Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Современное общедидактическое представление- проблемы адекватности усвоения учебной информации 11
1. Общие подходы к решению исследуемой проблемы 11
2. Средства наглядности в контексте адекватности и неадекватности усвоения учебной информации 21
3. Познавательные барьеры и неадекватность усвоения учебной информации 36
4. Общие принципиальные подходы к модернизации средств и методов наглядного представления учебного знания в контексте повышения степени адекватности его усвоения 46
Выводы по первой главе исследования 57
Глава 2. Методики конструирования и применения наглядных средств, нацеленных на повышение степени адекватности усвоения студентами учебной информации 58
1. Общие закономерности использования мысленного эксперимента как средства повышения степени адекватности усвоения студентами учебной информации 58
2. Дидактические ситуации, связанные с целевым использованием мысленного эксперимента в вузовском учебном процессе. 64
3. Особенности использования мысленного эксперимента при обучении естественнонаучным и общетехническим дисциплинам в вузе 71
4, Экспериментальное решение исследуемой проблемы 83
Заключение 103
Библиография , 105
- Общие подходы к решению исследуемой проблемы
- Средства наглядности в контексте адекватности и неадекватности усвоения учебной информации
- Общие закономерности использования мысленного эксперимента как средства повышения степени адекватности усвоения студентами учебной информации
Введение к работе
На современном этапе развития отечественной системы высшего профессионального образования важное внимание уделяется проблеме качества образования, формирования у студентов знаний и представлений, адекватных сущности изучаемых объектов, процессов и явлений - таких, которые студент мог бы эффективно использовать и применять в процессе осмысления окружающей действительности, решения теоретических и практических задач, в процессе создания собственных научно-образовательных продуктов. При этом исследователи и практики высшей школы вновь и вновь обращаются к особенностям реализации в вузовском обучении, основополагающих дидактических принципов, среди которых является значимым принцип наглядности.
Принцип наглядности в обучении был сформулирован очень давно (ещё ЯЛ. Коменским) и традиционно рассматривался в контексте соотношения чувственных и рациональных элементов в учебном познании. Основной задачей преподавателя при этом признавалась такая организация учебного процесса, при которой абстрактные понятия формировались бы у студентов на основе богатого чувственного опыта - в этом случае мышление обучаемого развивалось бы наиболее последовательно, а сами научные понятия, законы, категории усваивались бы не формально, а на основе осознания глубоких, не лежащих на поверхности внутренних сущностных связей и отношений зависимости между теми объектами, явлениями и процессами, которые они описывают.
Проблема использования принципа наглядности в обучении исследовалась многими известными психологами и педагогами - Л.В. Занковым, Л.М. Фридманом, Э.Г. Мингазовым, И.К. Марковой, М.Н. Скаткиным, М.А. Даниловым, М.И. Махмутовым, Ю.К. Бабанским, Т.Н. Шамало и многими другими и на сегодня мы считаем достаточно исследованной и доведённой до «технологического» уровня важнейшую её
подпроблему, связанную с дидактическими основами предметно-образной наглядности. Достаточно подробно и детально сформулированы требования, предъявляемые к соответствующим наглядным средствам представления информации, определены критерии эффективности их использования в учебном процессе. Однако, до сих пор является недостаточно разработанной подпроблема, связанная с применением средств абстрактно-образной наглядности и формированием в сознании студента адекватных образов явлений, недоступных непосредственному чувственному восприятию и принципиально не подлежащих отражению «классическими» наглядными средствами. Потому, видимо, в ходе диагностики уровня знаний студентов выявляются многочисленные крайности: от отсутствия всякой наглядной основы изучаемых процессов вообще - до примитивных представлений, грубо искажающих сущностную основу изучаемого.
В связи со всем изложенным выше, следует вспомнить о таком методе реализации абстрактно-образной наглядности как мысленный эксперимент — это особая форма мыслительной деятельности субъекта познания, при которой он оперирует не с реальными объектами, а с их идеализированными моделями, создаваемыми в собственном сознании, экстраполируя затем полученные выводы на реальные объекты и явления окружающего мира. Отмеченный выше негатив, выражающийся в формировании в сознании студентов искаженных, неадекватных сущности происходящего знаний и представлений, в значительной степени связан, по мнению многих исследователей, именно с недостаточно эффективным использованием этого важного общенаучного метода в вузовском обучении, причем как преподавателями в процессе их обучающей деятельности, так и самими студентами в процессе учения.
Таким образом, актуальность данного исследования определяется противоречием между возможным и действительным уровнями использования мысленного эксперимента для повышения степени адекватности усвоения студентами учебной информации.
Из этого вытекает проблема исследования, которая может быть представлена в виде совокупности следующих вопросов: каким требованиям должно удовлетворять важнейшее средство абстрактной наглядности — мысленный эксперимент — с тем, чтобы способствовать в максимально возможной степени повышению степени адекватности усвоения студентами учебной информации; какие модификации содержания вузовского обучения и методы организации учебно-познавательной деятельности студентов необходимы для эффективного использования этого средства?
Объект исследования: процесс усвоения студентами учебной информации.
Предмет исследования: дидактические возможности использования мысленного эксперимента с целью повышения степени адекватности усвоения студентами учебной информации.
Цель исследования: разработка и обоснование методик использования мысленного эксперимента с целью наглядного представления элементов содержания вузовского образования, результатом которого будет повышение степени адекватности усвоения этого содержания студентами.
В своём исследовании мы исходили из гипотезы о том, что степень адекватности усвоения студентами учебной информации повышается, если:
в процессе усвоения ими учебного материала преподаватель делает акцент на сочетании чувственно-предметной и понятийно-знаковой наглядности — таком, при котором ведущую роль наряду с «натурным» играет мысленный эксперимент;
реализовать такое целевое использование мысленного эксперимента, при котором главными задачами будут:
а) выявление области применимости используемых моделей;
б) обеспечение всестороннего, многопланового исследования объекта
путём конструирования различных его моделей, позволяющих «перенести»
модель в любые желаемые для исследователя условия и ситуации;
в) использование результатов самостоятельного мысленного экспериментирования студентов в качестве оценки степени усвоения комплекса сущностных связей и отношений зависимости объектов, явлений и процессов.
Цель и гипотеза обусловили постановку следующих задач исследования:
Выявить недостатки в плане использования традиционных методик, реализующих принцип наглядности обучения, для формирования у студентов адекватных реальности представлений об изучаемых объектах, процессах и явлениях и обозначить принципиальные возможности их преодоления;
Разработать принципиальные подходы к использованию наглядных средств для повышения степени адекватности усвоения студентами учебного материала, осуществить их конкретно-дидактическую детализацию;
Создать методику диагностики у студентов умений адекватного усвоения учебной информации;
4. Выявить особенности использования мысленного эксперимента для
повышения степени адекватности усвоения студентами учебной информации
курсов физики и общетехнических дисциплин;
5. Провести экспериментальную проверку разработанных методик.
Методологической основой исследования являются:
а) исследования, связанные с общими вопросами дидактики высшей
школы (СИ. Архангельский, В.И. Загвязинский, Ю.Г. Фокин, В.А.
Сластёнин, В,А. Ситаров, В.А. Попков и др.);
б) общедидактические разработки, связанные с реализацией принципа
наглядности в обучении (Л.М. Фридман, Э.Г. Мингазов, В.И. Евдокимов,
Л.В. Занков и др.);
в) частнодидактические исследования, посвященные реализации
принципа наглядности в процессе обучения различным учебным предметам в
вузе (И.К. Маркова, Н.С. Пурышева, Д.В. Чернилевский, В.А. Попков, А.В.
Коржуев, П.И. Самойленко и др.).
Этапы исследования. Исследование проводилось в 3 этапа:
I этап (2000-2001 гг.): анализ литературы по общим и частным
вопросам, связанным с темой исследования, проведение констатирующего
эксперимента, разработка принципиальных теоретических идей для
реализации поставленных задач;
II этап (2001-2002 гг.): разработка основных положений методик
реализации поставленных задач, проведение поискового и формирующего
педагогического эксперимента, работа над текстом;
III этап (2003-2004 гг.): детализация, коррекция и конкретизация
основных идей и методик, завершение формирующего эксперимента,
контрольный эксперимент и формулировка выводов исследования; работа
над текстом.
Для реализации поставленных задач был использован комплекс методов исследования: анализ философских, методологических и психолого-педагогических исследований, связанных с проблемой диссертации; формулировка, теоретическая и экспериментальная проверка гипотез; построение теоретических моделей формирования у студентов умений адекватного усвоения учебной информации; констатирующий, поисковый, формирующий и контрольный педагогический эксперимент, включающий статистическую обработку полученных результатов.
Научная новизна исследования состоит:
В представлении мысленного эксперимента как формы реализации синтеза (сочетания) чувственной и абстрактно-образной наглядности в вузовском обучении, способствующей повышению степени адекватности усвоения студентами учебной информации;
В конкретизации соответствующих возможностей использования мысленного эксперимента, заключающихся в том, что он позволяет в гораздо более высокой степени, чем традиционно используемые формы наглядности:
иллюстрировать студентам степень ограниченности широко используемых моделей;
- «помещая» исследуемые объекты, процессы и явления в желаемые
для автора задачи условия, учить студентов осуществлять многоплановый,
разносторонний анализ свойств и особенностей этих объектов и явлений;
- диагностировать степень адекватности усвоения студентами
элементов знания.
3. В определении и подробном описании этапов деятельности
преподавателя, обучающего студентов самостоятельному мысленному
моделированию: мотивационного, обобщенного, теоретического восприятия
проблемы, этапа восхождения к конкретному и этапа формирования у
студента готовности к самостоятельному применению обсуждаемого метода
при решении творческих познавательных задач;
4. В соотнесении выделенных этапов с уровнями сформированности у
студента умений мысленного экспериментирования.
Теоретическая значимость заключается в конкретизации общедидактических положений, связанных с реализацией важнейшего принципа обучения (принципа наглядности) — на уровне определения принципиального подхода, «синтезирующего» ранее использовавшиеся по отдельности подходы и позволяющего на этой основе решать задачу повышения уровня усвоения знаний студентами и формирования у них общезначимых мыслительных умений.
Практическая значимость состоит в разработке рекомендаций для преподавателя вуза, позволяющих ему адаптировать учебный материал и формы организации познавательной деятельности студентов в рамках конкретных курсов младшей ступени вузовского обучения для решения задачи повышения уровня сформированности знаний студентов с использованием мысленного эксперимента.
На защиту выносятся следующие положения:
1. Мысленный эксперимент в вузовском учебном процессе целесообразно рассматривать как форму сочетания (синтеза) конкретно-чувственной и абстрактно-образной наглядности, позволяющую повышать
степень адекватности усвоения студентами содержательных аспектов изучаемого ими знания;
2. При использовании мысленного эксперимента имеется возможность
более эффективно, чем при использовании традиционных методик
реализации принципа наглядности:
демонстрировать студентам степень ограниченности используемых для описания объектов и явлений мысленных моделей;
осуществлять многоаспектный, разносторонний анализ сущностных связей и отношений зависимости явлений и объектов;
диагностировать степень адекватности усвоения студентами учебной информации.
3. В деятельности преподавателя вуза, осуществляющего обучение
студентов самостоятельному мысленному экспериментированию,
целесообразно выделить следующие четыре этапа: 1) мотивационный; 2) этап
обобщенного дедуктивного (теоретического) осознания проблемы; 3) этап
восхождения к конкретному; 4) этап готовности к самостоятельному
применению умений мысленного экспериментирования в нестандартных
задачах и познавательных ситуациях. Каждому из выделенных этапов
соответствует уровень сформированности умений мысленного
экспериментирования у студентов: 1) репродуктивный; 2) адаптационный; 3)
локально-моделирующий; 4) высший.
Достоверность и обоснованность результатов исследования обеспечивается опорой на многократно проверенные на практике теоретические психолого-педагогические концепции и теоретические представления (явившиеся методологическими основами исследования), тщательным анализом материала, полученного в результате теоретического исследования, статистической обработкой экспериментальных данных.
Апробация результатов исследования. Результаты исследования докладывались на научно-методических конференциях преподавателей и молодых ученых Московской государственной технологической академии
(2001, 2002, 2003, 2004 гг.), на научно-методической конференции в Ульяновском Государственном педагогическом университете (2004 г.), на научно-методической конференции-выставке МИФИ (2004 г.) и семинарах филиала МГТА.
Структура диссертации. Диссертационная работа включает в себя введение, две главы, заключение, список использованной литературы. Библиография содержит 111 источников.
Общие подходы к решению исследуемой проблемы
Как следует из названия работы и представленного введения, одной из основных педагогических категорий, которые необходимо обсудить, является усвоение. Усвоение есть основной путь приобретения индивидом общественно-исторического опыта. В процессе усвоения человек овладевает социальными значениями предметов и способами действий с ними, нравственными основаниями поведения и формами общения с другими людьми. Процесс усвоения является психологической стороной учения, показывающей, как педагогические воздействия отражаются в сознании студентов, в их учебной и практической деятельности и в какой мере учение служит целям всестороннего развития учащихся и выработки у них научного мировоззрения [82, С. 474].
В психологии известно также, что по своей внутренней структуре процесс усвоения представляет аналитико-синтетическую деятельность и производные процессы абстракции, обобщения, конкретизации. В зависимости от этапа обучения, от отношения новых знаний к прежнему опыту студентов, от способностей учащегося наблюдаются различные уровни анализа и синтеза и различное соотношение их друг с другом. Взаимоотношение этих факторов обусловливает существование так называемого элементного и комплексного уровней анализа. При элементном анализе выделяются признаки, отражающие частные, несущественные свойства объекта и потому недостаточные для полноценного синтеза. При комплексном анализе выделяются все существенные признаки, необходимые и достаточные для их синтезирования.
В результате аналитко-синтетической деятельности в сознании студентов формируются обобщения, лежащие в основе научных понятий.
В структуре усваиваемых обобщений при элементном анализе наблюдается рядоположенность признаков, их разобщенность, включение в содержание понятия как существенных, так и несущественных признаков. При комплексном анализе достигается системность обобщений при иерархическом соподчинении признаков, основанном на оценке логических отношений между ними, из которых наиболее существенным признаком является мера их общенности.
В условиях вузовского обучения научное обобщение формируется постепенно. Нередко наблюдается так называемая «генерализация» -первичное, глобальное обобщение. Оно обычно слишком широко по объему и узко по содержанию. Происходит это от того, что «генерализация» чаще всего возникает на уровне элементного анализа, когда студенту «бросаются в глаза» или случайные признаки данного явления или, хотя и существенные, но не исчерпывающие полноты содержания данного понятия.
В конце правильно построенного процесса усвоения анализ и синтез носят свернутый характер. Выполнение отдельных умственных операций, входящих в состав сложного действия, на этом этапе перестает осознаваться студентами в качестве самостоятельных задач; применение знаний,, оперирование понятиями перестают требовать развернутых рассуждений -происходит автоматизация умственных действий.
Характер аналитико-синтетической деятельности, а соответственно и характер обобщения при усвоении знаний зависят от индивидуальных различий, от способностей студентов. В процессе усвоения происходит и дифференциация знаний. Постепенно сфера применения тех или иных понятий становится соответствующей их объективному содержанию, возникают научные понятия. Подобное расчленение знаний сопровождается их систематизацией, которая выражается в иерархичной соподчиненности понятий по мере их общности.
В результате рационально организованного процесса усвоения обучаемые овладевают системой знаний, отражающей реальные связи и зависимости предметов и явлений действительности, овладевают материалом на уровне обобщенного понятийного мышления.
Как известно, важнейшим процессуальным элементом вузовского обучения являются восприятие, осознание, переработка и усвоение студентами учебной информации. Однако, в процессе контроля (рубежного и итогового) очень часто выясняется, что многие фрагменты этой информации, а особенно связи и отношения зависимости между объектами, процессами и явлениями либо усвоены формально, либо искаженно, неадекватно тому, как это предполагал преподаватель, автор учебника, пособия руководства.
Сформулируем теперь соответствующее определение: под адекватностью усвоения студентами учебной информации понимается та или иная степень тождественности истинного, сущностного смысла изучаемого знания и сформированных в сознании студентов понятий и представлений.
Эта проблема распадается на ряд составляющих, и мы начнём с наиболее очевидных.
Средства наглядности в контексте адекватности и неадекватности усвоения учебной информации
Начнем обсуждение данной проблемы с «положительной» наглядности. Прежде всего, попытаемся перечислить возможные «средства» наглядного представления студентам особенностей изучаемого ими научного знания. К ним, по нашему мнению, относятся:
1. Различные виды рисунков (и рисуемых лектором «от руки» на доске, и представляемых на экране с помощью различных проекторов и помещенных на страницах книг, учебников, пособий и руководств);
2. Схемы — начиная от принципиальных блок-схем, электро- и радиотехнических устройств и кончая применяемыми в гуманитарных науках условными «фиксаторами мысли» автора, с произвольными обозначениями, без строгих правил и т.п.;
3. Фотографии и слайды;
4. Натурный эксперимент;
5. Реальные объекты и процессы окружающего мира, которые по различным причинам нельзя наблюдать в учебной аудитории или лаборатории;
6. Многочисленные и интенсивно развивающиеся сегодня средства компьютерной визуализации моделей изучаемых процессов, явлений и участвующих в них объектов, позволяющих, в частности, «мультиплицировать» многостадийные процессы, работать в режиме «стоп-кадр»;
7. Учебные кино- и видео-фрагменты;
8. Музейные и выставочные экспонаты (панорамы, муляжи, вещи, некогда принадлежавшие знаменитостям, картины и т.п.), задействуемые в учебном процессе.
Далее раскроем то, что было заявлено в заглавии параграфа -«положительную» составляющую средств наглядности в вузовском учебном процессе и начнём с выделенных выше под номером 1 рисунков.
Очевидно, что рисунки в ходе представления студентам учебной информации в учебниках и пособиях используются тогда, когда словесных (текстуальных) средств для раскрытия сути описываемых явлений или процессов недостаточно; то же самое следует сказать и о лекциях, добавив в качестве причины невозможность при раскрытии каких-то свойств, особенностей, сравнительных характеристик объектов или процессов использовать их натурные модели, муляжи, чучела и т.п.
Например, во многих учебниках физики — как школьных, так и вузовских - традиционно приводится рисунок опытной установки Ш. Кулона - «крутильные весы», т.к. представить её в натуральном виде в соответствующем лекционном курсе вряд ли возможно.
Во многих учебниках приводятся рисунки, представляющие последовательные стадии (этапы) какого-нибудь процесса, которые трудно представить с помощью натурного эксперимента, - и это, по нашему мнению, также пример «положительной» наглядности.
Особо отметим рисунки в книгах (и те, которые преподаватель представляет на лекциях), на которых изображаются графики зависимости одних величин от других.
Например, студенту нефизической специальности (медику или биологу), которому представлена формула зависимости величины мышечного сокращения от времени после приложения к мышце некоторой внешней силы F{t)- F(і-є 1) мало, о чём говорит, и потому графическая иллюстрация (рис. 1 стр. 23) очень помогает: из приведённого на рисунке графика наглядно видно, что вначале сокращение увеличивается достаточно быстро, а затем скорость этого сокращения падает, величина мышечного сокращения достигнет некоторого фиксированного значения и далее не меняется.
Общие закономерности использования мысленного эксперимента как средства повышения степени адекватности усвоения студентами учебной информации
Обсуждая мысленный эксперимент в вузовском учебном процессе, будем иметь в виду два аспекта этой проблемы. Во-первых, речь идёт о рациональном использовании мысленного эксперимента обучающим персоналом (преподаватель, авторы учебных книг) в дидактических целях, то есть с целью обеспечения благоприятных условий для усвоения учебного материала студентами. Во-вторых, исключительно важно, что анализ результатов самостоятельного мысленного эксперимента позволяет судить об адекватности усвоения студентами учебного материала.
При разработке методики использования мысленного эксперимента в вузе можно выделить следующие три типа мысленного экспериментирования: сенсорно-перцептивный, опирающийся на чувственные восприятия, отвлеченно-логический и смешанный.
Первый тип мысленного экспериментирования связан с преимущественным использованием иконических («изобразительных») моделей как основной формы представления информации, с которой оперирует субъект.
Для мысленного экспериментирования второго типа характерна опора на абстрактно-знаковые способы кодирования информации.
Лежащие в основе третьего типа мысленного эксперимента формы моделирования опираются на разные типы языков или разные семиотические (знаковые) системы, которые, однако, в процессе реальной психической деятельности функционируют не обособленно друг от друга, а во взаимодействии. При этом их взаимодействие может быть либо конфликтным, либо, напротив, дополнительным друг к другу. В последнем случае они взаимно усиливают друг друга, особенно в процессе целенаправленного обучения с активным использованием мысленного экспериментирования, способствующего развитию навыков оперирования системами моделей разного типа.
Проблема использования в процессе обучения в вузе мысленного эксперимента должна решаться в контексте более общей проблемы разработки методов целенаправленного формирования у обучающихся умения использовать в процессе усвоения учебного материала способов современного научно-теоретического мышления.
Мысленный эксперимент по сути своей является составной частью теоретического метода. На мысленном экспериментировании могут быть основаны логические рассуждения, выводы формул и т.д. В то же время мысленное экспериментирование в известной мере связано с экспериментальным методом обучения: оно может использоваться при подготовке реального учебного эксперимента, анализе конкретных наблюдений и т.д.
Здесь нельзя не отметить важное место, которое занимает в использовании метода моделирования и мысленного экспериментирования применении различных технических и компьютерных средств обучения. Использование ТСО и ИКТ имеет важное значение на предварительных стадиях знакомства обучающихся с тем или иным физическим или химическим явлением, особенно в тех случаях, когда его воспроизведение с помощью имеющихся в физической лаборатории приборов оказывается невозможным. Кроме того, применение таких средств, как например, кино и телевидение, даёт возможность существенно повысить эффективность использования метода моделирования уже на предварительном этапе наблюдения, позволяя концентрировать и фиксировать внимание обучающихся на существенных аспектах явлений, которые вследствие их скоротечности или, напротив, слишком большой длительности протекания не могут быть продемонстрированы обучающимися непосредственно. То же самое можно сказать и в отношении этапов построения моделей физических явлений и мысленного экспериментирования с. ними. Здесь большую помощь могут оказать мультипликационные фильмы, реализованные с помощью компьютерных технологий, позволяющие наглядно продемонстрировать различные модельные представления о механизмах электропроводности, теплопроводности, строении тел, о различных атомно-молекулярных процессах и т.д. Мультипликационные фильмы должны вводиться в учебный процесс таким образом, чтобы обучающиеся понимали, что в них показано мысленное экспериментирование с идеализированными моделями реальных явлений. Но при этом важно также, чтобы студенты научились отчётливо сознавать разницу и связь между мысленным и реальным экспериментом, который осуществляется в лаборатории.
В общедидактической проблеме использования в практике преподавания мысленного эксперимента и «идеального» моделирования важное место занимают вопросы усвоения обучающимися сущности знакового моделирования. Это необходимо не только для выработки у них правильного представления о характере научного знания вообще и физического, химического и. другого знания в частности, но и для того, чтобы научить их активно, творчески применять полученные знания на практике.
