Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Проблема обучения и умственного развития в психологической теории и педагогической практике 21-96
1.1 Теоретические представления об умственном развитии, включая развитие понятийного мышления и пространственно-временных представлений .21-44
1.1.1 Умственное развитие как процесс дифференциации когнитивных структур .22-27
1.1.2 Умственное развитие и качество процессов анализа 27-29
1.1.3 Периодизация развития понятийного мышления и пространственно-временных представлений (обзор различных подходов) .29-44
1.2 Влияние обучения на умственное развитие 44-66
1.2.1 Взгляд на проблему соотношения между обучением и умственным развитием с точек зрения научных школ Л.С. Выготского и Ж. Пиаже.44-50
1.2.2 Экспериментальные исследования влияния обучения на умственное развитие 50-55
1.2.3 Анализ современных систем развивающего обучения 55-63
1.2.4 Экспериментальные свидетельства о недостаточности развития понятийного мышления при его стихийном формировании и о феноменах Пиаже у подростков и взрослых 63-66
1.3 Анализ состояния проблемы умственного развития обучающихся, включая развитие их понятийного мышления и пространственно-временных представлений, в современной школе 67-95
1.3.1 Изучение пространственно-временных представлений и понятийного мышления обучающихся основной школы в современной культурно-образовательной ситуации: результаты констатирующего эксперимента и их обсуждение 67-87
1.3.2 Возможности естественнонаучных пропедевтических курсов в развитии понятийного мышления и пространственно-временных представлений обучающихся 87-95
Выводы по главе 1 95-96
Глава 2 Методика развития понятийного мышления и пространственно-временных представлений школьников на пропедевтическом этапе обучения физике 97-165
2.1 Понимание умственного развития как процесса дифференциации когнитивных структур – основа методики развития понятийного мышления и пространственно-временных представлений школьников на пропедевтическом этапе обучения физике 98-103
2.2 Модель методики развития понятийного мышления и пространственно-временных представлений школьников на пропедевтическом этапе обучения физике 103
2.2.1 Развитие на пропедевтическом этапе обучения физике понятийного мышления и пространственно-временных представлений школьников, необходимых им при дальнейшем изучении систематического курса физики 105-106
2.2.2 Планируемые результаты обучения 107-109
2.2.3 Отбор содержания обучения 109-111
2.2.4 Структура и содержание пропедевтического курса физики 111-113
2.3 Организация процесса обучения физике на пропедевтическом этапе113-122
2.3.1 Методические рекомендации к организации обучения физике на пропедевтическом этапе 115-120
2.3.2 Календарно-тематическое планирование пропедевтического курса физики 120-122
2.4 Система обучающих заданий для развития понятийного мышления и пространственно-временных представлений школьников на пропедевтическом этапе обучения физике. 122-156
2.4.1 Комплекс заданий, направленных на дифференциацию пространственных представлений 124-129
2.4.2 Комплекс заданий, направленных на развитие представлений движения тел 130-140
2.4.3 Комплекс заданий, направленных на развитие представлений взаимодействия тел 140-145
2.4.4 Комплекс заданий для проведения физического эксперимента.145-147
2.4.5 Комплекс заданий, направленных на освоение «мысленного эксперимента» 147-149
2.4.6 Комплекс заданий, направленных на формирование основных логических операций 149-155
2.4.7 Порядок применения комплексов заданий 155-156
2.5 Система диагностических заданий для определения уровня развития понятийного мышления и пространственно-временных представлений школьников на пропедевтическом этапе обучения физике 156-161
2.5.1 Комплекс заданий, направленных на определение уровня развития пространственно-временных представлений обучающихся . 157-159
2.5.2 Комплекс заданий, направленных на определение уровня развития понятийного мышления обучающихся 159-160
2.5.3 Комплекс заданий, направленных на определение общего уровня умственного развития обучающихся 160-161
Выводы по главе 2 161-165
Глава 3 Педагогический эксперимент по исследованию проблемы развития понятийного мышления и пространственно-временных представлений школьников на пропедевтическом этапе обучения физике .166-219
3.1 Общая характеристика педагогического эксперимента 166-171
3.2 Поисковый этап педагогического эксперимента 172-201
3.2.1 Развитие пространственно-временных представлений школьников на пропедевтическом этапе обучения физике 172-187
3.2.2 Развитие понятийного мышления школьников на пропедевтическом этапе обучения физике 187-201
3.3 Обучающий этап педагогического эксперимента 202-216
3.3.1 Развитие пространственно-временных представлений школьников на пропедевтическом этапе обучения физике 203-212
3.3.2 Развитие понятийного мышления школьников на пропедевтическом этапе обучения физике 212-217
Выводы по главе 3 217-219
Заключение 220-222
Список литературы
- Умственное развитие как процесс дифференциации когнитивных структур
- Модель методики развития понятийного мышления и пространственно-временных представлений школьников на пропедевтическом этапе обучения физике
- Комплекс заданий, направленных на определение уровня развития пространственно-временных представлений обучающихся .
- Развитие пространственно-временных представлений школьников на пропедевтическом этапе обучения физике
Введение к работе
Актуальность исследования. Методическая проблема умственного развития, в том числе, развития мышления при обучении физике является актуальной на протяжении длительного времени. Так, развитие физического мышления и творческих способностей школьников было основной целью реформы физического образования 1898 года, возглавленной профессором Н.А. Умовым и поддержанной съездами учителей 1899, 1902 и 1911 годов. В 1918 году П.А. Знаменский, считавший развитие мышления одной из главных задач обучения физике, предложил первую программу-минимум для единой трудовой школы, а затем и новую концепцию физического образования, которая стала ведущей в СССР. Реформа физического образования 1968 года, проведённая АН СССР, АПН СССР и Министерством просвещения СССР, была направлена на повышение научного уровня преподавания физики и развитие на этой основе теоретического физического мышления школьников.
В 1970 – 80 годы, когда развитие мышления школьников вышло в обучении физике на первый план, огромную роль в перестройке физического образования сыграли концепции В.А. Кондакова, В.Г. Разумовского, Л.Я. Зориной, В.В. Мултановского и др.
Начиная с этого времени, проблема развития интеллектуальных способностей и логического мышления школьников при обучении физике стала привлекать всё большее внимание педагогов. В 1985 году издается учебное пособие В.И. Решановой «Развитие логического мышления учащихся при обучении физике». Разрабатываются методики развития логического мышления школьников (Е.В. Малеева, 1999; Е.Н. Полякова, 2001; Е.А. Дрибинская, 2002, и др.), их интеллектуальных способностей (Т.М. Коробова, 2008; Е.А. Самойлов, 2013), естественнонаучного мышления (С.А. Суровикина, 2006), когнитивной сферы личности в целом (Г.В. Рыбкина, 2011).
Однако в 2000-е годы педагоги отметили заметное снижение результативности обучения физике в школе, и, как показал психолого-педагогический анализ, одной из причин сложившейся ситуации стало недостаточное когнитивное развитие школьников к началу систематического обучения физике.
Успешность изучения дисциплин физико-математического цикла в значительной степени определяется уровнем развитием понятийного мышления школьника. При этом готовность к формированию понятий складывается у ребёнка постепенно в ходе его умственного развития.
Л.С. Выготский и Л.С. Сахаров, Ж. Пиаже и Б. Инельдер, Л.А. Венгер, Л. Смит и Д. Кемлер описали закономерности развития когнитивной сферы, обратив внимание на то, что каждая новая стадия развития подготавливается предыдущей. Так, для развития подлинно понятийного мышления ребёнку
необходимо пройти стадию представлений, на которой он будет проводить обобщения, опираясь на конкретные наглядные связи. Стадия представлений, по выражению Л.С. Выготского, является мостом между конкретным, наглядно-образным и отвлечённым мышлением ребёнка.
По мере дифференциации систем представлений и развития систем операций, которые происходят на стадии представлений, затухают также и характерные для предшествующих стадий развития феномены Пиаже – психологические явления непонимания сохранения количества вещества, массы и объёма, смешения пространственных и временных характеристик движения, логических ошибок при выполнении сериации и классификации и др. По мере умственного развития перестаёт доминировать над другими качествами мышления и познавательный эгоцентризм, выражающийся в неспособности ребёнка воспринимать и оценивать события с точки зрения другого человека. При нормативном развитии ребёнка, по данным Ж. Пиаже, феномены непонимания сохранения исчезают к концу дошкольного возраста, в то время как развитие пространственно-временных представлений, сопровождаемых ошибками в различении временных и пространственных характеристик движения, продолжается в течение всего младшего школьного возраста.
В 2007 – 2010 гг., в связи со снижением результативности обучения физике, мы провели в школах Московской и Новгородской областей констатирующий эксперимент с тем, чтобы определить уровень умственного развития школьников 5 – 10 классов. Мы отметили у значительного числа испытуемых такие феномены, как смешение временных и пространственных характеристик движения при восприятии движущихся тел, трудности ориентации в пространстве и выраженный эгоцентризм в понимании пространственных отношений, недостаточную сформированность операции классификации, познавательный эгоцентризм при решении логических задач. 27% подростков показали феномены несохранения Пиаже, характерные для дошкольников. Изучение общего уровня умственного развития и проверки способности к установлению логических отношений показало невысокую способность школьников к анализу и синтезу, в то время как качество процессов анализа является одной из существенных составляющих умственных способностей и влияет на успешность обучения.
Анкетирование учителей физики Москвы и Московской области подтвердило актуальность проблемы умственного развития обучающихся. Так, умственное развитие современных школьников считает достаточным только 17,5% учителей. 75,0% респондентов отметили большую разницу в уровнях умственного развития школьников, обучающихся в одном классе, 37,5% – несоответствие актуального уровня умственного развития школьников тому уровню, на который рассчитаны образовательные программы.
Опираясь на результаты нашего эксперимента, мы предположили, что трудности в обучении физике, отмечаемые нами в последние годы, могут быть связаны с неуспешностью прохождения обучающимися именно ранних этапов развития мышления. Поскольку, как было показано Л.С. Выготским, развитие научных понятий может – при правильном обучении – опережать развитие житейских понятий, проблема недостаточности развития понятийного мышления к началу систематического изучения физики могла бы быть решена введением пропедевтического обучения, основной целью которого являлось бы именно развитие мышления.
В разное время в России создавались и внедрялись методики и учебные
программы по раннему обучению естествознанию и физике. В 1960 – 70 годы
под руководством С.И. Иванова были выполнены работы по изучению
стихийного возникновения физических понятий у дошкольников и младших
школьников. Полученные результаты исследований привели к разработке
учебных программ по раннему формированию физических понятий. Были
разработаны и внедрены курс физики и химии А.Е. Гуревича, Д.А. Исаева и
Л.С. Понтак, курс естествознания Е.И. Африной и др., направленный на
овладение методами естественнонаучных исследований, концепция
естественнонаучного образования с опережающим изучением физики А.В. Усовой и опережающий курс физики М.Д. Даммер. На опережающее изучение физики и овладение методами научного познания нацелены пропедевтические курсы Г.Н. Степановой, Е.М. Шулежко и А.Т. Шулежко, на обучение языку физической науки – система заданий Е.В. Ханжиной. Л.С. Хижнякова, А.А. Синявина, С.Ф. Шилова, Л.П. Свитков, М.Е. Бершадский, С.А. Холина представили методику обучения элементам физики в начальной школе.
Эти программы направлены на ознакомление с физическими явлениями, с языком физической науки, позволяют научиться проведению простейшего естественнонаучного эксперимента и сформировать навыки работы с информацией, представленной самыми разнообразными способами.
Однако в данных программах недостаточно разработаны вопросы, касающиеся формирования и развития у школьников представлений, или мысленных репрезентаций, таких, например, как представления пространства, времени и движения, необходимых в дальнейшем для формирования важнейших физических понятий. Кроме того, формирование представлений движения в разных системах отсчёта ведёт к преодолению познавательного эгоцентризма, и, тем самым, к дальнейшему умственному развитию и личностному развитию в целом. Наконец, работа с представлениями является профилактикой вербализма, т.е. употребления слов, в которых для детей не содержится никакого смысла, значение которых остается пустым, – основной опасности на пути формирования научных понятий.
Другой аспект обучения, требующий пристального внимания при формировании понятийного мышления, и, с нашей точки зрения, недостаточно представленный в программах раннего обучения естествознанию и физике, это развитие операций сравнения, выделения отдельных признаков, их анализа, синтеза и символизации с помощью знака, поскольку именно в процессе выполнения этих операций формируются понятия.
Таким образом, можно говорить о наличии следующих противоречий:
между требованиями к умственному развитию, в том числе к развитию мышления обучающихся, приступающих к изучению систематического курса физики, и недостаточно высоким уровнем развития мышления современных школьников данного возраста;
между возможностями развития мышления школьников, приступающих к изучению систематического курса физики, и недостаточной разработанностью теоретических аспектов методики, позволяющей решать эту задачу на пропедевтическом этапе обучения физике.
Необходимость разрешения данных противоречий определяет
актуальность темы исследования «Развитие понятийного мышления и
пространственно-временных представлений школьников на
пропедевтическом этапе обучения физике».
Проблема исследования заключается в поиске ответа на вопрос, какой должна быть методика пропедевтического обучения физике, которая позволит развивать понятийное мышление и пространственно-временные представления школьников к началу систематического обучения физике.
Цель исследования – теоретическое обоснование и разработка методики развития понятийного мышления и пространственно-временных представлений обучающихся основной школы на пропедевтическом этапе обучения физике.
Объект исследования – процесс обучения физике обучающихся основной школы.
Предмет исследования – методика развития понятийного мышления и пространственно-временных представлений обучающихся основной школы на пропедевтическом этапе обучения физике.
Гипотеза исследования: уровень развития понятийного мышления и
пространственно-временных представлений школьников к началу
систематического обучения физике будет более высоким, если:
ввести пропедевтическое обучение физике с применением методов, направленных на формирование представлений и формирование умений оперировать ими: выделять отдельные признаки и свойства, сравнивать их, проводить понятийные обобщения на основе существенных признаков и свойств и символизации понятий с помощью знака;
при отборе и адаптации содержания учебного материала для его изучения на пропедевтическом этапе учитывать, насколько содержание обучения
способствует формированию пространственно-временных представлений и развитию логических операций; учитывать возрастные особенности младших подростков;
построить обучение как практико-ориентированное, при котором
развитие мышления происходит при активном выполнении обучающимися
специально разработанных заданий, направленных на дифференциацию
представлений пространства и его свойств, времени и его свойств, движения и
взаимодействия тел, и на формирование основных логических операций.
Цель и гипотеза исследования определили следующие задачи:
-
Выявить психологическую и педагогическую сущность развивающего обучения путём анализа психологических исследований умственного развития, различных подходов к проблеме соотношения обучения и развития и современных концепций развивающего обучения.
-
Оценить умственное развитие обучающихся основной школы, а именно: а) уровень развития их понятийного мышления; б) уровень развития их пространственно-временных представлений; в) общий уровень их умственного развития.
-
Выявить состояние проблемы развития мышления школьников при обучении физике на пропедевтическом этапе в педагогической теории и практике.
-
Обосновать необходимость и возможность развития понятийного мышления и пространственно-временных представлений школьников на пропедевтическом этапе обучения физике.
-
Разработать модель методики развития понятийного мышления и пространственно-временных представлений школьников на пропедевтическом этапе обучения физике с учётом полученных результатов.
-
Разработать методику развития понятийного мышления и пространственно-временных представлений школьников на пропедевтическом этапе обучения физике в соответствии с представленной моделью.
-
Провести экспериментальную проверку гипотезы исследования.
Для решения поставленных в исследовании задач использовались следующие методы:
теоретические – анализ психологической, педагогической и научно-методической литературы по проблеме исследования; анализ современных концепций развивающего обучения и программ курсов естественнонаучных и точных дисциплин; выдвижение гипотез; проектирование и моделирование учебного процесса;
эмпирические – наблюдение учебного процесса; анкетирование учителей физики; тестирование обучающихся; оценка диагностических работ школьников; педагогический эксперимент; внедрение методики пропедевтического обучения физике;
математические – статистическая обработка и интерпретация
экспериментальных данных.
Теоретико-методологическую основу исследования составляют теории когнитивного развития Л.С. Выготского, Ж. Пиаже; идеи концепций развивающего обучения В.В. Давыдова, Л.В. Занкова; работы в области психологии когнитивного развития Л.А. Венгера; Л.С. Выготского и Л.С. Сахарова; Б. Инельдер, X. Синклера и М. Бове; Л.Ф. Обуховой; Н.А. Подгорецкой; Л. Смита и Д. Кемлера; идеи Н.И. Чуприковой, рассматривающей умственное развитие как процесс дифференциации когнитивных структур.
Научная новизна результатов исследования
-
Обоснована необходимость целенаправленного развития понятийного мышления и пространственно-временных представлений школьников к началу их обучения физике в основной школе для дальнейшего успешного систематического изучения физики.
-
Разработана модель методики развития понятийного мышления и пространственно-временных представлений школьников на пропедевтическом этапе обучения физике, характеризующаяся следующими особенностями:
основной целью реализации методики является развитие на пропедевтическом этапе обучения физике понятийного мышления и пространственно-временных представлений школьников, необходимых им при дальнейшем изучении систематического курса физики;
содержание обучения отбирается и структурируется с учётом его потенциального вклада в формирование общих образных представлений и понятийного мышления младших подростков в переходный период их интеллектуального развития;
ведущую роль играет практико-ориентированный способ обучения, при котором развитие мышления происходит при активном выполнении обучающимися специально подобранных заданий, удовлетворяющих следующим критериям: 1) каждое задание должно быть составлено в соответствии с представлением об умственном развитии как процессе дифференциации когнитивных структур и направлено на различение разных свойств, сторон и отношений пространства и времени, объектов и явлений; 2) выполнение каждого задания должно вносить вклад в формирование физических понятий и понятийного мышления в целом; 3) каждый комплекс должен включать в себя такие задания, которые можно использовать на всех этапах урока: актуализации знаний, изучения нового материала и его закрепления; 4) каждый комплекс должен включать в себя такие задания, которые можно использовать на уроках различных типов: изучения нового материала, решения задач, в том числе экспериментальных, обобщения и систематизации знаний; 5) все задания должны иметь как обучающий, так и диагностический характер.
3. Разработана методика развития понятийного мышления и
пространственно-временных представлений на пропедевтическом этапе обучения физике, включающая 1) отобранное и адаптированное содержание обучения для его изучения в пропедевтическом курсе физики; 2) требования к планируемым результатам обучения; 3) комплексы заданий для развития понятийного мышления и пространственно-временных представлений, применимые на занятиях по изучению нового материала, по решению физических задач, по проведению практических работ по физике; 4) календарно-тематическое планирование пропедевтического курса физики; 5) учебное пособие для обучающихся; 6) способ организации учебно-познавательной деятельности школьников с преобладанием проблемных методов обучения; 7) диагностику динамики развития понятийного мышления и пространственно-временных представлений.
Теоретическая значимость исследования определяется тем, что оно
вносит вклад в теорию и методику обучения физике в общеобразовательной
школе за счёт того, что: 1) обоснованно расширены возможности
формирования понятийного мышления и пространственно-временных
представлений школьников путём более раннего обучения физике; 2) сформулированы требования к содержанию и структуре учебного материала и методам обучения, необходимым для формирования дифференцированных общих представлений и развития систем логических операций обучающихся; 3) создана модель методики развития понятийного мышления и пространственно-временных представлений школьников на пропедевтическом этапе обучения физике, позволяющей школьникам успешно пройти все стадии становления понятийного мышления.
Практическая значимость исследования определяется созданием
учебно-методического обеспечения реализации методики развития
понятийного мышления и пространственно-временных представлений
школьников на пропедевтическом этапе обучения физике, включающего: 1)
учебное пособие для обучающихся; 2) комплексы заданий для развития
понятийного мышления и пространственно-временных представлений,
применимые на занятиях по изучению нового материала, по решению
физических задач, по проведению практических работ по физике; 3)
календарно-тематическое планирование пропедевтического курса физики; 4)
методические рекомендации к организации обучения физике на
пропедевтическом этапе; 5) диагностические материалы для изучения динамики развития понятийного мышления и пространственно-временных представлений школьников.
Применение разработанных в ходе педагогического исследования учебно-методических материалов способствует развитию у школьников понятийного
мышления и пространственно-временных представлений, необходимых для дальнейшего систематического обучения физике.
На защиту выносятся следующие положения.
-
Для формирования понятийного мышления и пространственно-временных представлений обучающихся к началу изучения курса физики основной школы целесообразно ввести пропедевтическое обучение физике с применением методов, направленных на формирование представлений и формирование умений оперировать ими: выделять отдельные признаки и свойства, сравнивать их, проводить понятийные обобщения на основе существенных признаков и свойств и символизации понятий с помощью знака.
-
При отборе и адаптации содержания учебного материала для его изучения на пропедевтическом этапе следует 1) учитывать, насколько содержание обучения способствует формированию пространственно-временных представлений; 2) учитывать, насколько содержание обучения способствует развитию логических операций; 3) учитывать возрастные особенности младших подростков.
-
Для реализации развивающего потенциала пропедевтического обучения физике целесообразно построить обучение как практико-ориентированное, при котором развитие мышления происходит при активном выполнении обучающимися специально разработанных заданий, удовлетворяющих следующим критериям: 1) каждое задание должно быть составлено в соответствии с представлением об умственном развитии как процессе дифференциации когнитивных структур и направлено на различение разных свойств, сторон и отношений пространства и времени, объектов и явлений; 2) выполнение каждого задания должно вносить вклад в формирование физических понятий и понятийного мышления в целом; 3) каждый комплекс должен включать в себя такие задания, которые можно использовать на всех этапах урока: актуализации знаний, изучения нового материала и его закрепления; 4) каждый комплекс должен включать в себя такие задания, которые можно использовать на уроках различных типов: изучения нового материала, решения задач, в том числе экспериментальных, обобщения и систематизации знаний; 5) все задания должны иметь как обучающий, так и диагностический характер.
-
Обучение физике на пропедевтическом этапе может проводиться в двух вариантах: в виде двухгодичного курса для 5 – 6 классов или в виде одногодичного курса для 6 классов, – в зависимости от ранней специализации класса и от образовательных потребностей обучающихся.
Апробация результатов исследования осуществлялась на научно-практических конференциях международного (XI Международная конференция «Физика в системе современного образования» (ВГСПУ, Волгоград, 2011) и всероссийского уровня («IX Емельяновские чтения» (МарГУ, Йошкар-Ола,
2011); Всероссийский Съезд учителей физики (МГУ им. М.В. Ломоносова,
Москва, 2011); «Проблемы контроля и оценки качества образования по физике.
Общеобразовательные учреждения, педагогический вуз» (МГОУ, Москва,
2008); «Проблемы методологии преемственности обучения физике.
Общеобразовательные учреждения, педагогический вуз» (МГОУ, Москва,
2010); «Методы аналогии и моделирования курса физики.
Общеобразовательные учреждения, педагогический вуз» (МГОУ, Москва, 2011)); на методологическом семинаре и заседаниях кафедры методики преподавания физики МГОУ (2008 – 2016); на курсах повышения квалификации учителей физики Московской области (МГОУ, Москва, 2014 – 2015); на городском методологическом семинаре «Актуальные вопросы преподавания физики» и заседаниях городского методического объединения учителей физики г. Фрязино Московской области (2011 – 2016).
Основные результаты исследования внедрены в практику работы МОУ СОШ №2 с углублённым изучением отдельных предметов и МОУ СОШ №5 с углублённым изучением отдельных предметов г. Фрязино Московской области.
Структура и объём диссертации: диссертационное исследование объёмом 244 страницы основного текста состоит из введения, трёх глав, заключения, списка литературы, включающего 236 наименований, и 5 приложений; содержит 32 таблицы, 42 рисунка и 9 диаграмм.
Умственное развитие как процесс дифференциации когнитивных структур
В цикле исследований, проведённых Л.А. Венгером и его сотрудниками [14], были выявлены три основных типа перцептивных действий: действия идентификации, приравнивание к эталону и перцептивное моделирование.
Действия идентификации выполняются при изучении ребёнком свойств объекта, полностью совпадающих с эталоном, приравнивание к эталону – при изучении свойств объекта, близких к эталону, но не совпадающих с ним. И в том, и в другом случае ребёнок формирует образ внешних свойств предмета и использует его. Но при выполнении действия идентификации ребёнок манипулирует предметами, двигая их, прикладывая и примеривая их друг к другу, а при приравнивании к эталону нет таких прямых аналогов практических действий [15, с. 24]. Действия идентификации и приравнивание к эталону начинают формироваться в раннем детстве, но в этом возрасте выполняются детьми только при особо благоприятных условиях. В дошкольном возрасте эти перцептивные действия существенно меняются, становясь одновременно и более дифференцированными, и более обобщёнными. Наконец, при перцептивном моделировании свойства изучаемого предмета соотносятся не с одним эталоном, а с их группой. Таким образом, перцептивное моделирование позволяет воспринимать сложную форму не глобально, а как систему взаимосвязанных элементов [15, с. 24].
Формирование моделирующих перцептивных действий начинается на третьем году жизни ребёнка – вместе с овладением им продуктивными видами деятельности (рисованием, лепкой, конструированием и т.д.), позволяющими ребёнку создавать реальные копии и модели сложных предметов и ситуаций. На этом этапе развития постепенно дифференцируются действия восприятия, которые позволяют выявить внешние свойства предметов, и действия мышления, которые позволяют выявить взаимные связи и отношения между предметами.
Изучая закономерности развития мышления в экспериментах по формированию искусственных понятий у детей, Л.С. Выготский [19] и Л.С. Сахаров [122] описывают в этом периоде стадии синкретического и комплексного мышления. На стадии синкретического мышления дети объединяют предметы, слитые в их восприятии в единый образ. На стадии «мышления в комплексах» дети обобщают «не на основании только субъективных связей, устанавливаемых во впечатлении ребёнка, но на основе объективных связей, действительно существующих между этими предметами» [19, с. 130]. Эти обобщения всегда конкретно-ситуативны: ребёнок может объединить предметы, взаимно дополняющие друг друга («стакан, блюдце, ложка»), или ассоциативно связанные друг с другом (фигуры, похожие на образец по какому-либо признаку: некоторые по форме, некоторые по цвету) и т.д.
Представления детей 5,5 – 7 лет становятся всё более детализированными. Однако в этом возрасте у детей отмечается множество описанных ниже феноменов Пиаже, некоторые из которых исчезают к концу дошкольного возраста, другие – в течение младшего школьного возраста [104].
Феномены Пиаже при решении задач на сохранение. В экспериментах, проведённых Ж. Пиаже с дошкольниками, были обнаружены интересные психологические феномены: дошкольники, как оказалось, до определённого возраста считают, что количество вещества, веса и объёма изменяется при изменении формы предмета. Детям предлагали сравнивать либо количество, вес и объём двух одинаковых глиняных шариков, один из которых деформировали на их глазах, превращая в колбаску, пирожок, либо количество воды, которую первоначально наливали в два одинаковых сосуда, а затем на глазах детей переливали воду из одного сосуда в более узкий или более широкий сосуд.
Дети на первой стадии развития говорили, что в вытянутом «пирожке» глины больше, что он тяжелее, чем шарик, и что он вытеснит больше воды, чем шарик, если их бросить в воду. Они настаивали, что воды в узком сосуде больше.
На второй стадии развития дети давали «неустойчивые» ответы: они то говорили, что вещества стало больше, то – что его стало меньше, то – что его осталось столько же, сколько и было. При небольших деформациях предметов дети чаще «сохраняли» количество, массу (вес) и объём, а при больших деформациях – «не сохраняли». Характерный пример «несохраняющего ответа» приводит А.К. Звонкин, описывая обсуждение физических опытов с дошкольниками: «Сначала мы берём два одинаковых листа бумаги, и они, разумеется, падают одинаково медленно. После этого я комкаю один из листов и скатываю его в плотный комок. Я хочу спросить, какой из двух листов теперь упадёт быстрее, но Дима (5 лет 9 месяцев) меня опережает. – А теперь вот этот (он показывает на комок) стал тяжелее. – Почему!?! – Потому что он упадёт быстрее» [55, с. 70]. В этом эксперименте мы можем отметить два феномена: феномен непонимания сохранения массы при изменении формы предмета и феномен жёсткого связывания массы и скорости падения: «тяжёлые предметы падают быстрее».
К концу дошкольного возраста дети уверены, что вещество сохраняется при любых деформациях предметов, причём сначала наступает понимание сохранения количества вещества, затем – веса (массы), и, наконец, – объёма.
Аналогичные результаты были получены в экспериментах на сохранение дискретного количества. Детям предлагали взять из кучи предметов «столько же», сколько лежит перед ними в форме некоторой фигуры. До определённого возраста дети брали предметы из кучи и выкладывали аналогичную фигуру.
На первой стадии развития дети не могли взять ровно столько предметов, сколько лежало перед ними, и только примерно отображали конфигурацию и размеры эталонного множества.
На второй стадии развития дети повторяли и форму, и размеры, и количество элементов эталонного множества, но если экспериментатор изменял форму какого-либо множества, дети утверждали, что множества теперь не равны по количеству предметов.
Модель методики развития понятийного мышления и пространственно-временных представлений школьников на пропедевтическом этапе обучения физике
Соответственно, значительное место в этой системе занимает работа по дифференциации понятий-комплексов, или общих представлений, по «чёткому разграничению разных признаков с целью выявления различий в изучаемых объектах и явлениях» [175, с. 128]. Для этого детей обучают сравнивать предметы и явления по выделяемым признакам и свойствам, выявлять различия, особенно в условиях коллизий, когда предметы и явления, будучи сходными по одним признакам, оказываются различными по другим. При этом Л.В. Занков ввёл процессуальное обучение, при котором нет места завершённости развития представлений и понятий, когда «подлинное познание каждого элемента всё время прогрессирует по мере овладения другими, последующими элементами предмета, и осознания соответствующего целого вплоть до всего учебного курса и его продолжения в следующих классах» [86, с. 404].
Обучение по системе Л.В. Занкова должно было затронуть основные линии общего психического развития ребёнка: наблюдение (восприятие), мышление и практические действия, – что и оценивалось у школьников экспериментальных и контрольных классов с помощью следующих методик: наблюдение (восприятие) исследовали с помощью методики, предлагающей выделять и описывать свойства и качества незнакомых предметов, оценивая 1) количество выделенных свойств и качеств предмета, 2) степень обобщенности выделенных свойств и 3) умение сравнивать данный предмет с каким-либо другим; при изучении мышления детям предлагалось выделить признаки, по которым были сгруппированы в четыре группы геометрические тела, которые отличались друг от друга по форме, высоте и цвету, и дать словесное обоснование группировок по этим признакам; изучались практические умения изготавливать заданный предмет.
По всем показателям обучающиеся экспериментальных классов имели достоверное превосходство над обучающимися контрольной группы [54]. И 101 именно эти показатели важны для оценки уровня развития комплексного мышления, являющегося необходимой базой для перехода к истинно понятийному мышлению. Известная преемственность курсов математики начальной школы и механики позволила нам использовать методические идеи Л.В. Занкова, реализованные им в начальном курсе математики, при разработке пропедевтического курса физики. Мы опирались на полученные Л.С. Выготским и его сотрудниками данные, что истинно понятийное мышление является новообразованием переходного возраста [19, гл. 5], формируется в результате общения ребёнка со взрослым, причём развитие понятийного мышления базируется на хорошо дифференцированной системе представлений окружающего мира. Формирование понятийного мышления, как отмечал Л.С. Выготский, это сложный процесс, в котором «понятия возникают не просто в результате логической обработки тех или иных элементов опыта, … они возникают … совсем другим путём и лишь позже осознаются и логизируются» [19, с. 167]. Кроме того, уже в первой стадии созревания мышления подросток легко «пользуется понятием в наглядной ситуации. Тогда, когда это понятие ещё не оторвалось от конкретной, наглядно воспринимаемой ситуации, оно руководит мышлением подростка легко и безошибочно. … При изменении наглядной или конкретной ситуации применение понятия, выработанного в другой ситуации, оказывается значительно затруднённым. … Значительно больше трудностей представляет процесс определения такого понятия, когда понятие отрывается от той конкретной ситуации, в которой оно было выработано, когда оно вообще не опирается на конкретное впечатление и когда оно начинает двигаться в совершенно абстрактном плане. … Но наибольшие трудности, которые преодолеваются подростком обычно только к самому окончанию переходного возраста, представляет дальнейшее перенесение смысла или значения выработанного понятия на новые и новые конкретные ситуации, которые мыслятся им также в абстрактном плане» [19, с. 167 – 186].
Поскольку наш пропедевтический курс физики предназначается для школьников, только вступающих в переходный возраст, мы считали необходимым особое внимание уделить именно развитию комплексного мышления, или системы представлений, с тем, чтобы подготовить переход к истинно понятийному мышлению. Нашей задачей было обучить школьников оперировать этими представлениями – вначале в наглядно воспринимаемых ситуациях с опорой на конкретные впечатления, затем с представлениями во внутреннем плане, с тем, чтобы постепенно перейти к операциям с абстрактными понятиями.
Мы использовали и распространили на предметную область механики приёмы и способы работы, разработанные в школе Л.В. Занкова. Так, в начальном курсе математики в системе Л.В. Занкова проводится целенаправленное развитие пространственных представлений, осуществляемое через набор заданий на анализ изображений: в течение всего курса математики детям предлагают искать на чертежах «спрятанные» фигуры, считать число вписанных в большую фигуру треугольников и прямоугольников, постепенно усложняя и усложняя задания. В нашем пропедевтическом курсе физики мы предложили описанные ниже способы развития не только пространственных, но и более сложных пространственно-временных представлений.
Комплекс заданий, направленных на определение уровня развития пространственно-временных представлений обучающихся .
Задания на формирование наглядных образов движущихся тел являлись наиболее важными и, так или иначе, входили составной частью в большую часть заданий данного комплекса. По нашим наблюдениям, именно работа с представлениями позволяла школьникам проникать в суть физических задач, и, опираясь на представления, они понимали и удерживали в памяти алгоритм решения. Примерами таких заданий являются, например, следующие задачи, некоторые из которых заимствованы из [33; 66]: 1. «Самолёт, летящий со скоростью 800 км/ч, во время полёта заправляется горючим с другого самолёта. С какой скоростью движется при этом самолёт-заправщик?» 2. «Пассажир движущегося трамвая видит в окно рядом с трамваем грузовик, который то уходит вперёд, то сдвигается назад, то некоторое время кажется неподвижным. Как объяснить то, что наблюдает пассажир?» 3. «Из города A в город B выехали через полчаса один после другого два велосипедиста. Определите, кто из них ехал быстрее, если они приехали в город B одновременно. Приведите ваши рассуждения». 4. «Поезд длиной 360 м, двигаясь равномерно, прошел мост за полминуты. Какова скорость поезда, если длина моста 540 м?» 5. «Поезд проходит мимо наблюдателя в течение 10 с, а по мосту длиной 400 м – в течение 30 с. Определите длину и скорость поезда». 6. «По дороге, расположенной параллельно железнодорожному пути, движется велосипедист со скоростью 3 м/с. В некоторый момент его догоняет поезд длиной 120 м и обгоняет его за 6 с. Какую скорость имел поезд? Указание: Представьте себя этим велосипедистом и определите, с какой скоростью движется поезд мимо вас. А какова скорость поезда относительно дороги?» 7. «Представьте себе, как по дороге ползет удав длиной 12 м, а по удаву от головы к хвосту скачет попугай. Скорость удава относительно дороги 2 м/с, а скорость попугая относительно удава 3 м/с. Нарисуйте удава в начале пути – с попугаем на голове, а затем – в тот момент, когда попугай уже доскакал до хвоста удава. Какой путь относительно дороги пройдет попугай, пока доскачет от головы удава до конца его хвоста?» 8. «В полдень из Москвы в Тулу выходит автобус с пассажирами, едущий со скоростью 75 км/ч. Часом позже из Тулы в Москву выезжает велосипедист и едет по тому же шоссе со скоростью 25 км/ч. Когда пассажиры автобуса и велосипедист встретятся, кто из них будет дальше от Москвы?»
Часть заданий адресовалась к физическому смыслу таких характеристик движения, как скорость, время движения, расстояние между объектами, пройденный путь. Например, мы предлагали обучающимся такие задания, некоторые из которых представлены также в [33]: 1. «Человек идёт со скоростью 3 км/ч. Какой путь он пройдёт за 1 час? за 2 часа? за 5 часов? за 20 мин? за 10 мин?» 2. «Три человека соревновались в беге. Первый бежал 20 мин со скоростью 12 км/ч, второй пробежал 5 км за полчаса, третий пробежал 6 км со скоростью 11 км/ч. Кто бежал быстрее всех? Кто пробежал большее расстояние? Кто бежал дольше всех?» 3. «Путешественник 30 мин ехал со скоростью 50 км/ч на мотоцикле и потом 2 ч 30 мин со скоростью 14 км/ч на велосипеде. Какова средняя скорость на всем пути?» Примечание: все задания предлагаются до изучения темы «Дроби». Более сложные задания заключались в прояснении смысла житейских слов, описывающих движение, и в связывании их с соответствующими характеристиками движения. Примеры заданий, некоторые из которых представлены также в [33]: 1. «Три человека соревновались в беге. Первый бежал 20 мин со скоростью 12 км/ч, второй пробежал 5 км за полчаса, третий пробежал 6 км со скоростью 133 км/ч. Кто бежал быстрее всех? Кто пробежал большее расстояние? Кто бежал дольше всех?» 2. «Двое бегут с разной скоростью вниз по эскалатору метро. Кто из них насчитает больше ступенек — тот, кто бежит быстрее, или тот, кто бежит медленнее?»
При предварительном обсуждении задач мы многократно проговаривали, что «бежал быстрее всех» значит «бежал с самой большой скоростью», а «бежал дольше всех» значит «затратил наибольшее время», и в краткой записи вопросов задачи мы отразим это следующим образом (на примере первой задачи):
Задания, в которых было необходимо рассматривать ситуацию с разных точек зрения (например, то относительно неподвижной, то относительно движущейся систем отсчёта), использовались нами, как и задачи на ориентацию в пространстве, для преодоления познавательного эгоцентризма обучающихся. В связи с особой ролью, которую играет понятие относительности движения в умственном развитии, мы дважды обращались к этой теме в течение первого года обучения. Многие задания, включённые нами в учебное пособие «Механическое движение» снабжены указаниями и решениями. Примеры заданий, некоторые из которых представлены также в [33; 60]: 1. «Мальчик, впервые попавший на берег реки во время ледохода, с удивлением спросил: «На чём это мы едем?» Как вы думаете, о чём говорил мальчик?» 134 2. «Вдоль секундной стрелки больших часов ползет муха. Нарисуйте примерный вид траектории движения мухи относительно циферблата, если она доползла до центра часов от конца стрелки за две минуты. Указание: нарисуйте положение секундной стрелки и мухи на ней через 15, 30, 45, 60, 75, 90, 105 и 120 секунд». 3. «Нарисуйте примерную траекторию движения Луны вокруг Солнца, учитывая как ее вращение вокруг Земли, так и вращение Земли вокруг Солнца. Считайте, что траектории Луны и Земли лежат в одной плоскости и за один год Луна совершает 13 оборотов вокруг Земли. Указание: нарисуйте сначала в качестве «основы» круговую траекторию движения Земли (рис. 2.11) и отметьте на ней 13 точек, соответствующих, например, максимальному удалению Луны от Солнца».
Развитие пространственно-временных представлений школьников на пропедевтическом этапе обучения физике
Поскольку при решении задач этого типа обучающийся должен был мысленно двигаться в пространстве «за другого», резкое увеличение числа верно решённых задач свидетельствует не только об улучшении способности различать пространственные характеристики, но и об улучшении способности различать свою и чужую точки зрения. Таким образом, мы можем говорить о преодолении школьниками познавательного эгоцентризма в понимании пространственных отношений.
Формирование представлений о физических величинах мы начинали с прояснения, что означают различные житейские слова, связанные с движением, такие как «быстрее», «медленнее», «ближе», «дальше», «дольше», «раньше», «позже», и что нужно сделать, чтобы узнать, какое тело движется медленнее, какое быстрее; какое окажется в назначенной точке раньше, а какое позже. После этого мы устанавливали связь между этими словами и физическими величинами, характеризующими движение: скоростью, временем движения, расстоянием между объектами, пройденным путём. При записи условия и вопросов в задачах типа: «Три человека соревновались в беге. Первый бежал 20 мин со скоростью 12 км/ч, второй пробежал 5 км за полчаса, третий пробежал 6 км со скоростью 11 км/ч. Кто бежал быстрее всех? Кто бежал дольше всех? Кто пробежал больший путь?» мы просили школьников выделять и фиксировать эти величины.
При решении задач на движение нескольких тел школьники должны были схематически изображать движущиеся тела через определённые промежутки времени или отмечать их положение в пространстве в выбранной системе отсчёта. Так, при решении задачи: «Из города A и города B, находящихся на расстоянии 6 км друг от друга, одновременно выезжают в город C два автомобиля. Через полчаса автомобиль, выехавший из города A, оказался в десяти километрах от города C, а автомобиль, выехавший из города B - в девяти километрах от города C. Скорость какого автомобиля меньше? Приведите ваши рассуждения и сделайте пояснительный чертеж. А— » мы предлагали школьникам в масштабе 1 кл : 1 км схематично изобразить города A, B и C и отметить на чертеже точки, в которых оказались автомобили через полчаса. Затем мы предлагали показать разными цветами участки траекторий, пройденные этими автомобилями, и сравнить их по длине. Мы обращали внимание детей, что в этой задаче автомобиль, находящийся впереди, имеет меньшую скорость, а находящийся сзади - большую, и более быстрый автомобиль догоняет более медленный. И на чертеже мы видим, что расстояние между ними постепенно сокращается.
Для разграничения пространственных представлений и временных представлений мы предлагали школьникам задачи типа:
«В 4 часа вечера пассажир проехал мимо километрового столба, на котором было написано 1456 км, а в 7 часов утра на следующий день - мимо столба с надписью 676 км. В котором часу путник приедет на станцию, с которой ведётся отсчёт расстояния? Движение поезда считайте равномерным», и просили школьников на рисунке часов отмечать фигурирующее в условии время, а на координатной прямой – соответствующее положение движущегося тела.
Чтобы обучающиеся постоянно искали связь между условием задачи и её вопросом, мы периодически предлагали им задачи с лишними или недостающими данными. Так, приведённая выше задача об автомобилях, выезжающих из городов А и В в город C, содержит лишние данные: «через полчаса…», которые никак не используются при её решении. Этот приём тормозит тенденцию сразу начинать манипулировать с числами. И такое же действие оказывают задачи с одинаковыми условиями, но разными вопросами, с разными условиями и одинаковыми вопросами, попеременное решение прямых и обратных задач, разнообразие способов формулирования задач. Кроме того, мы подбирали данные задач таким образом, чтобы пятиклассники, ещё не знающие действий с дробями, не могли формально выполнять арифметические действия, а должны были бы проводить развёрнутые рассуждения.
Например, для решения уже приводившейся ранее задачи: «Три человека соревновались в беге. Первый бежал 20 мин со скоростью 12 км/ч, второй пробежал 5 км за полчаса, третий пробежал 6 км со скоростью 11 км/ч. Кто бежал быстрее всех? Кто бежал дольше всех? Кто пробежал больший путь?» школьники должны были бы провести рассуждения типа: «Первый человек пробегает 12 км за час (за 60 мин); значит, за 20 минут он пробежит в три раза меньше, т.е. 4 км. Второй человек пробегает 5 км за полчаса; значит, за час пробежит 10 км, т.е. его скорость 10 км/ч. Если бы третий человек бежал со скоростью 12 км/ч, он пробежал бы 6 км за полчаса; но он бежит медленнее (со скоростью 11 км/ч), значит, бежать будет дольше». Такой приём не только тормозит бездумные манипуляции с числами, но и способствует формированию понятия скорости.
Через два года от начала обучения школьников из экспериментальной группы демонстрировали существенное превосходство в решении задач на движение, требующих выделения таких характеристик движения, как скорость, время движения и пройденный путь, над испытуемыми из контрольной группы – при отсутствии различий в результатах этих групп в начале проведения эксперимента [93]. В экспериментальной группе не наблюдалось также и феноменов Пиаже, т.е. явлений смешения пространственных и временных характеристик движения. Таким образом, школьники, прошедшие экспериментальное обучение, имели более высокий уровень дифференцированности пространственно-временных представлений.