Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. Методологические предпосылки развития системного мышления учащихся 17
1.1. Представления о системном мышлении и подходы к его исследованию 17
1.2. Развитие и методологические предпосылки формирования системного мышления 47
1.3. Модель формирования элементов системного мышления учащихся старших классов на материале курса «Информатика и ИКТ» 68
Выводы по главе I 83
ГЛАВА II. Опытно-экспериментальная работа по оценке эффективности модели и технологии формирования элементов системного мышления учащихся старших классов в курсе «Информатика и ИКТ» 85
2.1. Технология формирования элементов системного мышления учащихся старших классов в курсе «Информатика и ИКТ» 85
2.2. Организация педагогического эксперимента и содержание опытно-экспериментальной работы. 117
2.3. Обработка и анализ экспериментальных результатов исследования. 142
Выводы по главе II 152
Заключение 153
Список использованной литературы 156
Приложения 175
- Представления о системном мышлении и подходы к его исследованию
- Модель формирования элементов системного мышления учащихся старших классов на материале курса «Информатика и ИКТ»
- Технология формирования элементов системного мышления учащихся старших классов в курсе «Информатика и ИКТ»
- Организация педагогического эксперимента и содержание опытно-экспериментальной работы.
Введение к работе
Актуальность и постановка проблемы исследования. В концепции модернизации российского образования на период до 2010 года отмечается, что для решения глобальных проблем, возникших сегодня перед человечеством, требуется формированріе современного мышления у молодого поколения. В документе подчеркивается, что в условиях перехода к постиндустриальному обществу особую важность приобретают такие качества личности как умение самостоятельно принимать ответственные решения в ситуации выбора, прогнозріровать их возможные последствия, мобильность, динамизм, конструктивность.
Современная система образования не в полной мере обеспечивает решение поставленных задач. Традиционный процесс обучения в общеобразовательной школе, построенный, преимущественно, на объяснительно-иллюстративных методах, ориентирован на оперирование конкретными объектами реальной дєйстврітєльности или их готовыми моделями. Мыслительная деятельность учащихся в процессе такого обучения ограничена.
Существенное изменение способов мышления школьников возможно в рамках современных мыследеятельностных концепций (Ю.В. Громыко), где основной акцент ставится не на усвоении содержания (это задача второго плана), а на создании таких условий, при которых будет наиболее эффективно формироваться мышление учащихся. Кроме того, при изучении школьниками сложного материала ряда дисциплин может использоваться «ориентировка по системному типу», целью которой является формирование системного мышления в процессе обучения (З.А. Решетова).
Системный подход в настоящее время является базовой методологической предпосылкой в любой области знания - он даёт возможность изучать разные системы или явления с помощью одинаковых методов. Несмотря на то, что элементы системного подхода можно выделить в большинстве школьных дисциплин, формирование основных системных представлений у учащихся
осуществляется стихийно - без участия преподавателя, методом «проб и ошибок». В то же время педагог может и должен целенаправленно создавать педагогические условия для формирования основ системного мышления школьников — мышления, направленного на раскрытие целостности объектов, выявление многочисленных, часто скрытых взаимосвязей, сведение этих взаимосвязей в единую, общую картину.
Под системкым мыитеушсм в нашем исследовании понимается мышление, в процессе которого субъект рассматривает предмет мыслительной деятельности как систему, выделяя в нём соответствующие системные свойства, отношения, закономерности. Необходимо отметить, что основы системного мышления закладываются в течение всего курса обучения в общеобразовательной школе и далее получают своё развитие в ходе профессионального образования и в практической деятельности субъекта. В педагогических исследованиях более правомерно, на наш взгляд, говорить о формировании элементов системного мышления в рамках той или иной учебной дисциплины.
Выявление и обоснование педагогических условий формирования элементов системного мышления целесообразно, прежде всего, в рамках дисциплины «Информатика и информационно-коммуникационные технологии» («Информатика и ИКТ»), так как в современной системе образования информатика рассматривается как метапредмет, предоставляющий универсальные инструменты и наиболее общие подходы к изучению других предметных областей и призванный облегчить и упростить восприятие сложного и объёмного учебного материала. Многие учёные (А.А. Веряев, А.П. Ершов, С.Д. Каракозов, А.А. Кузнецов, М.П. Лапчик, B.C. Леднев и др.) подчёркивают особую роль информатики, её общенаучный, интегративный характер.
Системное мышление необходимо формировать и в рамках других дисциплин, но именно в дисциплине «Информатика и ИКТ» присутствует обязательный раздел «Моделирование и формализация», в котором могут быть рассмотрены основополагающие и сквозные для всех остальных разделов курса (и других школьных дисциплин) системные понятия и закономерности.
Деятельность по моделированию систем, с нашей точки зрения, открывает наибольшие возможности по формированию системного мышления старшеклассников.
Выбор возрастной категории - учащихся старших классов обусловлен тем, что школьники данного возраста уже обладают достаточно высоким уровнем развития словесно-логического мышления, необходимым для усвоения абстрактных системных понятий и категорий, в этом возрасте интенсивно совершенствуется теоретическое мышление, обеспечивающее возможность формирования теоретических представлений о системах (Ж. Пиаже, В.В. Давыдов, Г.А. Берулава). Кроме того, изучение естественнонаучных дисциплин в рамках программы общеобразовательной школы гарантирует наличие у старшеклассников эмпирических знаний о системных объектах различной природы, на которые можно опираться в работе по формированию элементов системного мышления. Наконец, именно в старшем школьном возрасте начинается изучение курса «Информатика и ИКТ», в рамках которого учащиеся осваивают средства и способы информационного моделирования систем.
Важность формирования системного мышления в общеобразовательной школе подтверждается различными нормативными документами, в частности, сформированность системно-аналитического стиля мышления отражена в перечне компетентностей в области информатики, разработанном под руководством А.А. Кузнецова.
В настоящее время проблема системного мышления, вопросы формирования элементов системного мышления в обучении привлекают всё большее внимание как зарубежных, так и отечественных исследователей.
Зарубежные учёные рассматривают роль системного мышления в деятельности менеджеров, экономистов, инженеров, врачей, педагогов и других специалистов (С. Argyris, S.A. Cavaleri, М.С. Jackson, J. Laporta, A.T. Rosenthal, P. Senge, B. Thornton и др.). По мнению ряда зарубежных исследователей (Ф. Капра, Дж. О'Коннор, Я. Мак-Дермотт и др.) системное мышление обу-
словлено, прежде всего, пониманием роли информационных процессов и взаимосвязей в функционировании систем.
В работах ведущих отечественных учёных: А.В. Брушлинского, Б.М. Величковского, Л.С. Выготского, А.Н. Леонтьева, С.Л. Рубинштейна, O.K. Тихомирова мышление рассматривается как процесс познания сложной системно-организованной реальности. Исследованию различных видов и стилей мышления (теоретического, практического, научного, системного и др.) посвящены работы Л.Г. Антипенко, М.Ф. Веденова, В.В. Давыдова, Д.В. Деулина, Н.В. Городецкой, И.Б. Новик, Дж. О'Коннор, З.А. Решетовой, Л.С. Сагателовой, Ю.В. Сенько, Э.Г. Скибицкого, Б.М. Теплова, В.К. Толкачева, Ж.Т. Туленова, В.К. Шабельникова и др.
Вопросы формирования мышления в процессе обучения исследовались в
работах Ю.В. Громыко, И.А. Илы-шцкой, З.И. Калмыковой, И.Я. Лернера,
В.Т. Кудрявцева, A.M. Матюшкина, М.И. Махмутова, В. Оконь,
В.Ф. Паламарчук, А.В. Хуторского и др. В трудах указанных авторов рассматривались различные аспекты проблемных и эвристических методов обучения, их применение в преподавании школьных дисциплин.
Проблемы, связанные с формированием системного мышления в рамках курса информатики, затрагиваются в работах С.А. Бешенкова, А.А. Кузнецова, Н.В. Макаровой, СМ. Окулова, Е.А. Ракитиной, И.Г. Семакина, Н.Н. Усковой, Е.К. Хеннера, В.В. Черникова и др.
Изучение литературных источников показало недостаточный, по нашему мнению, анализ понятия «системное мышление», его структуры, базовых характеристик. Недостаточно разработаны вопросы формирования системного мышления на материале школьных дисциплин, кроме того, в современной школе не в полной мере используются возможности курса «Информатика и ИКТ» для формирования элементов системного мышления учащихся старших классов. Можно выделить небольшое количество исследований, в которых рассматривалась проблема формирования системного мышления школьников, но выполненных либо не на материале курса «Информатика и ИКТ» (Д.О. Данилов,
E.B. Иваньшина, Л.С. Сагателова), либо для другого школьного возраста (Н.Н. Ускова). Только работа В.В. Черникова (1998), основанная на формировании у школьников интернаучных понятий, касается исследования системного мышления учащихся старших классов в курсах информатики, физики, астрономии, экологии.
Таким образом, актуальность исследования обусловлена наличием следующих противоречий:
между высокими требованиями к уровню развития системного мышления выпускников общеобразовательной школы и его недостаточной сформиро-ванностью у старшеклассников;
между значительными потенциальными возможностями школьных дисциплин, в том числе дисциплины «Информатика и ИКТ» для формирования системного мышления учащихся, и недостаточной теоретической и практической разработкой вопросов, связанных с формированием элементов системного мышления в педагогическом процессе.
Выделенные противоречия определили выбор темы исследования: «Педагогические условия формирования элементов системного мышления учащихся старших классов», проблема которого состоит в разрешении противоречия между необходимостью формирования системного мышления учащихся и недостаточной теоретической и практической разработанностью этого процесса в педагогике.
Цель исследования состоит в выявлении и разработке условий, обеспечивающих повышение уровня системности мышления учащихся старших классов общеобразовательной школы на примере курса «Информатика и ИКТ».
Объект исследования: процесс обучения учащихся старших классов общеобразовательной школы.
Предмет исследования: формирование элементов системного мышления учащихся старших классов в курсе «Информатика и ИКТ».
В соответствии с проблемой и целью исследования была выдвинута гипотеза исследования: формирование элементов системного мышления в курсе
«Информатика и ИКТ» будет более эффективным, если учебная деятельность будет осуществляться системно и целенаправленно в рамках модели и соответствующей ей технологии, а также с учётом выполнения следующих условий:
акцентировании внимания учащихся на содержании раздела «Моделирование и формализация» дисциплины «Информатика и ИКТ». При изложении других разделов курса «Информатика и ИКТ» желательно также опираться на системные представления - излагать материал, демонстрируя системный стиль мышления;
выявлении основных системных умений в структуре мыслительной деятельности учащихся старших классов, систематическом и последовательном их формировании как при изложении теоретического материала, так и в процессе решения задач;
предложении учащимся специально разработанного комплекса задач. При анализе, формализации и решении задач учащиеся будут опираться на системные представления и развивать основные системные умения в структуре мыслительной деятельности;
использовании в учебном процессе специально подобранного программного обеспечения, способствующего формированию элементов системного мышления в рамках содержательной линии «Моделирование и формализация».
Для достижения поставленной цели и проверки выдвинутой гипотезы были сформулированы следующие задачи исследования:
Проанализировать основные представления о системном мышлении в зарубежных и отечественных психолого-педагогических исследованиях.
Познакомиться с состоянием проблемы исследования в теории и практике о гечественного школьного образования.
Уточнить определение системного мышления, выделить его базовые характеристики и описать структуру.
Разработать и обосновать уровни и соответствующие им критерии для оценки системности мышления учащихся старших классов.
Теоретически обосновать и разработать модель формирования элементов системного мышления учащихся на примере школьного курса «Информатика и ИКТ».
Апробировать, экспериментально проверить и проанализировать эффективность предлагаемой модели и основанной на ней технологии формирования элементов системного мышления школьников.
Методологическую основу исследования составили:
на общефилософском уровне: системный подход (А.Н. Аверьянов, В.Г. Афанасьев, И.В. Блауберг, В.П. Кузьмин, В.Н. Садовский, А.И. Уемов, Э.Г. Юдин и др.), системный анализ (Ф.И. Перегудов, В.Н. Спицнадель, Ф.П. Тарасенко и др.), работы, посвященные моделированию как методу познания (Б.Я. Советов, В.А. Штофф, С.А. Яковлев и др.);
на общенаучном уровне: исследования, в которых раскрывается сущность деятельностного подхода к процессу обучения (П.Я. Гальперин, В.В. Давыдов, А.Н. Леонтьев, С.Л. Рубинштейн, Н.Ф. Талызина, Д.Б. Эльконин и др.).
на конкретно-научном уровне: психологические исследования мышления и интеллекта (А.В. Брушлинский, Б.М. Величковский, Л.С. Выготский, А.Н. Леонтьев, С.Л. Рубинштейн, Б.М. Теплов, O.K. Тихомиров, М.А. Холодная), методология педагогического исследования (Ю.К. Бабанский, В.Н. Загвязинский, М.Н. Скаткин), общедидактические принципы (Ю.К. Бабанский, В.В. Краевский, B.C. Леднев, И.Я. Лернер, М.Н. Скаткин и др.).
Теоретической основой исследования явились работы:
в области проблемного обучения (Ю.В. Громыко, З.И. Калмыкова, И.Я. Лернер, В.Т. Кудрявцев, A.M. Матюшкин, М.И. Махмутов, Р. Ничкович, В. Оконь, А.В. Хуторской и др.);
в области системного мышления (И.Ю. Асманова, Н.В. Городецкая, Д.В. Деулин, Г.С. Молотков, И.Б. Новик, Дж. О'Коннор, З.А. Решетова, Л.С. Сагателова и др.);.
- посвященные формированию системного мышления в процессе моде
лирования в курсе информатики (С.А. Бешенков, В.М. Казиев, Н.В. Макарова,
СМ. Окулов, Н.И. Пак, Е.А. Ракитина, И.И. Раскина, И.Г. Семакин,
Н.Н. Ускова, Е.К. Хеннер, В.В. Черников и др.), а также исследования по фор
мированию системного мышления в рамках других школьных дисциплин
(Д.О. Данилов, Д.М. Жилин, О.А. Жильцова, Е.В. Иваньшина и др.).
Для решения поставленных задач в работе использовались следующие методы исследования:
теоретические методы: анализ и обобщение философской, психолого-педагогической, методической литературы, научных публикаций и диссертационных исследований по теме, изучение государственных образовательных стандартов, учебных программ, анализ учебно-методических пособий, сравнение и обобщение педагогического опыта, обобщение и систематизация научных положений по теме исследования, моделирование учебного процесса;
эмпирические методы: педагогическое наблюдение, беседа, экспертная оценка, анализ контрольных работ и рассуждений учащихся, педагогический эксперимент (констатирующий, формирующий и контрольный этапы), статистическая обработка и интерпретация результатов эксперимента.
Научная новизна исследования заключается в том, что в отличие от работ В.В.Черникова (1998), Е.В. Иваньшиной (2005), Н.Н. Усковой (2005), Л.С. Сагателовой (2006), Д.О. Данилова (2007), в которых также исследуется проблема формирования системного мышления учащихся, в предлагаемом исследовании решены следующие задачи:
1. Выявлены и обоснованы следующие педагогические условия формирования элементов системного мышления учащихся старших классов:
опора на системные представления учащихся как при изложении теоретического материала, так и в процессе решения задач;
использование специально разработанного комплекса задач;
и
- применение в учебном процессе специального программного обеспе
чения, способствующего формированию элементов системного мыш
ления учащихся.
Обосновано, что представления о системном мышлении учащихся должны содержать два компонента: содержательный и процессуальный, в каждом из которых можно выделить минимальный и основной уровни.
В структуре мыслительной деятельности старших школьников выделены основные системные умения, к которым относятся следующие умения: узнавать системные объекты и отличать их от несистемных, видеть систему как иерархическую структуру взаимодействующих между собой элементов, выделять общий принцип построения системы и ее интегративные свойства, конструировать на основе заданных интегративных свойств новую систему или разрабатывать и использовать модель системы.
Обоснованы четыре уровня, характеризующие системность мышления учащихся: досистемный, эмпирико-системный, интегративно-системный, конструктивно-системный, введены и описаны соответствующие им критерии.
Разработаны модель и технология формирования элементов системного мышления учащихся старших классов па материале дисциплины «Информатика и ИКТ», включающая в себя три этапа: пропедевтический, основной и творческий.
Теоретическая значимость исследования состоит в том, что:
уточнено понятие системного мышления и его базовые характеристики. В качестве базовых характеристик, в соответствии с которыми можно диагностировать системное мышление, выступают: опосредованность мышления системными понятиями и категориями, обобщенность, диалогичность, поисковый характер, отношение субъекта к предмету мыслительной деятельности как к сложной системе;
выявлено место системного мышления в различных классификациях видов мышления. Описана классификация, в которой в качестве альтернативы системному мышлению рассматривается механистическое мышление;
теоретически обоснована модель формирования элементов системного мышления учащихся на примере курса «Информатика и ИКТ», включающая в себя целевой, содержательный, процессуальный и результативный блоки;
обоснована и разработана классификация задач, ориентированных на формирование элементов системного мышления в курсе «Информатика и ИКТ», включающая в себя следующие типы задач: задачи на узнавание и различение систем, задачи на анализ и выделение системных свойств и взаимодействий, задачи на применение закономерностей функционирования и развития систем, задачи на построение моделей систем на основе заданных системных свойств и взаимодействий, задачи на перенос моделей, построенных для одних систем, на другие системы.
Практическая значимость исследования заключается в следующем:
разработана технология поэтапного формирования элементов системного мышления учащихся на примере курса «Информатика и ИКТ» и экспериментально доказана её эффективность;
построен комплекс задач, способствующих формированию элементов системного мышления учащихся в курсе «Информатика и ИКТ», существенной составляющей которого являются задачи, сформулированные на естественном языке;
составлен комплект дидактических магериалов по формированию элементов системного мышления учащихся в курсе «Информатика и ИКТ», содержащий набор диагностических задач, тесты, раздаточный материал, файлы-заготовки для учащихся, обучающие презентации;
разработанная технология формирования элементов системного мышления учащихся может быть рекомендована учителям информатики общеобразовательных школ к практическому её использованию при обучении дисциплине «Информатика и ИКТ» в старших классах общеобразовательной школы;
результаты диссертационного исследования могут быть рекомендованы к использованию на курсах повышения квалификации преподавателей информатики образовательных учреждений.
На защиту выносятся следующие положения:
Формирование элементов системного мышления учащихся старших классов включает в себя поэтапное обучение старшеклассников основным системным понятиям и развитие у них системных умений в структуре их мыслительной деятельности.
Технология формирования элементов системного мышления основывается на использовании комплекса задач, сформулированных, преимущественно, на естественном языке, и специально подобранного программного обеспечения, способствующего формированию элементов системного мышления в рамках курса «Информатика и ИКТ».
Использование комплекса задач в учебном процессе способствует формированию элементов системного мышления учащихся старших классов при анализе условий задач, формализации и их решении с опорой на системные понятия и умения в структуре мыслительной деятельности.
Достоверность и обоснованность результатов исследования обеспечены опорой на базовые теоретико-методологические научные позиции, использованием апробированных и надежных методов исследования, адекватных его объекту, предмету, цели и задачам, корректной организацией опытно-экспериментальной работы, репрезентативностью выборки, результатами качественного и количественного анализа экспериментальных данных, экспериментальным подтверждением гипотезы исследования.
Этапы исследования:
Первый этап (2001-2004 гг.) - осмысление проблемы исследования. На этом этапе был проведен анализ философской, психолого-педагогической, методической литературы, научных публикаций, диссертационных работ, связанных с темой исследования. Результатом явилось определение объекта и предмета исследования, постановка цели и задач, выдвижение рабочей гипотезы, составление плана дальнейшей теоретико-экспериментальной работы.
Второй этап (2005—2008 гг.) — разработка модели и технологии формирования элементов системного мышления учащихся на примере дисциплины
«Информатика и ИКТ» и их апробация, проведение опытно-экспериментальной работы.
Третий этап (2008-2009 гг.) - количественный и качественный анализ данных исследования, обобщение и интерпретация полученных результатов, оформление диссертационной работы.
Опытно-экспериментальной базой исследования явились МОУ «Средняя общеобразовательная школа № 20 с углубленным изучением отдельных предметов», МОУ «Средняя общеобразовательная школа № 12 с углубленным изучением отдельных предметов», МОУ «Гимназия № 2» г. Бийска Алтайского края. Общее число участвовавших в исследовании на всех его этапах составило 378 человек. В педагогическом эксперименте приняли участие 84 учащихся 10-х классов МОУ «Средняя общеобразовательная школа № 20 с углубленным изучением отдельных предметов» г. Бийска Алтайского края, а также 9 преподавателей кафедры информатики ГОУ ВПО «Бийский педагогический государственный университет имени В.М. Шукшина».
Личный вклад исследователя. Автором лично исследована проблема формирования элементов системного мышления учащихся в курсе «Информатика и ИКТ» в период с 2001 г. по 2009 г., а также выдвинуты основные положения диссертационного исследования. На протяжении учебного года (2007-2008 гг.) исследователем лично проводилась опытно-экспериментальная работа с учащимися 10-х классов МОУ «Средняя общеобразовательная школа № 20 с углубленным изучением отдельных предметов» г. Бийска Алтайского края в соответствии с разработанной моделью и технологией, анализировались получаемые в процессе исследования результаты.
Апробация и внедрение результатов исследования. Основные теоретические положения и результаты исследования обсуждены и получили одобрение на международной научно-практической конференции «Инновации в педагогическом образовании» (Новосибирск, 2008); всероссийских научно-практических конференциях: «Образование в XXI веке» (Тверь, 2007), «Развитие личности в образовательном пространстве в условиях профильного обучения» (Бийск,
2007), «Самореализация личности в современных социокультурных условиях» (Тольятти, 2007), «Фундаментальные науки и образование» (Бийск, 2008), «Современные технологии в российской системе образования» (Пенза, 2008), «Проблемы и перспективы развития образования в современных социокультурных условиях» (Бийск, 2008); на региональной научно-практической конференции «Подготовка специалистов без отрыва от производства в системе педагогического образования: проблемы и перспективы» (Бийск, 2007).
Основные положения и результаты диссертационного исследования обсуждены на совместном заседании кафедры педагогики и кафедры информатики ГОУ ВПО «Бийский педагогический государственный университет имени В.М. Шукшина».
Разработанная технология формирования элементов системного мышления учащихся старших классов внедрена в учебный процесс МОУ «Средняя общеобразовательная школа № 20 с углубленным изучением отдельных предметов», МОУ «Средняя общеобразовательная школа № 12 с углубленным изучением отдельных предметов» и МОУ «Гимназия № 2» г. Бийска Алтайского края.
По теме диссертационного исследования опубликовано 11 научных работ общим объёмом 4,53 п. л., в том числе 2 статьи в изданиях, рекомендованных Перечнем ВАК РФ: «Мир науки, культуры, образования» (Горно-Алтайск, 2008), «Сибирский педагогический журнал» (Новосибирск, 2008).
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, двух глав, заключения, списка использованной литературы, включающего 189 наименований, в том числе 19 на иностранном языке, и 10 приложений. Диссертация содержит 18 таблиц, 4 рисунка. Общий объем работы составляет 197 страниц.
Во введении обоснована актуальность темы исследования; сформулированы цель, объект, предмет, гипотеза, задачи; описаны методологическая и теоретическая основы и методы исследования, опытно-экспериментальная база и этапы, достоверность и обоснованность; определены научная новизна, теоретическая и практическая значимость работы, сформулированы положения, выносимые на защиту; содержатся данные об апробации результатов исследования.
В первой главе «Методологические предпосылки развития системного мышления учащихся» проанализированы представления о системном мышлении и подходы к его исследованию, рассмотрены развитие и методологические предпосылки формирования системного мышления у учащихся, представлена модель формирования элементов системного мышления учащихся старших классов на материале курса «Информатика и ИКТ».
Во второй главе «Опытно-экспериментальная работа по оценке эффективности модели и технологии формирования элементов системного мышления учащихся старших классов в курсе «Информатика и ИКТ» рассматривается технология формирования элементов системного мышления, излагается организация педагогического эксперимента и содержание опытно-экспериментальной работы по проверке предлагаемой модели и технологии, описывается обработка и анализ результатов исследования.
В заключении приводятся основные результаты и выводы, полученные в результате диссертационного исследования.
Представления о системном мышлении и подходы к его исследованию
Родовым по отношению к понятию системного мышления является понятие «мышление», представляющее собой одну из наиболее сложных ка-тегорий современной науки. Исследования мышления в его различных ас-пектах проводятся в рамках философской теории познания, логики, киберне-тики, педагогики и других наук [2; 19; 24; 28; 53; 126; 168 и др.], однако ос-новной дисциплиной, занимающейся вопросами исследования мышления является психология [20; 25; 26; 77; 87; 119; 139; 142; 155 и др.]. Данное ис-следование базируется на идеях психологии, но имеет педагогическую на-правленность, поскольку в ней обсуждаются вопросы формирования сис-темного мышления учащихся в учебном процессе.
Согласно определению известного отечественного психолога С.Л. Рубинштейна мышление – это «опосредованное – основанное на рас-крытии связей, отношений, опосредований – и обобщенное познание объек-тивной реальности» [119, с. 310]. Мышление раскрывает законы действи-тельности, переходя от случайных и несущественных к существенным свой-ствам и отношениям. Другой классик отечественной психологии – А.Н. Леонтьев – рассматривал мышление как процесс сознательного отра-жения действительности в таких связях и отношениях, в которые включают-ся и недоступные непосредственному чувственному восприятию объекты или их свойства [79]. Такое определение, выдвигающее на первый план от-ражение сверхчувственных свойств действительности, свидетельствует о том, что, в понимании ведущих отечественных психологов, мышление все-гда выступало как познание системно-организованной сложной реальности.
Одной из наиболее разработанных и глубоких психологических теорий мышления в отечественной науке является теория мышления как прогнози-рования А.В. Брушлинского [20; 21]. Рассматривая процессуальную органи-зацию мышления А.В. Брушлинский, как и С.Л. Рубинштейн полагал, что начальным моментом мыслительного процесса является проблемная ситуа-ция [20; 21]. Осознание наличия проблемы и последующий анализ её содер-жания приводят к постановке мыслительной задачи, которую можно опреде-лить как поставленную в определенных условиях цель, отражающую требо-вания задачи. Противоречие между наличными условиями и требованиями А.В. Брушлинский называет основным отношением, которое и выступает в роли искомого. Основной парадокс мышления, на который обращает внима-ние данный ученый, заключается в том, что искомое неизвестно на началь-ных этапах мыслительного акта. Как можно искать нечто, о чем ещё ничего неизвестно? Это противоречие снимается тем, что человек постоянно про-гнозирует будущее решение, предвосхищая возможное основное отношение задачи в форме гипотезы.
Опираясь на теоретический анализ проблемы С.Л. Рубинштейном и соб-ственные эмпирические исследования, А.В. Брушлинский приходит к выводу, что основное отношение задачи раскрывается с помощью процесса анализа че-рез синтез, то есть включение объекта во всё новые связи, благодаря чему он выступает в своих новых качествах [20]. Иными словами, анализ через синтез выступает как включение объекта в новые системы отношений, в которых он раскрывает свои новые системные свойства. Обнаруживая и учитывая новые свойства объекта, человек продвигается к раскрытию основного отношения за-дачи, модифицируя свои гипотезы. Критерии для оценки гипотез также форми-руются и изменяются в ходе самого мыслительного акта на основе анализа проблемы.
В психологических исследованиях А.В. Брушлинского мышление высту-пает как недизъюнктивный процесс, изначально направленный на раскрытие неочевидных существенных свойств и отношений посредством мысленного включения объекта во все новые связи. Эти исследования показывают, что в самой психологической природе мышления заложена его направленность на постижение сложных системных объектов действительности. Рассматривая мышление в его отношении к реальной человеческой прак-тике, чаще всего психологи выделяют два его вида: практическое и теоретиче-ское мышление.
Практическое мышление направлено на решение частных конкретных за-дач, имеющих непосредственное практической значение [67; 139], в то время как теоретическое мышление связано в основном с поиском общих закономер-ностей, объясняющих разные стороны действительности [39; 140]. Теоретиче-ское мышление реализует поиск всеобщего решения, применимого к целому классу ситуаций, задач, а практическое мышление направлено на преобразова-ние объекта и поэтому неотрывно от реализации. Если теоретическое мышле-ние задействовано, как правило, лишь в научной и учебной деятельности, то сфера проявления практического мышления несравненно шире, она охватывает почти все области человеческой практики, так как в каждой из них так или ина-че приходится решать различные проблемы. Безусловно, теоретическое мыш-ление, также, в конечном итоге опосредованно связано с решением жизненных проблем, однако, работа практического ума непосредственно вплетена в прак-тическую деятельность различных специалистов – инженеров, врачей, педаго-гов, психологов, военных и т. д. Тем не менее, учёные долгое время уделяли сравнительно мало внимания практическому мышлению, хотя в настоящее время интерес к нему возрастает [67; 137; 150].
Вместе с тем, даже из этих немногочисленных исследований ясно, что, хотя продукт практического мышления не имеет столь всеобщего значения как результаты теоретических размышлений, это не означает его меньшей сложно-сти. Некоторые из выявленных характеристик практического мышления, скорее наоборот, свидетельствуют о его большей сложности, ввиду того, что практик вынужден рассматривать проблему во всей её полноте, избегая упрощенных моделей и идеальных схем, свойственных теоретическим исследованиям, и действуя зачастую в условиях жестких временных ограничений [67; 150].
Модель формирования элементов системного мышления учащихся старших классов на материале курса «Информатика и ИКТ»
Выделив структурные компоненты мыслительной деятельности учащихся старших классов, и, описав основные системные умения, перейдем к рассмот-рению процесса формирования элементов системного мышления учащихся старших классов на материале курса «Информатика и ИКТ».
Прежде всего, необходимо отметить, что в образовательном процессе возможны различные организационные подходы к формированию элементов системного мышления. Например, в исследованиях Н.В. Городецкой [34] и Г.С. Молоткова [93], посвящённых формированию системного мышления сту-дентов ВУЗа, основы системного мышления закладываются в рамках специаль-ной дисциплины «Теория систем и системный анализ», изучение которой встраивается в учебный план наряду с другими дисциплинами. Подобный спецкурс «Теория систем» для учащихся старших классов предлагает Д.М. Жилин [49]. В то же время ряд авторов (Д.О Данилов [41], Е.В. Иваньшина [55], В.В. Черников [159]) предлагают формировать системное мышление в рамках уже имеющихся школьных дисциплин. Таким образом, формирование системного мышления школьников возможно в виде следующих организационных подходов: 1. Системное мышление формируется в рамках соответствующей дис-циплины («Теория систем», «Системология», «Системный анализ»), которая вводится в учебный план. Но обучение школьников системному подходу без специальных мер, направленных на их развитие, не приведёт к формированию системного мышления. По мнению Ю.В. Сенько, вооружение учащихся систе-мой научных знаний не обеспечивает автоматически формирование у них на-учного стиля мышления – мышления, основанного на методологических прин-ципах системного подхода [123]. 2. Системное мышление формируется в рамках уже существующих учебных курсов. Этот организационный подход в наибольшей степени соответ-ствует критериям В.С. Леднева к отбору содержания образования [76]. Мы по-лагаем, что в нашем исследовании этот подход более целесообразен. Так как системное мышление в исследовании формируется в рамках кур-са «Информатика и ИКТ», и, по-видимому, процесс формирования такого мышления имеет (как и процесс обучения) определённую структуру, то для нашего исследования необходимо построить специальную модель – модель формирования системного мышления учащихся, которая будет являться осно-вой для разработки соответствующей технологии. К разработке такой модели необходимо подходить с позиций системного подхода – учитывать, что процесс обучения, как и всякая система, обладает определённым набором компонентов, взаимодействие которых обеспечивает достижение поставленных целей. Наиболее типичной в настоящее время является последовательность и содержание компонентов процесса обучения, предложенные Ю.К. Бабанским [8]. В структуре процесса обучения Ю.К. Бабанский выделяет следующие ком-поненты: 1. Целевой. 2. Стимулирующе-мотивационный. 3. Содержательный. 4. Операционно-действенный. 5. Контрольно-регулировочный. 6. Оценочно-результативный. Целевой компонент представляет собой постановку педагогом и принятие школьниками целей и задач обучения. Стимулирующе-мотивационный компонент отражает меры по формиро-ванию познавательных потребностей, мотивации самостоятельной учебной деятельности. Содержательный компонент процесса обучения – это содержание обуче-ния, определяемое государственными образовательными стандартами, учебны-ми программами, учебными пособиями. Операционно-действенный компонент процесса обучения отражает его процессуальные характеристики, формы, методы и средства, применяемые в учебном процессе. Контрольно-регулировочный компонент предполагает осуществление контроля педагогом и самоконтроля учащихся с целью установления обратной связи и корректировки хода процесса обучения. Оценочно-результативный компонент объединяет оценку педагога и са-мооценку учащихся, позволяет выяснить степень соответствия результатов по-ставленным целям, выявить причины их возможного несоответствия с целью дальнейшей корректировки процесса обучения. Все компоненты процесса обучения тесно взаимосвязаны. Принятие цели требует воздействия на мотивационно-потребностную сферу учащихся. Цель обучения определяет его содержание. Цель и содержание требуют определён-ных методов, средств и форм организации учебного процесса. В процессе обу-чения необходим контроль – он позволяет установить обратную связь, выявить степень успешности учения школьников. Оценка результатов определяет новые цели процесса обучения. Только реализация всех компонентов в комплексе обеспечивает достижение поставленных целей. Используя структуру Ю.К. Бабанского, была разработана модель формирования системного мышления школьников, в которой мы выделяем следующие блоки: целевой, содержательный, процессуальный, результативный (рисунок 1).
Технология формирования элементов системного мышления учащихся старших классов в курсе «Информатика и ИКТ»
Целью предлагаемой в данном диссертационном исследовании модели и, основанной на ней технологии является повышение уровня системности мыш-ления учащихся старших классов в курсе «Информатика и ИКТ». Достижение этой цели возможно путём создания особых педагогических условий для ус-воения учащимися определённого содержания, при использовании наиболее способствующих для формирования элементов системного мышления методов и форм обучения, дидактических средств. Рассмотрим подробнее все, перечис-ленные выше, компоненты.
Прежде всего, предлагаемая технология должна опираться на содержание обязательного минимума образования по дисциплине «Информатика и ИКТ». Формирование основных системных понятий в дисциплине «Информатика и ИКТ» осуществляется в рамках содержательной линии «Моделирование и формализация». Линия «Моделирование и формализация» включает в себя сле-дующие элементы: «Моделирование как метод познания. Формализация. Мате-риальные и информационные модели. Информационное моделирование. Ос-новные типы информационных моделей (табличные, иерархические, сетевые). Исследование на компьютере информационных моделей из различных пред-метных областей» [135].
В соответствии с анализом методической литературы [15; 75] с точки зре-ния формирования системного мышления в содержательной линии «Моде-лирование и формализация» должны быть более подробно представлены сле-дующие вопросы: 1. Понятие системы, структуры системы. 2. Интегративные (эмерджентные) свойства системы. 3. Понятие модели системы или процесса. 4. Цели и технология процесса моделирования. 5. Методика проведения вычислительного эксперимента. 6. Понятие адекватности модели. Исходя из обязательного минимума содержания по дисциплине, а также в соответствии с анализом литературных источников [15; 75] можно сформули-ровать основные требования к знаниям и умениям школьников в рамках линии «Моделирование и формализация»: Учащиеся должны знать: - что такое система, структура системы, интегративные свойства системы; - что такое модель, основные виды и формы представления моделей; - в чем состоит цель моделирования, какие существуют основные этапы моделирования; - что такое формализация; - что означает «адекватность модели оригиналу». Учащиеся должны уметь: - отличать системные объекты от несистемных, приводить примеры сис-тем из разных областей знаний; - видеть структуру и взаимосвязи между элементами в системах; - выделять общие принципы построения, интегративные свойства систем; - приводить примеры моделей систем, выделять их существенные свойства; - проводить простейший анализ системных объектов с целью построения информационных моделей; - разрабатывать информационные модели средствами информационно-коммуникационных технологий; - планировать и осуществлять вычислительный эксперимент над не-сложными математическими моделями; - оценивать адекватность разработанных моделей оригиналу. Так как раздел «Моделирование и формализация» входит в обязательный минимум, он в той или иной мере освещается во всех авторских программах по дисциплине «Информатика и ИКТ» – глубокий анализ изложения этого раздела у разных авторов выполнен М.П. Лапчиком [75]. Несмотря на то, что в боль-шинстве учебных и методических пособий, рекомендованных или допущенных к использованию в образовательных учреждениях (А.Г. Гейн, Н.В. Макарова, И.Г. Семакин, Н.Д. Угринович и др.), достаточно глубоко освещаются различ-ные аспекты моделирования, формированию наиболее общих системных пред-ставлений в курсе «Информатика и ИКТ» уделяется, на наш взгляд, недоста-точное внимание. Из методических работ, посвященных развитию системного мышления в курсе «Информатика и ИКТ» необходимо отметить публикации Н.В. Макаровой [84; 85; 86]. Разработанный под редакцией Н.В. Макаровой учебно-методический комплект базируется на «объектно-информационной концепции» [86]. Согласно этой концепции, процесс формирования системного мышления сводится к моделированию с помощью обобщённой ориентировочной схемы: постановка задачи – разработка модели – компьютерный эксперимент – анализ результатов. Основное внимание уделяется построению информационных моделей в среде Microsoft Office. Вместе с тем, авторский подход, на наш взгляд, отличается некоторой механистичностью – недостаточно глубоким рассмотрением наиболее общих системных категорий и принципов, недостаточным анализом учащимися системных свойств, отношений и закономерностей. Более полно системные представления излагаются в учебных пособиях под редакцией И.Г. Семакина, Е.К. Хеннера – раскрываются понятия системы, системного эффекта, структуры системы, информационной модели, описыва-ются типы моделей, приводятся основные этапы решения задачи методом ма-тематического моделирования, рассматриваются этапы компьютерного экспе-римента. Предлагается дополнительный материал – основы системного анали-за, моделирование в виде графов, представление системы в виде «черного ящи-ка», рассматриваются вопросы систематизации и классификации информации. Недостатком, на наш взгляд, является то, что все основные системные понятия усваиваются учащимися либо на примере решения задач не связанных с ком-пьютерным моделированием, либо на примере достаточно сложных задач ма-тематического моделирования, изучение которых целесообразно уже на про-фильном уровне [57; 58]. Таким образом, для построения технологии необходимо определить ком-плекс системных понятий, принципов, закономерностей, с изложения которых должно начинаться рассмотрение вопросов моделирования в курсе «Информа-тика и ИКТ». Отбирая системные понятия, мы учитывали следующие факторы: 1. Представление понятия в обязательном минимуме содержания и в учебно-методических пособиях, рекомендованных к изучению в курсе «Ин-форматика и ИКТ» для старших классов.
Организация педагогического эксперимента и содержание опытно-экспериментальной работы.
Необходимо отметить, что, по нашему мнению, приведённая классифика-ция носит межпредметный характер и может быть перенесена на материал дру-гих школьных дисциплин.
Задачи первого и второго типов целесообразно решать с учащимися на пропедевтическом этапе. Задачи первого типа представляют собой, по сути, проблемные вопросы, в процессе обсуждения которых преподаватель подтал-кивает учащихся к «открытию» ими основных понятий системного подхода. Задачи этих типов использовались, также, с целью диагностики системности мышления – анализ этих задач приведён нами в следующем параграфе, посвя-щённом организации опытно-экспериментальной работы.
В процессе подбора задач третьего типа для данного исследования был выполнен анализ учебно-методической литературы по теме моделирования в курсе «Информатика и ИКТ» [57; 59; 75; 84; 91; 103; 149]; выбраны и перерабо-таны задачи из различных предметных областей – физики, биологии, экологии. Решение задач этого типа осуществлялось на основном этапе формирования элементов системного мышления. В процессе решения каждой задачи школь-никам задавался ряд проблемных вопросов. Характер ответов учащихся пока-зывал то, насколько мы приближались к цели – повышению уровня системно-сти мышления учащихся в учебном процессе. Примеры и анализ задач этого типа приводятся в следующем параграфе.
На творческом этапе учащиеся выполняют творческие проекты и иссле-довательские работы [31; 38; 106; 110; 133; 157], представляющие собой задачи четвёртого и пятого типов из приведённой ранее классификации. Примеры тем творческих проектов и исследовательских работ приводятся в следующем пара-графе. В рамках этого параграфа, считаем необходимым подробнее рассмотреть особенности использования метода проектов с целью формирования элементов системного мышления учащихся старших классов.
Метод проектов возник в двадцатые годы XX века в США, он связан с идеями американского философа и педагога Дж. Дьюи [45], а также его ученика У.Х. Килпатрика. В США, Великобритании, Бельгии и ряде других стран этот метод приобрёл в настоящее время широкое распространение. Проектная дея-тельность характеризуется определённой степенью самостоятельности учащих-ся, новизной, личностной значимостью проектов для школьников [106; 110]. Работа над проектом стимулирует познавательную активность старшеклассни-ков – выполнение проекта невозможно без привлечения дополнительных ис-точников информации. При подготовке творческих проектов школьники учатся ставить цели, формулировать задачи, планировать собственную деятельность, искать и систематизировать необходимую информацию (например, используя сеть Интернет), в результате чего у учащихся формируются общеучебные уме-ния и навыки.
Творческие проекты и исследовательские работы, выполняемые на заня-тиях по информатике, затрагивают не только когнитивную, но и эмоционально-мотивационную сферу, позволяют выявить и в какой-то мере сформировать у учащихся коммуникативные навыки, умения работать в группе [106; 110; 157]. Педагог при таком подходе выступает как консультант, помощник, высказыва-ет собственное мнение, но, учитывая возрастные особенности старшеклассни-ков [65; 151], не имеет права навязывать свою точку зрения. Речь преподавате-ля не должна представлять собой монолог – только активное обсуждение про-блем вместе с учащимися, в соответствии с выделенным нами ранее принципом диалогичности стимулирует мыслительную деятельность школьников. На творческом этапе приобретают особую ценность групповые формы деятельности учащихся. По мнению Л.С. Выготского: «Коллективные формы сотрудничества предшествуют индивидуальным формам поведения, вырас-тающим на их основе, и являются их прямыми родоначальниками и источника-ми их возникновения» [29, с. 203]. Групповое обсуждение и анализ процесса и результатов моделирования в форме защиты творческих проектов позволяет выявить и показать учащимся образцы системного стиля мышления на примере анализа выполненных школьниками работ.
В рамках данного исследования творческие проекты подразумевают кон-струирование школьниками моделей систем, а исследовательские работы – ис-следование построенных моделей, причём в качестве моделей для исследования могут выступать модели из задач третьего типа, построенные совместно с учи-телем по известным учащимся закономерностям (например, модели динамики популяций). Кроме того, творческие проекты, как правило, включают в себя и определённую исследовательскую работу учащихся. Рассмотрим далее более детально методические вопросы организации проектной деятельности учащих-ся в курсе «Информатика и ИКТ» с целью формирования элементов системного мышления.
Перед началом работы над проектами учащимся даётся наиболее общая ориентировка: совместно с учащимися выделяются цели и задачи работы, опре-деляется время на выполнение проектов. Преподаватель может продемонстри-ровать лучшие проекты учащихся из других классов, и, показывая возможный результат, дополнительно заинтересовать, мотивировать учащихся. Темы проектов могут либо распределяться учителем с учётом индивиду-альных особенностей учащихся, либо предлагаться школьникам на выбор. Вы-бранная тема проекта определяет средства для его реализации, например, моде-ли, содержащие таблицы или графики, удобнее разрабатывать в электронных таблицах, игровые модели целесообразнее создавать с помощью языков про-граммирования.
Выполнение творческих проектов возможно как в форме самостоятельной работы, так и в групповой деятельности учащихся. В соответствии с методикой «обучение в сотрудничестве» [110] для выполнения наиболее сложных и объ-ёмных работ формируются малые группы (микрогруппы) численностью два-три человека [161; 160]. Малые группы комплектуются с учётом индивидуаль-ных и психологических особенностей, пожеланий учащихся. В составе каждой такой малой группы должны быть как слабые, так и сильные учащиеся для то-го, чтобы сильные учащиеся в процессе работы могли помогать слабым. Поощ-ряется общение по теме проекта в микрогруппе вследствие чего, часть вопросов и проблем при работе над проектом решается без участия преподавателя. У учителя появляется возможность работать с наиболее отстающими учащимися.
