План Теоретические основы системно-структурного подхода. Примеры реализации системно-структурного подхода

Рассказ. Что такое движение? Рассмотрим ряд различных физических тел: дом, дерево, луну, со­баку, кошку, автомобиль. Запомним их взаимное расположение (см. колонку «Факты» в структур­ной схеме). Посмотрим на те же предметы через несколько часов. Можно отметить, что положение одних тел относительно других менялось, а других - не менялось. Примем за тело отсчёта дом, который будем считать неподвижным. За эти несколько ча­сов по отношению к дому переместились Луна, кошка, собака, автомобиль. Но положение дерева относи­тельно дома осталось тем же самым. Будем считать дерево неподвижным, а все остальные тела - спо­собными двигаться. Таким образом, механическим движением будем называть изменение положения одних тел относительно других.

Для установления законов, по которым происхо­дит механическое движение тел, проведём экспери­мент. Поставим на тележку капельницу и с помо­щью груза добьёмся того, чтобы тележка приходи­ла в движение только при внешнем толчке и дости­гала бы края стола. Проделав опыт несколько раз с различными промежутками времени падения капель, мы увидим, что во всех случаях за одинаковые про­межутки времени, измеряемые по следам капель, те­лежка проходит одинаковые расстояния. Назовём такое движение равномерным. Дадим определение: «Равномерным движением называется такое дви­жение, при котором тело за любые одинаковые промежутки времени проходит одинаковое рассто­яние» .

Проделаем опыт ещё раз (или воспользуемся ре­зультатами одного из предшествующих опытов). Измерим путь, который проходит тележка за один, два, три и т.д. промежутка времени. Заметим, что за время t тележка проходит путь s; за время t — путь 2s; за время 3t - путь 3s и т.д.:

Отношение пройденного пути ко времени остаёт­ся постоянным. Что характеризует это постоянное отношение? Характеризует ли оно путь? Нет - путь менялся, а это отношение не менялось. Характери­зует ли оно время? Нет - время менялось, а отно­шение не менялось. А что в данном опыте не меня­лось? Не менялся характер движения тела. Данное тело в своём движении имеет какое-то постоянное свойство. Назовём это свойство скоростью и обо­значим буквой v = s/t.

Далее следует привести весь стандартный со­став знания о физической величине, сформирован­ный нами в соответствии с системно-функцио­нальным подходом. Предоставляем возможность сделать это самостоятельно. Для объяснения при­чин равномерного движения следует выдвинуть гипотезу. Имеет смысл забежать вперёд и опереться на положения, которые в будущем мы будем назы­вать первым законом Ньютона.

Равномерно движение совершается тогда, когда действие на тело внешних сил отсутствует или же действие различных сил скомпенсировано. В дан­ном случае сила трения, действующая на тележку, скомпенсирована силой натяжения нити. Для абст­рагирования от излишней сложности в изучении дви­жения заменим реальные тела идеальными - мате­риальной точкой.

Формула скорости позволяет получить ещё два выражения, носящих функции законов: s= vt, t = s/v. Эти формулы принципиально отличаются от определяющей формулы скорости. В формуле скорости величина, стоящая в левой части равен­ства (скорость), не зависит от величин, стоящих в правой части равенства. С изменением времени во столько же раз изменяется и пройденный путь, но их отношение остаётся постоянным. В этих же двух формулах величина, стоящая в левой части равен­ства, зависит от величин правой части. Чем больше скорость, тем больше путь; чем больше время, тем больше путь; чем больше путь, тем больше время; чем больше скорость, тем меньше время. То есть эти две формулы выражают зависимость одних ве­личин от других, а это и есть функция законов.

Любая научная теория имеет своей конечной целью применение на практике её результатов. Последняя колонка «Применение» имеет следующую структуру:

1. Сначала излагается применение научной тео­рии для расчётов. В данном случае это расчёт пути, времени и скорости.
   
2. Далее приводятся примеры положительных проявлений в быту и технике изучаемого явления: равномерно движутся эскалатор метро, лента транс­портёра и т.д.
   
3. Каждое явление имеет и негативные сторо­ны, которые следует компенсировать. В данном слу­чае груз в кузове автомобиля следует закреплять, чтобы он не перемещался во время движения.
   
4. Далее учащимся предлагается привести свои примеры изученных явлений.
   

Системно-структурный подход позволяет изба­виться от традиционного попараграфного изучения материала, имеющего низкий эффект. Оптимальной единицей знания является учебная теория с входя­щими в неё фактами, гипотезами, идеальными объек­тами, величинами, законами и практическим приме­нением. Идея системно-структурного подхода исхо­дит из идеи подхода системно-функционального в применении к самому обширному элементу знания -теории. Систематизируя и сравнивая различные на­учные теории, учащиеся могут увидеть их анало­гичную структуру. Любая научная теория начинает­ся со сбора научных фактов, которые требуют объяс­нения посредством гипотез. Затем идёт выбор идеального объекта (модели), величин и выявление законов. Познание законов даёт возможность прак­тического применения знаний о явлении природы или жизни общества.

По такой же логике должен разворачиваться и учебный процесс. Единственным средством, дающим возможность выполнить требования дидактики — зна­комить учащихся со структурой научного знания, является организация процесса обучения в соответ­ствии с этой структурой. Учащиеся могут изучить множество фактов, величин, законов, но осознание их функций и места в научной теории не приходит автоматически.

Здесь заложен принцип доминирования логики и структуры по отношению к содержанию. Содержа­ние накладывается на логику посредством струк­турной схемы. Изучение начинается с вычерчива­ния сетки структурной схемы. Занесение в неё по­лучаемых элементов знания осуществляется посте­пенно, по мере их введения. Практика показала, что единственный способ обучить структуре знания - это выстраивать знания в соответствии с их логи­кой и структурой. Каждый элемент знания, инфор­мацию о котором учащиеся добывают на уроке, за­носится в соответствующую графу структурной схе­мы. Можно изучать сколько угодно законов, но учащиеся не осознают их до тех пор, пока в процес­се их получения не будут выявлены их функции, не введён соответствующий термин и они не будут за­несены в схему в колонку «законы».

Желательно не давать структурную схему уча­щимся в готовом виде, а строить её по мере раскры­тия теории на уроке. Анализ материала и представ­ление его в виде структурной схемы обеспечивает понимание структуры научного знания. После за­вершения схемы можно начинать интенсивную ра­боту по закреплению знаний. Желательны три вида работы со схемой: 1) проверка её наличия в тетра­ди с выставлением оценки за качество её оформле­ния; 2) устный пересказ по схеме фрагментов изу­чаемой теории или всей теории целиком; 3) пись­менный текст рассказа, но структурной схеме всей изученной теории. В этом - главный смысл систем­но-структурного подхода. Мы не можем выслушать всех учащихся, поэтому письменный рассказ явля­ется единственно возможной формой становления целостного знания об изучаемой научной теории и одновременно формой его проверки. С психологи­ческой точки зрения структурная схема является ориентировочной основой для построения рассказа. Для такой работы следует отводить целый урок, или даже два сдвоенных урока. Как будет показано в последующих лекциях, во время этих уроков про­водятся зачёты в виде пятиминутных бесед с уча­щимися.

Системно-структурный подход позволяет решить главную задачу - сделать изучаемую теорию обо­зримой для учащегося. Если изложение единой теории в учебнике осуществляется в нескольких пара­графах, разбросанных с интервалом изучения в две-три недели, то осознания всего изученного как еди­ной теории не происходит. Поэтому основные поло­жения теории должны быть уплотнены и изучены по возможности на одном уроке или, по крайней мере, на минимальном числе уроков. Становятся яс­ными блочный метод обучения и теория погруже­ния М.П.Щетинина. Системно-структурный подход даёт технологию их реализации.

Процесс обучения строится примерно так. Урок начинается с демонстрации сразу всего эксперимен­та, дающего необходимое количество фактического материала. Фактов должно быть собрано столько, чтобы их было достаточно для введения величин, установления законов и примеров практического применения явления. Логика их внесения в струк­турную схему может быть различной. Эксперимен­ты могут проводиться все сразу, с последующим анализом их назначения внутри теории, либо по­этапно, по мере введения величин, законов и приме­нения явлений. Это зависит от методики, выбран­ной учителем. В любом случае рисунки эксперимен­тов и следующие из них научные факты заносятся в одну колонку структурной схемы*.

Следует уточнить, что в колонке «законы» мо­гут систематизироваться любые нормативные зна­ния: уравнения, принципы, постулаты, правила, ко­торые имеют те же функции - установление связей между явлениями и величинами. В противном слу­чае структурная схема стала бы слишком громозд­кой для размещения в ученической тетради.

Подчеркнём еще раз, что только лишь располо­жение изучаемых элементов знания в соответствии со структурой научной теории приводит к осознан­ному усвоению, как этих элементов, так и самой теории.

Высшей степенью сформированности учебных действий является умение самостоятельно анализи­ровать учебный материал и строить структурные схемы. Приводим две структурные схемы из двух разделов физики. Их анализ позволит увидеть, что, хотя содержание изучаемых вопросов меняется, структура знания остаётся неизменной.





4. Теоретические основы системно-логического подхода

Напомним, что методологическим подходом пси­ходидактики называется психолого-дидактическая структура обучающей и учебной деятельности, ос­нованная на преобразовании учебного материала к

виду, дающему возможность организовывать процесс обучения в соответствии с дидактическими и психологическими требованиями к нему. Поэтому в основе всей нашей деятельности лежит соответству­ющее преобразование учебного материала.

Системно-логическим подходом называется пси­холого-дидактическая структура обучающей и учеб­ной деятельности, основанная на выделении закон­ченных блоков внутри научной теории, их последо­вательном расположении в порядке выводимости, вычерчивании схем и на других способах представ­ления логики и иерархии расположения элементов. Психологической основой системно-логического под­хода является аналитико-синтетический характер ум­ственных операций при работе с особо сложными структурами знания, громоздкими словесными, мате­матическими, знаковыми и другими конструкциями. Системно-логический подход позволяет сделать до­ступными и легко познаваемыми наиболее сложные разделы предмета. Реализуется он в виде по­следовательности операций, всевозможных логичес­ких схем, логических конспектов, моделей, классификационных иерархических схем и др. В последнее десятилетие издано много работ по школьным учеб­ным предметам, в которых различными способами с помощью знаков, схем, рисунков представлена логи­ка развития физического знания: М.К.Гребенюк [1], А.А.Шаповалов [2], В. Ф.Шаталов и др. [3], Н.В.Бе-дарев [А], Ю.С.Куперштейн, А.Е.Марон [5, 6], Г.Д.Луппов [7], Г.Е.Калбергенов [8], Г.А.Рассказо-ва (1996) [9], В.А.Орлов (1997) [10]. Они получили названия опорных сигналов, опорных конспектов, логических схем и др. Общим недостатком всех ра­бот подобного вида является чрезмерно большое ко­личество схем, усвоение которых превращается в са­мостоятельную проблему, и неявно выраженная в них структура научного знания. В наших работах системно-логический подход применяется только лишь для анализа материала, представляющего особую слож­ность для учащихся. Примеры логических схем в нашем понимании можно найти в работах А. Н. Крут-ского, О.В.Аржанниковой, О.С.Косихиной [11-15]. В основу деятельности по системно-логическому подходу нами положен следующий принцип: любой сложный для учащегося материал можно сделать доступным, если переработать его в соответствии с логикой функционирования мышления, а именно:

• выделить наиболее существенные его элементы, разбив материал на части, каждая из которых в отдельности доступна для понимания учащегося;
  
• освободить их от излишней информации;
  

• расположить в логике, соответствующей по­рядку выводимости одного элемента знания из дру­гого;

• пронумеровать;
  
• по мере возможности дополнительно показать логику с помощью различных знаков, стрелок, ра­мок и других графических средств;
  
• содержание каждого блока сделать кратким, изобразив его по мере возможности с помощью зна­ков и рисунков, снабжённых ключевыми словами.
  

Нами разработан ряд логических схем, которые позволяют делать доступными для обзора и понима­ния сложнейшие темы физики. Так, например, основ­ные понятия темы 8-го класса «Тепловые явления», на изучение которых программой отводится 14 ч, мо­гут быть изучены за два, причём основные теорети­ческие положения, составляющие наибольшую труд­ность для учащихся, могут быть изложены за один урок [11]. Таким же образом можно сделать для уча­щихся доступными сложные темы «Ток, заряд, на­пряжение, сопротивление», изучив основные поло­жения шестнадцатичасовой темы за один урок [15]. В пособиях по психодидактике разработаны логичес­кие схемы для изучения сложных вопросов




тем «Тем­пература», «Полупроводники» (10-й класс), «Пере­менный ток» (11-й класс) и др. [12-14].

В этих работах применяется три вида логических схем: логические схемы математических выводов, интегративные схемы сложных разделов физики и текстовографические схемы изучения отдельных вопро­сов. Такое деление является относительным, и каждый из видов схем, по сути дела, носит интегративный ха­рактер, содержит математические выкладки и, зачас­тую, графические средства. Тем не менее, какой-то из этих параметров может быть преобладающим.

5. Примеры логических схем материала раз­личных разделов курса физики

5.1. Логические схемы математических выво­дов целесообразно применять в случаях, когда ма­териал учебника содержит математические выклад­ки большого объёма, разбросанные порой по не­скольким параграфам, что затрудняет их использо­вание учащимися. Рассмотрим, например, логичес­кую схему по материалу, изложенному в учебнике В.А.Касьянова «Физика-11», в «Электричес­кий ток в растворах и расплавах электролитов» (тема «Законы Фарадея») с. 54-62 [16]. Как нами уста­новлено, учащиеся с трудом воспринимают матери­ал, включающий в себя более 6-7 элементов зна­ния, а данный в полтора раза превышает эту норму. Разбиение знания на элементы, каждый из которых становится доступным, обеспечивает доступность ма­териала в целом.

5.2. Интегративные логические схе­мы сложных разделов физики. Рассмот­рим представление темы «Ток, заряд, на­пряжение, сопротивление» в курсах фи­зики основной и полной средней школы, которая включает в себя много фунда­ментальных понятий. Можно обозначить две проблемы: несоответствие изложения рассматриваемых понятий в учебниках Го­сударственному стандарту на физические величины [17-21] и большую простран­ственную и временную удалённость друг от друга. Несмотря на то, что в Советс­ком Союзе ещё с 1 января 1982 г. осуще­ствлён переход на Международную систе­му единиц СИ, в школьных учебниках до сих пор этот ГОСТ не соблюдается. До этого перехода основной величиной был заряд, а сила тока определялась как отно­шение заряда ко времени. После 1981 г. логика изложения данных понятий изме­нилась: сила тока стала основной едини­цей, а заряд - производной. Соответствен­но должен измениться порядок их введе­ния в процессе обучения.

В школьных учебниках, например данный материал излагается в семи пара­графах, которые изучаются на протяже­нии двух месяцев. Имеет смысл перестро­ить изложение так, чтобы общее время изу­чения материала осталось прежним, но ос­новные понятия вводились только на одном - двух уроках. В этом случае использо­вание ассоциаций, основанных на аналоги­ях, и системно-функциональном подходе, позволяет увеличить степень понимания изучаемых понятий и их доступности.

Приведём логическую схему изучения указанных понятий, проанализировав кото­рую, можно самостоятельно определить де­монстрации, содержание и порядок изложе­ния перечисленных в заголовке понятий. Более подробную методику можно найти в пособии [15]. Положив в основу изложе­ния темы простые демонстрации, доступ­ные в любой школе, можно выстроить зна­ния в систему, позволяющую осуществить грамотное, интересное и доступное её изло­жение.

В первой колонке схемы изложение материала строится на основе демонстра­ции «Взаимодействие проводников с то­ками» - сначала в противоположных, а затем в одинаковых направлениях.

Даётся определение понятия силы тока, а также определение её единицы -ампера: ампер — это такой ток, кото­рый, проходя по двум бесконечно длинным проводникам бесконечно малого сечения, на­ходящимся в вакууме на расстоянии 1 м друг от друга, вызывает силу взаимодействия 2 • 10⁷ Н на каждый метр длины. Здесь же даётся понятие об эталоне ампера и амперметре.

Во второй колонке вводится понятие заряда и единицы заряда. Заряд определяется как свойство тела притягивать к себе другие тела с силой, боль­шей гравитационной, но меньше ядерных. Опреде­ляющей формулой заряда служит произведение силы тока на время, а единицей Кл.

Для введения понятия напряжения (третья ко­лонка) проводится демонстрация по подъёму груза с помощью электродвигателя. За время t груз под­нимается на высоту h, за время 2t - на высоту 2/г и т.д. Отношение работы электрического тока к за­ряду есть величина постоянная, которая является энергетической характеристикой данной электричес­кой цепи. О работе тока мы судим по механической работе подъёма груза, а о заряде - по времени про­хождения тока. Эта величина названа напряжением. Определяется она как отношение работы тока к за­ряду.

При введении понятия сопротивления (четвёртая колонка) сначала проводится демонстрация: снима­ется показание силы тока при увеличении напряже­ния на испытуемом резисторе в 2, 3 раза и т.д. От­ношение напряжения к силе тока остаётся постоян­ным. Оно характеризует свойства проводника ока­зывать сопротивление прохождению тока. Таким образом, определяющей формулой сопротивления является отношение напряжения к силе тока. Из неё находится наименование (ом) и обозначение (Ом) единицы сопротивления.





Выполнение такой логической схемы не требует дополнительного времени. В неё входят те же ри­сунки и записи, которые делаются на доске при традиционной форме обучения, только они сведены в систему, упорядочены и позволяют значительно сократить время на изучение данных понятий.

5.3. Логические текстово - графические схемы изучения отдельных вопросов физики. В основу положен принцип: любой сложный вопрос можно сделать доступным для понимания учащихся, если преобразовать его структуру в соответствии с ло­гикой мышления и структурой научной теории. При­водим пример такой схемы по теме «Ток в полулро-водниках». Текст рассказа к ней предлагаем соста­вить самостоятельно, пользуясь учебником Г.Я.Мя-кишева, Г.Г.Буховцева [22], § 71-76, с. 172-180. Подробно вопрос изложен в учебном пособии А.Н.Крутского [15, с. 111-114].



6. Выводы

1. Системно-логический подход реализует в дос­таточной степени ряд принципов дидактики: науч­ности, системности, доступности, прочности.
   
2. Системно-логический подход позволяет выпол­нить ряд психологических требований к процессу обу­чения: повышает степень понимания учебного матери­ала; способствует более продуктивному его запомина­нию; стимулирует и активизирует познавательную де­ятельность; способствует развитию речи в процессе составления рассказа по логической схеме.
   
3. В данной лекции изложены примеры системно-логического подхода. Однако, изучив все подходы блока системного усвоения знаний, следует приме­нять по возможности дискретный, системно-функ­циональный, системно-структурный и системно-логи­ческий подходы комплексно к каждой теме курса.
   

4. Мы относимся отрицательно к идее запомина­ния структурных и логических схем. Их «воспроизве­дение на оценку за ограниченное время» не имеет пси­хологического смысла. Эта та же зубрёжка, только перенесённая в другую плоскость. Схемы нужны не для запоминания и воспроизведения. Они служат сред­ством активизации аналитическо - синтетической деятель­ности творческого процесса мышления при изучении материала физической (и любой другой) теории и ори­ентировочной основой при составлении рассказа. Схе­мами следует разрешать пользоваться при ответах и на контрольных работах, ибо любой контроль знаний обладает прежде всего обучающей функцией.
   
5. Системно-логический подход (так же, как и все другие подходы блока системного усвоения зна­ний психодидактики) не приводит к какому-либо уве­личению затрат времени на изучение материала. На доске и в тетради ученика выполняются те же запи­си, которые делаются и при традиционных спосо­бах изучения материала. Напротив, он приводит к интенсификации обучения за счёт создания интере­са и дополнительных возможностей рациональных методов экономного усвоения знаний.
   

Литература

1. 
   Гребенюк М.К. Методические рекомендации учителям относительно оптимизации учебного процесса при проведе­нии физики. - Ужгород, 1980.
   
2. Шаповалов А. А. Молекулярная физика. Электромаг­нетизм. - Барнаул, 1992.
   
3. Шаталов В.Ф., Шейман В.М., Хаит A.M. Опорные конспекты по кинематике и динамике. - М.: Просвещение, 1989.
   
4. Бедарев Н.В. Опорные конспекты по физике. 7 класс. - Барнаул, 1993.
   
5. Куперштейн Ю.С., Марон А.Е. Физика. Опорные кон­спекты и дифференцированные задачи. 9 класс. - СПб., 1994.
   
6. Куперштейн Ю.С, Марон А.Е. Физика. Опорные конспекты и дифференцированные задачи. 10-й, 11-й классы. - Псков, 1994.
   

7. 
   Луппов Г. Д. Молекулярная физика и электродинами­ка в опорных конспектах и тестах. - М.: Просвещение, 1992.
   
8. Калбергенов Г.Е. Физика (в таблицах и схемах). - М.: Лист, 1996.
   
9. Рассказова Г.А. Физика (в таблицах). 10 кл. - М.: Издат-школа, 1996.
   

10. 
    Орлов В.А. Физика в таблицах. 7-11 кл. - М.: Дро­
    фа, 2000.
    
11. Крутский А.Н. Психодидактика физики: Ч. 4. Системно-функциональный подход к усвоению знаний. — Барна­ул: БГПУ, 1994.
    
12. Крутский А.Н. Психодидактика физики: Ч. 5.2. Си­стемно-структурный подход к усвоению знаний: На материа­ле физики 10 класса: Учебное пособие. - Барнаул, 1994.
    
13. Крутский А.Н., Аржанникова О.В. Психодидактика: Ч. 5.3. Системно-структурный подход к усвоению зна­ний: На материале физики 11 класса. - Новосибирск-Барна­ул: БГПУ, 1998.
    
14. Косихина О.С., Крутский А.Н. Психодидактика: Ч. 5.1. Системно-структурный подход к усвоению знаний: На материале физики 9 класса. - Барнаул: БГПУ, 2003.
    
15. Крутский А.Н. Ток, заряд, напряжение, сопротивле­ние в курсе физики основной и полной средней школы. - Барнаул, БГПУ, 2005.
    

16. Касьянов В.А. Физика-11. - М.: Дрофа, 2008.

17. ГОСТ 16-263. Метрология. Термины и определения.

18. 
    ГОСТ 8,417-81 /СТ СЭВ 1052-78/«ГСИ. Единицы физических величин».
    
19. Методические указания. Внедрение и применение СТ СЭВ 1052-78. «Метрология. Единицы физических величин». РД50-160-79. - М.: Издательство стандартов, 1979.
    
20. О единицах физических величин. - Физика в школе, 1983, № 2, с. 60-73.
    

21. 
    Стоцкий Л.Р. Применение единиц физических вели­чин в школе. - Физика в школе, 1979, № 6, с. 67-69.
    
22. Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б. Физика-10. - М.:Просвещение, 2005.