Продолжение. См. № 17, 18, 19, 20/05
Итоговая работа. В качестве итоговой работы засчитывается разработка занятий по одной из тем школьной физики, выполненная в соответствии с изученными методологическими подходами к обучению: дискретным, системно-функциональным, системно-структурным, системно-логическим, демонстрационно-техническим и задачным. На основе этой разработки должны быть составлены краткий отчёт о проведении 2–3 занятий и справка из учебного заведения (акт о внедрении), которые следует отправить в Педагогический университет не позднее 28 февраля 2006 г. вместе с копией конспекта одного из занятий или части разработанных материалов.
План лекции
1. Теоретические основы системно-структурного подхода.
2. Примеры реализации системно-структурного подхода.
3. Заключительные замечания.
Название обсуждаемого психодидактического подхода включает в себя два объединённых термина – система и структура. Рабочим определением системы для нашей методики выберем следующее: система – это совокупность связанных между собой элементов, совместно выполняющих общую функцию. Для выполнения этой общей функции и предназначено существование системы: система зажигания в автомобиле, система кровоснабжения в живом организме, корневая система растений, система государственного управления, методическая система в процессе обучения и др. Система имеет сложное строение и состоит из элементов. Для достижения общей цели каждый элемент выполняет свою роль, свою функцию, но для этого он должен быть взаимосвязан с остальными элементами определёнными отношениями. Набор элементов и связи между ними образуют структуру системы. Каждый из элементов, в свою очередь, может сам иметь свои элементы, которые также взаимосвязаны как с внешними, так и с внутренними элементами. Итак, все элементы системы определённым образом взаимосвязаны. Эти связи имеют свою направленность и логику и взаимно соподчинены. Они образуют сложную иерархическую структуру.
Основоположниками системного подхода в науке являются Л.Берталанфи, В.Н.Садовский, Э.Г.Юдин [1–4]. В педагогике идею системно-структурного подхода впервые предложила профессор МГПИ им. В.И.Ленина Т.А.Ильина (она называла его структурно-системным) [5, 6].
Основной целью любых научных дидактических работ является поиск путей реализации принципов обучения, одним из которых является принцип системности.
Системно-структурный подход – это подход, связанный с анализом общей структуры состава знания учебного предмета, выделением его элементов и их функций, систематизацией по общности функций и классификацией в соответствии со структурой изучаемых теорий. Данную идею выдвинула Л.Я.Зорина в 1978 г. [7] и дала определение: системными называются знания, адекватные структуре научной теории. Нам удалось построить технологию системного усвоения знаний, включающую в себя четыре методологических подхода: дискретный, системно-функциональный, системно-структурный, системно-логический. После реализации первых двух подходов (дискретного и системно-функционального) появляется возможность расположить все элементы изучаемого материала в логике структуры рассматриваемой научной теории. Любая научная теория может зародиться только в том случае, если исследователь столкнётся с новыми неизвестными ранее научными фактами, которые не могут быть объяснены с позиций уже существующих теорий. Появляется необходимость выдвижения принципиально новой гипотезы, которая бы объяснила данные факты. После экспериментального подтверждения гипотезы начинается переход к количественному этапу изучения явления. Для этого надо выбрать идеальный объект, наделённый минимумом только лишь существенных свойств. Затем вводятся величины, позволяющие делать измерения. Между измеряемыми параметрами устанавливаются количественные соотношения, зависимости, называемые законами. Выявление законов позволяет управлять изучаемыми явлениями и ставить их на службу человека, найдя им практическое применение.
Таким образом, в содержании знания по физике целесообразно выделить девять элементов.
1. Физическое явление. Функцией физических явлений, включённых в содержание образования и изложенных в школьном учебнике, является то, что они служат объектом учебного познания и усвоения для учащихся. На их базе осуществляется воспитание и развитие учащихся.
2. Физическая теория. Функция физической теории заключается в объяснении физических явлений, предсказании их протекания, поиске количественных характеристик, выявления закономерностей и возможных путей использования.
3. Научный факт. Построение физической теории начинается со сбора научных фактов. Их функция в системе физического знания заключается в том, что они служат экспериментальным основанием для развития теории.
4. Гипотеза (научное предположение). Функция гипотезы состоит в том, что она даёт объяснение конкретно установленным фактам.
5. Идеальный объект (модель). Функция идеальных объектов – абстрагирование от несущественных свойств изучаемых явлений и концентрация внимания на существенных свойствах.
6. Физическая величина. Функция физической величины заключается в том, что она является количественной характеристикой физических явлений и служит для измерения.
7. Закон (вербальное, графическое или аналитическое представление элементов знания, выражающее устойчивые повторяющиеся связи между физическими явлениями или величинами). Функция закона – установление связей, взаимозависимостей, знание которых позволяет управлять физическими процессами.
8. Практическое применение. Функция – нахождение способов практического применения положительных проявлений изучаемого явления и способов борьбы с его негативными проявлениями. Это конечная цель научного познания.
9. Задачи. Функция – моделирование в учебных целях явлений и ситуаций, протекающих в природе или в создаваемых человеком установках.
Выявление функций элементов знания и систематизация по их общности даёт возможность разработать технологию усвоения знаний, решающую многие психологические и дидактические задачи обучения (см. схему).
В той же логике, в которой разрабатывается научная теория, целесообразно построение и процесса обучения. Изучаемый материал анализируется в процессе реализации дискретного подхода, выявляются элементы знания, устанавливаются их функции. Осуществляется систематизация по общности функций в процессе системно-функционального подхода, после чего элементы знания заносятся в соответствующую колонку специальной таблицы (структурной схемы), в результате чего они выстраиваются в логике, соответствующей логике изучаемой научной теории: научные факты, гипотезы, идеальные объекты, величины, законы, практическое применение. Это материализуется в структурной схеме. Аналогичным образом может быть рассмотрено любое изучаемое явление, что позволят решить глобальную дидактическую проблему обучения учащихся структуре научной теории. Теория и технология системно-структурного подхода изложена в работах А.Н.Крутского, О.В.Аржанниковой, О.С.Косихиной [8–11].
Разбиение знаний на элементы даёт возможность разворачивать учебную работу по трём направлениям: 1) изучение каждого конкретного элемента знания в логике, представленной учебником, путём записи его в виде вопроса и ответа – дискретный подход; 2) выявление состава знания о системе элементов, имеющих одинаковые функции, и разработка технологии их усвоения – системно-функциональный подход; 3) представление изучаемого материала в соответствии с логикой изучаемой научной теории – системно-структурный подход.
Научную теорию, преобразованную и адаптированную к школьному учебному процессу, будем называть учебной теорией (по Т.Бабенковой). Приведём структурную схему из раздела физики 7-го класса «Равномерное прямолинейное движение» и текст рассказа к ней.
Структурная схема по теме «Равномерное прямолинейное движение»
Рассказ. Что такое движение? Рассмотрим ряд различных физических тел: дом, дерево, Луну, собаку, кошку, автомобиль. Запомним их взаимное расположение (см. колонку «Факты» в структурной схеме). Посмотрим на те же предметы через несколько часов. Можно отметить, что положение одних тел относительно других менялось, а других – не менялось. Примем за тело отсчёта дом, который будем считать неподвижным. За эти несколько часов по отношению к дому переместились Луна, кошка, собака, автомобиль. Но положение дерева относительно дома осталось тем же самым. Будем считать дерево неподвижным, а все остальные тела – способными двигаться. Таким образом, механическим движением будем называть изменение положения одних тел относительно других.
Для установления законов, по которым происходит механическое движение тел, проведём эксперимент. Поставим на тележку капельницу и с помощью груза добьёмся того, чтобы тележка приходила в движение только при внешнем толчке и достигала бы края стола. Проделав опыт несколько раз с различными промежутками времени падения капель, мы увидим, что во всех случаях за одинаковые промежутки времени, измеряемые по следам капель, тележка проходит одинаковые расстояния. Назовём такое движение равномерным. Дадим определение: «Равномерным движением называется такое движение, при котором тело за любые одинаковые промежутки времени проходит одинаковое расстояние».
Проделаем опыт ещё раз (или воспользуемся результатами одного из предшествующих опытов). Измерим путь, который проходит тележка за один, два, три и т.д. промежутка времени. Заметим, что за время t тележка проходит путь s; за время 2t – путь 2s; за время 3t – путь 3s и т.д.:
Отношение пройденного пути ко времени
остаётся постоянным. Что характеризует это
постоянное отношение? Характеризует ли оно путь?
Нет – путь менялся, а это отношение не менялось.
Характеризует ли оно время? Нет – время менялось,
а отношение не менялось. А что в данном опыте не
менялось? Не менялся характер движения тела.
Данное тело в своём движении имеет какое-то
постоянное свойство. Назовём это свойство
скоростью и обозначим буквой 
: = s/t.
(Далее следует привести весь стандартный состав знания о физической величине, сформированный нами в соответствии с системно-функциональным подходом. Предоставляем возможность сделать это самостоятельно. Для объяснения причин равномерного движения следует выдвинуть гипотезу. Имеет смысл забежать вперёд и опереться на положения, которые в будущем мы будем называть первым законом Ньютона.)
Равномерно движение совершается тогда, когда действие на тело внешних сил отсутствует или же действие различных сил скомпенсировано. В данном случае сила трения, действующая на тележку, скомпенсирована силой натяжения нити. Для абстрагирования от излишней сложности в изучении движения заменим реальные тела идеальными – материальной точкой.
Формула скорости позволяет получить
ещё два выражения, носящих функции законов: s = t, t = s/. Эти формулы принципиально отличаются
от определяющей формулы скорости. В формуле
скорости величина, стоящая в левой части
равенства (скорость), не зависит от величин,
стоящих в правой части равенства. С изменением
времени во столько же раз изменяется и
пройденный путь, но их отношение остаётся
постоянным. В этих же двух формулах величина,
стоящая в левой части равенства, зависит от
величин правой части. Чем больше скорость, тем
больше путь; чем больше время, тем больше путь;
чем больше путь, тем больше время; чем больше
скорость, тем меньше время. То есть эти две
формулы выражают зависимость одних величин от
других, а это и есть функция законов.
Любая научная теория имеет своей конечной целью применение на практике её результатов. Последняя колонка «Применение» имеет следующую структуру:
1. Сначала излагается применение научной теории для расчётов. В данном случае это расчёт пути, времени и скорости.
2. Далее приводятся примеры положительных проявлений в быту и технике изучаемого явления: равномерно движутся эскалатор метро, лента транспортёра и т.д.
3. Каждое явление имеет и негативные стороны, которые следует компенсировать. В данном случае груз в кузове автомобиля следует закреплять, чтобы он не перемещался во время движения.
4. Далее учащимся предлагается привести свои примеры изученных явлений.
Системно-структурный подход позволяет избавиться от традиционного попараграфного изучения материала, имеющего низкий эффект. Оптимальной единицей знания является учебная теория с входящими в неё фактами, гипотезами, идеальными объектами, величинами, законами и практическим применением. Идея системно-структурного подхода исходит из идеи подхода системно-функционального в применении к самому обширному элементу знания – теории. Систематизируя и сравнивая различные научные теории, учащиеся могут увидеть их аналогичную структуру. Любая научная теория начинается со сбора научных фактов, которые требуют объяснения посредством гипотез. Затем идёт выбор идеального объекта (модели), величин и выявление законов. Познание законов даёт возможность практического применения знаний о явлении природы или жизни общества.
По такой же логике должен разворачиваться и учебный процесс. Единственным средством, дающим возможность выполнить требования дидактики – знакомить учащихся со структурой научного знания, является организация процесса обучения в соответствии с этой структурой. Учащиеся могут изучить множество фактов, величин, законов, но осознание их функций и места в научной теории не приходит автоматически.
Здесь заложен принцип доминирования логики и структуры по отношению к содержанию. Содержание накладывается на логику посредством структурной схемы. Изучение начинается с вычерчивания сетки структурной схемы. Занесение в неё получаемых элементов знания осуществляется постепенно, по мере их введения. Практика показала, что единственный способ обучить структуре знания – это выстраивать знания в соответствии с их логикой и структурой. Каждый элемент знания, информацию о котором учащиеся добывают на уроке, заносится в соответствующую графу структурной схемы. Можно изучать сколько угодно законов, но учащиеся не осознают их до тех пор, пока в процессе их получения не будут выявлены их функции, не введён соответствующий термин и они не будут занесены в схему в колонку «законы».
Желательно не давать структурную схему учащимся в готовом виде, а строить её по мере раскрытия теории на уроке. Анализ материала и представление его в виде структурной схемы обеспечивает понимание структуры научного знания. После завершения схемы можно начинать интенсивную работу по закреплению знаний. Желательны три вида работы со схемой: 1) проверка её наличия в тетради с выставлением оценки за качество её оформления; 2) устный пересказ по схеме фрагментов изучаемой теории или всей теории целиком; 3) письменный текст рассказа по структурной схеме всей изученной теории. В этом – главный смысл системно-структурного подхода. Мы не можем выслушать всех учащихся, поэтому письменный рассказ является единственно возможной формой становления целостного знания об изучаемой научной теории и одновременно формой его проверки. С психологической точки зрения структурная схема является ориентировочной основой для построения рассказа. Для такой работы следует отводить целый урок, или даже два сдвоенных урока. Как будет показано в последующих лекциях, во время этих уроков проводятся зачёты в виде пятиминутных бесед с учащимися.
Системно-структурный подход позволяет решить главную задачу – сделать изучаемую теорию обозримой для учащегося. Если изложение единой теории в учебнике осуществляется в нескольких параграфах, разбросанных с интервалом изучения в две-три недели, то осознания всего изученного как единой теории не происходит. Поэтому основные положения теории должны быть уплотнены и изучены по возможности на одном уроке или по крайней мере на минимальном числе уроков. Становятся ясными блочный метод обучения и теория погружения М.П.Щетинина. Системно-структурный подход даёт технологию их реализации.
Процесс обучения строится примерно так. Урок начинается с демонстрации сразу всего эксперимента, дающего необходимое количество фактического материала. Фактов должно быть собрано столько, чтобы их было достаточно для введения величин, установления законов и примеров практического применения явления. Логика их внесения в структурную схему может быть различной. Эксперименты могут проводиться все сразу, с последующим анализом их назначения внутри теории, либо поэтапно, по мере введения величин, законов и применения явлений. Это зависит от методики, выбранной учителем. В любом случае рисунки экспериментов и следующие из них научные факты заносятся в одну колонку структурной схемы*.
Следует уточнить, что в колонке «законы» могут систематизироваться любые нормативные знания: уравнения, принципы, постулаты, правила, которые имеют те же функции – установление связей между явлениями и величинами. В противном случае структурная схема стала бы слишком громоздкой для размещения в ученической тетради.
Подчеркнём еще раз, что только лишь расположение изучаемых элементов знания в соответствии со структурой научной теории приводит к осознанному усвоению как этих элементов, так и самой теории.
Высшей степенью сформированности учебных действий является умение самостоятельно анализировать учебный материал и строить структурные схемы. Приводим две структурные схемы из двух разделов физики. Их анализ позволит увидеть, что, хотя содержание изучаемых вопросов меняется, структура знания остаётся неизменной.
_________________
*В структурных схемах следует правильно понимать колонку «Научные факты». Фактически в неё, как правило, занесены рисунки демонстраций, с помощью которых устанавливаются факты. Рисунки служат для запоминания сюжетов рассказа. Факты должны быть выведены из анализа результатов демонстраций. Если в колонке окажется достаточно места, в неё, рядом с рисунками, также могут быть записаны сформулированные по итогам эксперимента научные факты.
Структурная схема по теме «Ёмкость конденсатора»
