CC BY
18
6. Попова Т. Н. Формирование профессиональной компетентности студентов медицинских колледжей на занятиях по фармацевтической химии // Наука и школа. 2008. № 3. С. 52-53.
7. Дамбуева А. Б. Формирование исследовательской компетентности будущих физиков // Вестн. Бурятского гос. ун-та. Улан-Удэ, 2012. № 15. С.40-44.
8. Чешуина Т. Г. Формирование профессионально-
педагогической компетентности студентов педвуза в период производственный практики // Вестн. Томского гос. пед. ун-та. Томск, 2004. № 5. С. 184-188.
9. Лыгина Н. И., Макаренко О. В., Резников Б. С. Портфолио как технология развития компетентности основных участников образовательного процесса // Сибирский пед. журн. 2012. № 6. С. 74-80.
ФОРМИРОВАНИЕ УМСТВЕННЫХ ОБРАЗОВ В ПРОЦЕССЕ УЧЕБНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ СТУДЕНТОВ
FORMATION OF MENTAL IMAGES IN THE PROCESS OF EDUCATIONAL RESEARCH OF STUDENTS
В. А. Белянин, В. Б. Белянина
Полнота сформированного умственного образа у студента рассматривается как один из критериев понимания и усвоения им учебного материала. Формировать умственный образ предлагается в процессе учебных исследований через специальное выделение в материале курса физики физических ситуаций, обнаружение зависимостей физических величин и их исследование.
Ключевые слова: умственный образ, учебное исследование, будущий учитель физики, исследовательская компетенция, методология научного исследования.
V. A. Belyanin, V. B. Belyanina
The completeness of a student's formed mental image is considered as one of the criteria for understanding and assimilation of the training material. It is proposed to form a mental image in the process of educational research through a special allocation of physical situations on the materials of Physics, the detection of dependencies of physical quantities and their investigation.
Keywords: mental image, educational research, future physics teacher, investigative competence, research methodology.
Активное взаимодействие человека с окружающей действительностью способствует развитию его ориентировочно-исследовательской деятельности, заключающейся в обследовании окружающего мира и в формировании образа ситуации, на основе которого осуществляется ориентация и регуляция двигательного поведения человека в соответствии с условиями стоящей перед ним задачи [1]. Следовательно, в процессе обучения у студента должны быть сформированы соответствующие образные представления по учебному предмету, что является одним из критериев понимания и усвоения им учебного материала. Однако в настоящее время сфор-мированность образных представлений обучающихся преподавателями не контролируется и не выступает для студентов результатом обучения. Знания студентов на выходе обучения, как правило, отрывочны, фрагментарны и в целом не являются полными. Отсутствие качественных знаний студентов по предмету не позволяет сформировать требуемые для будущей профессиональной деятель-
ности умения, навыки и необходимые предметные и профессиональные компетенции.
Сформировать образы фрагментов учебных дисциплин можно в результате деятельности студентов по выполнению соответствующих учебных исследований, для которых сформированность образа исследуемого объекта будет выступать целью и результатом. Уточним, что для дисциплины «физика» такими фрагментами могут выступать физические ситуации [2].
Результатом учебно-исследовательской деятельности студента, основу которой составляют учебные исследования (обнаружение и творческое решение учебно-исследовательских задач или проблем экспериментального или теоретического плана, процесс и результат решения которых заранее неизвестен и должен выполняться в соответствии с методологией научного исследования), может стать: 1) усвоение материала курса физики; 2) усвоение методологии научного (учебного) исследования; 3) формирование мысленного образа исследуемой учебной физической ситуации.
Учебные исследования по физике могут быть различными, в частности, эмпирического или теоретического уровня, но выполняться они должны в полном соответствии с методологией научного исследования. Студенты при их выполнении должны «проходить» в полном объеме все фазы, стадии и этапы, предписываемые методологией научного исследования [3]. Это означает, что методология научного исследования будет выступать для студентов, выполняющих учебное исследование, руководством к действию.
Однако при проектировании, выполнении и рефлексии результатов учебного исследования возникают вопросы, на которые методология научного исследования не может дать ответа. В частности, нет ответа на вопрос, что можно считать критерием завершенности учебного исследования. Для научного исследования ответ на этот вопрос существует: любое корректно выполненное научное исследование помимо получения объективно новых знаний порождает новые вопросы и проблемы, предопределяющие другие, последующие исследования. Эта цепочка исследований объективных явлений природы будет продолжаться, вероятнее всего, без каких-либо ограничений - научное сообщество в настоящее время считает общепризнанным положение о неисчерпаемости научных знаний.
Учебное исследование «бесконечно» продолжаться не может, оно ограничено временными и программными рамками учебного курса. И это ограничение, с нашей точки зрения, должно иметь субъективный характер в виде новообразований для исследователя - специальным образом построенных знаний, полученных студентом, как результата изучения им физической ситуации.
Начало любого учебного исследования связано с нахождением ответов на два его исходных вопроса: что исследовать и как исследовать? Ответом на первый вопрос считаем определение объекта исследования - выделение субъектом физической ситуации, в которой нужно обнаружить проблему и предмет исследования. Исследование физической ситуации будет осуществляться (ответ на второй вопрос) по схеме, предписываемой методологией научного исследования, включая рефлексию и оформление результатов исследования.
ЧТО исследовать?
Рис. 1. Исходные и целевые ориентиры учебного исследования физической ситуации
Целевые установки и полнота выполнения учебного исследования, включая критерии его завершенности, предполагают наличие ответа на третий вопрос: что является целевым результатом, итогом исследования? Анализ этого вопроса позволил сделать вывод, что результатом исследования субъектом физической ситуации должен стать мысленный (ментальный) образ исследуемой физической ситуации, который может быть создан у будущего учителя физики, выполняющего учебное исследование. Именно сформированность достаточно полного ментального образа физической ситуации у студента будет служить одним из критериев завершенности выполненного им учебного исследования. Данное положение соответствует трактовке деятельности, исходным моментом которой и ее результатом выступают образные представления человека: через деятельность осуществляется формирование образов [4]. Схематически высказанные предположения можно представить в виде рис. 1.
Объединяет три части этой схемы, естественно, будущий учитель физики как субъект: именно он выделяет конкретную физическую ситуацию, определяет в ней предмет исследования, осуществляет учебное исследование, руководствуясь при этом методологией научного исследования, и, как результат выполненного исследования, создает для данной физической ситуации в своем сознании ментальный, умственный образ, полнота которого свидетельствует о понимании, глубине и прочности его физических знаний о физических объектах, законах, моделях, явлениях, величинах и т. п., относящихся к данной физической ситуации.
Выясним сущность понятия «ментальный образ», основываясь на понимании образа в психологии. Это есть формируемый в сознании человека мысленный образ воспринимаемого им в окружающей среде объекта, субъективная картина мира или его фрагментов, включающая и самого субъекта. Понятие образа неразрывно связано с восприятием, представлениями и воображением человека как психическими деятельностными процессами, без которых невозможно представить продуктивную учебную деятельность учащихся и студентов [5-8].
Представлениями считаются образы предметов, сцен и событий, возникающие на основе их припоминания или же в результате воображения. Преобразования представлений играют важную роль в решении мыслительных задач, особенно тех, которые требуют нового «видения» ситуации.
Воображение - психический процесс, выражающийся: 1) в построении образа средств и конечного результата предметной деятельности субъекта; 2) в создании программы поведения, когда проблемная ситуация неопределенна; 3) в продуцировании образов, которые не программируют, а заменяют деятельность; 4) в создании образов, соответствующих описанию объекта.
Важнейшее значение воображения в том, что оно позволяет представить результат труда до его начала, ориентируя человека в процессе деятельности. Если исходные данные проблемной ситуации известны, то ход решения задачи подчиняется преимущественно законам мышления;
если же эти данные с трудом поддаются анализу, то действуют механизмы воображения. Ценность воображения в том, что оно позволяет принять решение при отсутствии всех знаний, необходимых для выполнения задачи.
Ощущения, восприятия и представления являются образами на чувственной ступени познания. На уровне логического мышления - это есть понятия, суждения и умозаключения. Образ вторичен по отношению к своему оригиналу. После возникновения образ приобретает самостоятельность и играет активно-действенную роль в поведении человека, регулируя его, осуществляет функции управления действиями.
Следовательно, человек получает информацию об окружающем его мире через восприятия, превращает их в представления, которые творчески преобразует с помощью воображения, а образ является основным структурным элементом этой умственной деятельности. Становится очевидным, что умственные (мысленные) образы непосредственно связаны с мышлением и интеллектом человека, которые должны быть сформированы и развиты у человека в результате его обучения в средней и высшей школе, в том числе и посредством учебного исследования [5-7].
И. С. Якиманская, характеризуя сложный процесс оперирования образами, подчеркивает, что образное мышление человека в процессе его развития не заменяется другими видами мышления, а, интенсивно развиваясь, обеспечивает полноценную реализацию конструктивно-технической, изобразительной, графической, предметно-художественной деятельности, включаясь в нее как необходимое звено: «Образное мышление обладает такими особенностями и достоинствами, которые невосполнимы другими видами мышления. К сожалению, содержание, специфика образного мышления, условия его формирования в онтогенезе, проявления в различных видах деятельности изучены в психологии пока недостаточно» [6, с. 251-252].
Важной считает роль «живого» жизненного опыта человека и образов в психологических компонентах теоретического мышления С. В. Маланов, который отмечает, что «наглядно-действенные и образные компоненты сохраняют свое функциональное значение и служат содержательным фундаментом мышления словесно-логического» [5, с. 23-24].
Становление разных форм образного мышления наиболее интенсивно происходит в обучении под влиянием предметного содержания знаний и методов овладения ими; например, решение задачи в образах осуществляется, как правило, с опорой на наглядный материал [6].
Для развития у учащихся образного мышления необходимо предъявлять им учебный материал и конкретные задачи, используя:
1) задачи на сравнительный анализ двух или более наглядных изображений на основе сопоставления их основных сенсорных характеристик (предметных, пространственных, функциональных, структурных);
2) задачи на мысленную перегруппировку заданных объектов путем восприятия их исходного состояния, прослеживания изменений этого состояния под воздействием различных условий; задачи на выделение эле-
ментов из заданного комплекса и включение их в новые связи и отношения;
3) собственно исследовательские задачи, требующие не только восприятия исходных данных, выраженных в наглядной (условно-графической) форме, их мысленной реорганизации, но и четких представлений о том, что происходит с этими данными, если наглядная ситуация будет изменена в том или ином направлении (что произойдет, если...) [6, с. 212-213].
Заметим, что для физики дидактическую задачу создания образов решает методическая система формирования исследовательской компетенции будущего учителя на основе выделения, преобразования и исследования физической ситуации, в частности через составление и решение систем учебных задач [2].
Наряду с образами объективной действительности (объектов, моделей, деталей и т. п.) существуют условно-схематические и знаково-символические образы (буквенная информация, схемы, чертежи, формулы и т. п.) [6]. Такие «квазипространственные» представления не имеют непосредственно-чувственных компонентов и являются результатом мысленного конструирования и установления связей и отношений между понятиями (значениями) в мысленном пространстве. Они могут быть внешне представлены только в условной пространственно-графической или пространственно-материальной знаково-симво-лической форме (например, условные графические изображения кристаллических решеток, молекул, атомов, графические схемы принципов работы радиоэлектронных приборов и т. д.), то есть в специфических для каждой науки знаково-символических средствах - схемах, моделях, классификациях [5].
Фиксация образных составляющих мышления в пространственно-графических изображениях, схемах и моделях позволяет выделить и изучать свойства, связи и отношения элемента реальности «в чистом виде». Их последовательное использование может развивать ряд умственных умений и способностей: 1) формировать умения выполнения мыслительных действий на разных уровнях обобщенности; 2) формировать рефлексивный самоконтроль; 3) осуществлять переход от действий с реальными предметами к действиям над их графическими изображениями и далее к действиям с теоретическими пространственно-графическими схемами и моделями. Уровень теоретического мышления человека зависит от того, какими способами использования знаков и символов овладел субъект [5, с. 112].
Формирование образного мышления учащихся в школе (и студентов в вузе) осуществляется сегодня стихийно и без воздействия со стороны педагога. Считается, что создание образов и оперирование ими вплетено в процесс усвоения научных понятий, а вместе с введением и отработкой научного понятия возникает и система адекватных ему образов. Однако исследования И. С. Якиманской показывают, что этот процесс непрост и неоднозначен:
1. В теории обучения и психологии не разработана технология создания образа и оперирования им, что связано с особенностями самого образа.
2. Методика обучения не дает научно обоснованных рекомендаций по формированию образного мышления учеников средствами учебных дисциплин.
3. Нет целостной концепции развития образного мышления школьников в процессе усвоения знаний; не разработаны научно обоснованные технологии создания образов, оперирования ими, что значительно затрудняет и обедняет психическое развитие личности ребенка в процессе обучения [6].
А. А. Гилев рассматривает образное представление в сознании обучающихся физических объектов, явлений и ситуаций на примере когнитивного анализа процесса решения учебных физических задач [8]. Физическую задачу он определяет как ситуацию, требующую от студентов мыслительных и практических действий для достижения поставленной в задаче цели. Успешность решения задачи связывается с качеством ментальной ситуации, создаваемой решателем.
Обработка текста задачи и его последующее понимание начинается с сенсорного восприятия и последующей семантической репрезентации. В дальнейшем работа сводится к построению пропозициональной структуры текста. В результате этого в рабочей памяти формируется ментальный образ описанной ситуации. Параллельно идет непрерывный контроль внутренней непротиворечивости и целостности формируемого смысла. Процесс анализа текста задачи сопровождается непрерывным изменением формируемой содержательной модели в сознании решающего субъекта. Этот этап завершается созданием модели, представляющей динамический синтез свойств объекта задачи. В дальнейшем образ становится инструментальным средством исследования рассматриваемой ситуации. Процесс конструирования полного представления прекращается, как только структура модели становится внутренне непротиворечивой и адекватной обрабатываемому тексту. Это делает работу по осмыслению текста физических задач особенно важной. Успешные учащиеся больше всего времени тратят именно на осмысление условия задачи, формирование представления о ситуации и планирование решения, и очень мало - на саму процедуру решения [8].
Процесс обучения решению задач должен быть построен так, чтобы студент при анализе и осмыслении текста задач сумел составлять разнообразные комбинации предложений, описывающих объекты, модели и отношения между ними, определял их истинность или ложность, замещал конкретные предложения и отношения между ними символами и конструировал объяснения физических явлений.
Для успешной умственной деятельности по формированию и созданию образа объекта или задачи студент должен иметь базовый набор элементарных теоретических образов или элементарных моделей данной учебной дисциплины, знать их взаимоотношения друг с другом и окружающими телами и иметь навыки их пространственных преобразований. Для физики такой «тезаурус» базовых образов или моделей объектов, являющихся предметом изучения, будет состоять, например, из 1) неструктурирован-
ных объектов: материальная точка; абсолютно твердое тело, диск, шар, стержень, абсолютно упругое тело, пружина, идеальная жидкость и т. п.; 2) структурированных объектов: система материальных точек, кристаллическое твердое тело, идеальный газ и т. п.; 3) структурированных систем: гладкая и шероховатая поверхности, силовое поле и т. п. Такие базовые образы представляют собой строительный материал для создания и формирования моделей более сложных объектов [8].
Формирование базового набора элементарных образов изучаемых объектов и явлений возможно лишь в процессе практической деятельности с этими объектами на основе их восприятия, например, при выполнении лабораторного практикума, состоящего из натурных экспериментов. При этом главным является не столько изучение пространственных и временных характеристик и свойств рассматриваемых базовых образов, сколько усвоение причинно-следственной логики изменения их состояния и положения относительно окружающих тел [8].
Методику формирования у студентов умственного (ментального) образа рассмотрим на конкретном примере исследования физической ситуации «Прямолинейное равноускоренное движение материальной точки». Исследование будет состоять из теоретического анализа физической ситуации и трех этапов: эксперимента, теоретического обоснования и практического применения полученных знаний для решения задач.
При теоретическом анализе физической ситуации определяется объект исследования (физическая ситуация «Прямолинейное равноускоренное движение материальной точки»), предмет исследования (материальная точка и пространственно-временное изменение ее положения), физическое явление (прямолинейное движение тела постоянной массы под действием постоянной силы), физическая модель (прямолинейное движение материальной точки с постоянным ускорением).
В результате анализа уравнений равноускоренного движения делается вывод, что характер движения материальной точки определяют ее начальная координата, начальная скорость и ускорение, которые входят в виде коэффициентов в уравнения движения. Каждый численный набор этих коэффициентов в законах равноускоренного движения определяет вид, характер физического явления прямолинейного равноускоренного движения и одновременно одну или несколько задач на эту физическую ситуацию.
Формирование наглядного образа материальной точки, движущейся прямолинейно и равноускоренно, осуществляется с помощью физического эксперимента. В качестве натурных объектов используются теннисный шарик, воздушный шар, мяч. Выполняются разнообразные эксперименты по движению этих объектов в вертикальном направлении, по наклонной плоскости и горизонтально. Показывается, как зависит характер движения тела от модулей и от направлений начальной скорости и ускорения. В обязательном порядке каждый эксперимент анализируется, студенты сопровождают его рисунком, схемой, чертежом в своей собственной тетради.
Второй этап (теоретический) включает формирование условно-схематического образа материальной точки, движущейся равноускоренно и прямолинейно. Возможны два направления такого исследования физической ситуации: графическое и табличное. При табличном задании (исследовании) уравнений движения предлагаем студентам рассмотреть уравнения движения материальной точки с численными коэффициентами, например: V = 20 - 101, Б = 201 - 51:2 - и построить таблицу зависимости от времени ее скорости движения, модуля перемещения и пути.
Исследование этой таблицы сводится к соотнесению значений таблицы с координатной осью для всевозможных значений и направлений начальной скорости и ускорения материальной точки.
Третий этап - применение уравнений движения для решения физических задач. Решение системы специально составленных задач должно конкретизировать результаты предыдущего рассмотрения физической ситуации. В большинстве задач вопрос должен ставиться по принципу «найти все, что можно». В задачах обязательно должны быть поставлены те вопросы, которые вызывают у студентов наибольшие затруднения, например: «Определить скорость тела через 5 секунд от начала движения и изменение скорости тела за 5-ю секунду движения», «Определить путь и перемещение через 3 секунды движения и за 3-ю секунду движения», «Определить максимальное удаление точки от исходного положения и время возврата её в исходное положение» и т. п.
Рассмотренная методика исследования обобщенной физической ситуации учит студентов исследованию всевозможных физических ситуаций, которые может реализовать в пространстве и времени соответствующий объект физической ситуации, как источник множества физических задач, в том числе, естественно, и тех, что рассмотрены выше. Тем самым будет развиваться наглядно-образное мышление студента, причем речь идет о наглядности в собственно психологическом значении этого термина, так как наглядным средством становится образ, построенный самим человеком, а не картинка и изображение явления, представленное в учебнике (рисунок, фотография, схема и т. п.).
Сформированный мысленный образ будет использоваться всякий раз после принятия к решению новой задачи: в памяти студента «всплывает» образ физического явления, его физической модели, многообразие связей данного явления с окружающей средой. Человек мысленно «видит» сущность явления - его внутреннее содержание, сохраняющееся во всех изменениях явления, и внешние формы существования явления при всей их динамичности, изменчивости, и может использовать эти знания в нужный для него момент.
Итак, в мысленном образе человек отражает элементы объективной реальности, условно-схематические и знаково-символические изображения и понятия. Образы играют важ-
ную роль в решении мыслительных задач, особенно тех, которые требуют нового «видения» ситуации.
Субъективным результатом исследования физической ситуации должен стать ее мысленный (ментальный) образ, который может быть создан у студента как результат выполненного учебного исследования. Сформированного ментального образа физической ситуации может служить одним из критериев завершенности учебного исследования.
Методика формирования у студента ментального образа физической ситуации может включать (если это возможно) теоретическое введение в ситуацию и три этапа ее исследования: физический эксперимент, моделирование и этап решения и составления системы физических задач. В совокупности такая деятельность по изучению физической ситуации является учебно-исследовательской.
Сформированный умственный образ физической ситуации должен «работать» и использоваться студентом всякий раз после принятия к решению новой задачи: в памяти должен «всплыть» образ физического явления или объекта, физической модели, многообразие связей данного явления (объекта) с окружающей средой. Студент должен мысленно «видеть» объект исследования и сущность физического явления - его внутреннее содержание, сохраняющееся при изменениях явления, и внешние формы существования явления, их изменчивость и использовать эти знания в нужный момент при решении физических задач.
СПИСОК ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ
1. Мещеряков Б. Г., Зинченко В. П. Большой психологический словарь: 3-е изд. дополн. и перераб. М.: Прайм-ЕВРОЗНАК, 2002. 633 с.
2. Белянин В. А. Методическая система формирования исследовательской компетенции будущего учителя при изучении физики: теоретический аспект: моногр. М.: МПГУ, 2011. 224 с.
3. Новиков А. М., Новиков Д. А. Методология. М.: ИНЕРГ, 2007. 668 с.
4. Иванников В. А. Основы психологии. СПб.: Питер, 2010. 336 с.
5. Маланов С. В. Психологические механизмы теоретического мышления: теория в науке и учебной деятельности: моногр. Йошкар-Ола: Мар. гос. ун-т, 2001. 260 с.
6. Якиманская И. С. Педагогическая психология (основные проблемы). М.: МПСИ; Воронеж: НПО «МОДЭК», 2008. 648 с.
7. Холодная М. А. Психология интеллекта: парадоксы исследования. СПб.: Питер, 2002. 264 с.
8. Гилев А. А. Когнитивный анализ процесса решения учебных физических задач // Физическое образование в вузах. 2007. Т. 13, № 2. С. 26-37.
