вася был мало знаком?

Задача 2. Одним из трех братьев поставил на скатерть кляксу.

- Кто испачкал скатерть? - спросила бабушка.

- Витя не ставил кляксу, - сказал Алеша. - Это сделал боря.

- Ну, а ты что скажешь? - спросила бабушка Борю.

- Это Витя поставил кляксу, - сказал Боря. - А Алеша не пачкал скатерть.

- Так я и знала, что вы друг на дружку сваливать будете, - рассердилась бабушка. - Ну, а какой твой ответ? - спросила она Витю.

- Не сердись, бабуля! Я знаю, что Боря не мог это сделать. А я сегодня не готовил уроки, - сказал Витя.

Оказалось, что двое мальчиков в каждом из двух своих заявлений сказали правду, а один оба раза сказал неправду. Кто поставил на скатерть кляксу?

Задача 3. Кто украл чемодан? Один из четырех гангстеров украл чемодан с деньгами. На допросе Алекс сказал, что чемодан украл Луи, Луи утверждал, что виновник Том, Том заверял следователя, что Луи лжет. Жорж настаивал только на том, что он не виноват. В ходе следствия выяснилось, что только один из гангстеров сказал правду. Кто?

Задача 4. Кто участвовал в ограблении? Известно, что из шести гангстеров ровно двое участвовали в ограблении. На вопрос, кто участвовал в ограблении, они дали следующие ответы:

Гарри: Чарли и Джордж.

Джеймс: Дональд и Том.

Дональд: Том и Чарли.

Джордж: Гарри и Чарли.

Чарли: Дональд и Джеймс.

Поймать Тома не удалось. Кто участвовал в ограблении, если известно, что четверо из гангстеров верно назвали одного из участников ограбления, а один назвал неверно оба имени?

Задача 5. Дело Брауна, Джонса и Смита. Один из них совершил преступление. В процессе расследования каждый из них сделал по два заявления:

Браун: 1. Я - не преступник. 2. Джонс - тоже.

Джонс: 1. Браун - не преступник. 2. Преступник - Смит.

Смит: 1. Преступник - Браун. 2. Я - не преступник.

В процессе следствия было установлено, что один из них дважды солгал, другой дважды сказал правду, а третий - один раз солгал и один раз сказал правду. Кто совершил преступление?

Задача 6. В царстве царя Гороха прошла молва, что убит, наконец-то, Змей-Горыныч. Царь Горох знал, что это мог сделать один из богатырей русских: Илья Муромец, Добрыня Никитич, или Алеша Попович. И, призвав их на двор свой, стал царь спрашивать. Трижды каждый богатырь речь держал и сказали они так: Илья Муромец:

1) Не я убил Змея Горыныча.

2) Я уезжал в заморские станы.

3) Змея Горыныча убил Алеша Попович.

Добрыня Никитич:

1) Змея Горыныча убил Алеша Попович.

2) Если бы я убил его, то не сказал бы.

3) Много еще нечистой силы осталось.

Алеша Попович:

1) Не я убил Змея Горыныча.

2) Я давно ищу какой бы подвиг совершить.

3) И взаправду уезжал Илья Муромец в заморские страны.

Кто убил Змея, если только два раза сказал каждый богатырь правду, а один раз слукавил?

Задача 7.. Браун, Джонс и Смит - свидетели ограбления банка. Браун показал, что преступники скрылись на синем «Бьюике». Джонс утверждал, что это был черный «Крайслер», а Смит, что это был «Форд», но не синий. По рассеянности, каждый из них указал правильно либо только марку, либо только цвет машины. На какой машине уехали преступники?

Прием переструктурирования задачи.

Прием переструктурирования задачи, по словам И.И. Ильясова [19] заключается в изменении «расположения уже имеющихся элементов как путем извлечения соотношений между ними в новой диспозиции, так и перестановкой или перегруппировкой этих элементов».

Рассмотрим прием переструктурирования явлений за счет перестановки элементов.

Задача.

Акробат и собачонка

Весят два пустых бочонка.

Шустрый пес без акробата

Весит два мотка шпагата.

А с одним мотком ягненок

Весит, видите, бочонок.

Сколько весит акробат

В пересчете на ягнят?

Решение. Изобразим условие задачи наглядно, обозначив акробата буквой А, собачонка буквой С, ягненка буквой Я, бочонки и мотки шпагата соответствующими изображениями (рис. 6).

Рис. 6

Элементы из третьего равенства переставим в первое условие, заменив каждый бочонок ягненком с мотком шпагата.

В равенство А+С=Я+ +Я+ подставим элементы второго условия, т.е. заменим два мотка шпагата собаченкой.

А+С=2Я+С

Итак, А = 2Я, акробат весит столько же, сколько и два ягненка. Задача решена.

Задача 1. Алеша и Боря вместе весят 82 кг, Алеша и Вова весят 83 кг, Боря и Вова весят 85 кг, Сколько весят вместе Алеша, Боря и Вова?

Задача 2. Четверо купцов имеют некоторую сумму денег. Известно, что сложившись без первого, они соберут 90 рублей; сложившись без второго - 85 рублей; сложившись без третьего - 80 рублей; сложившись без четвертого - 75 рублей. Сколько у кого денег?

Задача 3. Бегемот весит в 2 раза меньше, чем слон и в 4 раза больше, чем жираф, а жираф на 450 кг больше весит, чем зебра. Какой вес имеет каждое из названных животных, если зебра весит в 30 раз меньше, чем бегемот и слон вместе?

Задача 4. Помещик, рассчитав, что корова стоит вчетверо дороже собаки, а лошадь вчетверо дороже коровы, захватил с собой в город 20 рублей и на все эти деньги купил собаку, две коровы и лошадь. Сколько стоит каждое из купленных животных?

Задача 5. Сколько человек в бригаде, если средний возраст всех членов бригады 25 лет, бригадиру 45 лет, средний возраст членов бригады без бригадира 23 года?

Задача 6. Лев старше дикобраза в два с половиной раза. По сведениям удода тому назад три года. В семь раз лев старше был, чем дикобраз. Учтите все и взвесьте сколько же им вместе? Позвольте мне спросить у вас.

Задача 7. - Я на два года старше льва, - сказала мудрая сова.

- А я в два раза младше вас, - сове ответил дикобраз.

Лев на него взглянул и гордо молвил, чуть наморща нос:

- Я старше на четыре года, чем вы почтенный иглонос.

А сколько всем им вместе лет? Проверьте дважды свой ответ.

Задача 8. Объем двух кадушек равен объему большой и маленькой канистры. Объем маленькой канистры равен объему двух фляжек. А объем одной фляжки и бочонка равен объему одной кадушки. Сколько потребуется бочат, чтобы перелить в них воду из большой канистры?

Прием разбиения задачи на части.

В случае, когда в задаче можно выделить такие части, которые составляют самостоятельные задачи, то можно сформулировать их отдельно в виде подзадач и решить по очереди.

Задача. Заспорили три мудреца о том, кто из них самый мудрый. Наконец, они обратились к судье, славившемуся своей мудростью. «Скажи нам, справедливейший из судей, кто из нас самый мудрый?»

Задумался судья, а потом и говорит: «Вот перед вами лежат 5 тюбетеек: 3 из красного бархата, а 2 - из черного. Сейчас вам завяжут глаза и наденут тюбетейки на головы. Когда повязки с ваших глаз снимут, самый мудрый из вас скажет, какая тюбетейка у него на голове».

Так и сделали. Сняли повязки с глаз: видит каждый перед собой красные тюбетейки на головах товарищей, а какая на своей голове - не знает. Наконец, один мудрец сказал: «О справедливейший из судей! Ты велел надеть на меня красную тюбетейку».

«Вот ты и есть самый мудрый из вас троих» - решил судья.

Как мудрец догадался, что на нем красная тюбетейка?

Решение. Так как всего было 5 тюбетеек:

3 красные и 2 черные, то возможны три различных варианта:

а) на трех мудрецов надели 2 черные и 1 красную тюбетейку;

б) на трех мудрецов надели 1 черную и 2 красные тюбетейки;

в) на трех мудрецов надели 3 красные тюбетейки.

Каждый случай можно рассмотреть отдельно. Причем любая предыдущая подзадача помогает разобраться в последующей подзадаче.

В случае а) кто-то из мудрецов увидел бы или 2 черные тюбетейки (если на нем самом была красная), или 1 черную (если на нем была черная). А это противоречит условию, где сказано, что каждый увидел только красные тюбетейки.

В случае б) любой из собратьев обладателя черной тюбетейки увидел бы ее. А это тоже противоречит условию.

Остается случай в). К нему можно прийти без всяких дополнительных рассуждений.

Но тот, кто догадался о цвете своей тюбетейки, не знал, что каждый из спорщиков увидел только красные тюбетейки. Он мог предполагать, что на нем - черная. Но ему подсказало верный ответ молчание товарищей. Если бы кто-то из них увидел два черных головных убора, то сразу бы дал верный ответ относительно себя. Но молчание обоих свидетельствовало о том, что любой из них сомневался относительно того, какая тюбетейка у него на голове. А это могло быть только тогда, когда каждый увидел две красные тюбетейки.