Психолого-педагогические основы формирования научных понятий

Формирование у учащихся научных понятий представляет собой один из самых сложных объектов учительского мастерства, требующего знания философии, логики, психологии, педагогики. Формирование основных общих понятий науки составляет одну из важнейших задач каждого учителя-предметника в работе по формированию научного мировоззрения учащихся.

Главный недостаток школьного усвоения понятий - формализм. Суть его состоит в том, что учащиеся, правильно воспроизводя определение понятий, т.е. осознавая их содержание, не умеют пользоваться ими при ориентировке в предметной действительности, при решении задач на применение этих понятий [38, с. 187].

В настоящее время в отечественной педагогической психологии существуют два подхода к формированию научных понятий у учащихся. Один из них опирается на эмпирическую теорию обобщения, другой - на теорию содержательного обобщения. Практика и исследования ученых свидетельствуют о том, что эти два типа нельзя противопоставлять, а тем более игнорировать один из них. Внутри первого подхода существуют различные точки зрения по вопросу об особенностях усвоения понятий учащихся. Одна из них принадлежит Н.А. Менчинской, которая, как многие другие психологи, считает, что: 1) содержание понятий учащиеся усваивают не сразу, а постепенно, по частям, причем у разных учеников процесс усвоения происходит с разной скоростью и часто растягивается на очень длительный срок; 2) долгое время научные признаки понятия искажаются, сочетаясь с «донаучными»; 3) разделение главных и второстепенных признаков понятий и систематизация их устанавливаются лишь постепенно; 4) постепенно происходит и обобщение понятий, которое у слабых учеников часто остается совершенно недостаточным.

Иную точку зрения по данному вопросу высказывают П.Я.Гальперин [11, с.67] и Н.Ф. Талызина [37, с. 149]. Они считают, что этап сосуществования неверных «донаучных» представлений с научными понятиями не является обязательным, что он может быть совсем исключен, если сразу же правильно раскрыть научное содержание понятия. Указанные авторы считают, что формирование понятий не следует растягивать на продолжительный период времени, что это можно осуществить «в один прием».

Работая в основном с научными геометрическими понятиями, Н.Ф.Талызина [37, с.151] установила, что их усвоение предполагает формирование, по крайней мере, трех действий, которые не являются специфическими для этих понятий и необходимы при работе с любыми понятиями. Первым из них было выделено действие подведения под понятие. Это действие состоит из двух частей: а) общелогической и б) специфической. К общелогической относится, прежде всего, общая структура распознавания, определяемая структурой признаков понятия (конъюнктивная, дизъюнктивная, смешанная), к специфической - операции по установлению у предметов признаков, необходимых и достаточных для отнесения этих предметов к данному понятию. К числу общелогических действий относятся также сравнение, классификация, действия, связанные с установлением иерархических отношений внутри системы понятий (род - вид) и др. Согласно Н.Ф.Талызиной, новое понятие может быть получено человеком только через контакт с теми предметами, понятие о которых формируется. Для того, чтобы управлять этим процессом, надо с самого начала организовать у учащихся действия с предметами, которые будут направлены на интересующие нас в этих предметах стороны. Учащимся надо задать при этом ориентиры (эталон), по которым они будут «снимать» с предметов образ. Наиболее полно удовлетворяет этим требованиям действие подведения под понятие [37, с. 151].

Итак, первое условие управления процессом усвоения понятий — наличие действий, адекватных поставленной цели.

Второе условие управления - знание структурного и функционального состава выделенного действия. Это действие состоит из установления наличия каждого признака из системы необходимых и достаточных и оценки полученных результатов. Если все необходимые и достаточные признаки налицо, то предмет подходит под данное понятие, если нет хотя бы одного - не подходит; если хотя бы об одном из признаков ничего не известно, то при наличии всех остальных определенного ответа дать нельзя.

Третье условие управления - представленность всех элементов действия во внешней, материальной форме: система необходимых и достаточных признаков понятия выписывается на карточку, эти признаки материализуются.

Четвертое условие — поэтапное формирование выделенного действия с отработкой всех заданных параметров. Имеются в виду следующие этапы: этап предварительного знакомства с действием, этап самостоятельного пробного действия, этап внешнеречевой, умственный этап.

Пятое условие управления - наличие пооперационного контроля при усвоении новых форм действия. При формировании понятий с помощью действия подведения под понятие в качестве контрольных операций выступает проверка каждого признака, сравнение с логическим правилом-алгоритмом и т.д.

Естественно, что перед формированием действия подведения под понятие, необходимо установить исходный уровень познавательной деятельности учащихся и произвести формирование необходимых предварительных знаний и действий.

М.Н. Шардаков рекомендует осуществлять формирование понятий по следующим этапам [42, с. 223-227]:

1. Организация наблюдения единичных предметов или явлений. Учащимся дается наглядное представление о явлении, предмете или законе с помощью выразительных наглядных пособий или опытов; при этом новые понятия даются в тесной связи с уже известными учащимся понятиями. В процессе всей работы внимание школьников акцентируется на общих существенных признаках изучаемых предметов и явлений.

2. Обогащение наблюдений. С этой целью организуется наблюдение возможно большего количества разнообразных предметов и явлений, относящихся к изучаемому понятию. Наблюдая большое количество разнообразных новых предметов и явлений, учащиеся легче смогут обнаружить как общие существенные признаки и свойства, связи и отношения, так и второстепенные индивидуальные признаки.

3. Выделение общих существенных признаков изучаемых предметов и явлений. Этот мыслительный процесс происходит при помощи абстрагирования и анализа отдельных признаков предметов и явлений, их синтезирования и обобщения.

4. Уточнение. Чтобы приобретенные школьниками понятия о предметах и явлениях были определенными, необходимо уточнить их и, пользуясь сравнением, отличить от родственных или сходных понятий.

5. Определение понятия. После проделанной работы по формированию понятия рекомендуется дать его определение. Определение должно охватить все общие существенные признаки понятий.

6. Упражнение по практическому применению понятий и проверка их усвоения.

7. Расширение и углубление понятий. В процессе дальнейшего обучения учащихся глубже знакомятся с содержанием понятий и изучают связи и отношения между различными понятиями.

Предложенные Н.А. Менчинской, Н.Ф.Талызиной и М.Н. Шардаковым способы формирования понятий не исчерпывают всех случаев формирования понятий в процессе обучения. Упомянутые способы могут быть реализованы главным образом при формировании понятий, когда возможна опора на конкретный наглядный материал, на чувственно воспринимаемые предметы и явления. В настоящее время в школьном преподавании приходится все чаще иметь дело с такими понятиями, при формировании которых невозможна опора ни на непосредственный опыт учащихся, ни на наглядные образы и чувственно воспринимаемые объекты, ни на реконструируемые воображением представления о явлениях и предметах, ни на знания, усвоенные ранее. Начинать в таких случаях формирование понятия с «предметных» действий, как это предлагает П.Я. Гальперин, или с «чувственного восприятия», как предлагает М.Н. Шардаков, не представляется возможным. Здесь возможен иной путь - начинать формирование понятия с определения, которое учащийся усваивает под руководством педагога посредством анализа некоторого целого с целью открытия его генетически исходного, существенного, всеобщего отношения как основы внутреннего единства этого целого. Этот путь рекомендуется В.В.Давыдовым [16, с. 338], который считает, что формирование понятия у школьников должно начинаться сразу со второй фазы обобщения. По его мнению, фундамент учебной программы должно составить «исходное» понятие науки. Давыдов утверждает, что нет необходимости при формировании понятия повторять с учениками весь тот путь, который был пройден в науке до образования понятий. Усвоение понятий, по В.В.Давыдову, происходит в процессе решения учащимися учебной задачи. Учебная задача решается школьниками путем выполнения следующих действий: 1) принятие от учителя или самостоятельная постановка учебной задачи; 2) преобразование условий задачи с целью обнаружения всеобщего отношения изучаемого объекта; 3) моделирование выделенного отношения в предметной, графической и буквенной формах; 4) преобразование модели отношения для изучения его свойств в «чистом виде»; 5) построение системы частных задач, решаемых общим способом; 6) контроль за выполнением предыдущих действий; 7) оценка усвоения общего способа как результата решения данной учебной задачи. В.В.Давыдов сформулировал следующие логико-психологические требования к процессу формирования понятий [16, с. 414]:

1. Понятия, конструирующие данный учебный предмет или его основные разделы, должны усваиваться детьми путем рассмотрения предметно-материальных условий их происхождения, благодаря которым они становятся необходимыми (иными словами, понятия не должны даваться детям как «готовое знание»).

2. Усвоение знаний общего и абстрактного характера должно предшествовать знакомству с более частными и конкретными знаниями, последние должны быть выведены из первых как из своей единой основы.

3. При изучении предметно-материальных источников тех или иных понятий ученики, прежде всего, должны обнаружить генетически исходную, всеобщую связь, определяющую содержание и структуру всего объекта данных понятий. Эту связь необходимо воспроизвести в особых предметных, графических или знаковых моделях, позволяющих изучать свойства в «чистом виде».

4. У школьников нужно специально сформировать такие предметные действия, посредством которых они могут в учебном материале выявить и в моделях воспроизвести существенную связь объекта, а затем изучать ее свойства.

5. Учащиеся должны постепенно и своевременно переходить от предметных действий к их выполнению в умственном плане.

Автор утверждает, что такое построение учебных предметов позволяет организовать учебную деятельность, в процессе которой уже младшие школьники полноценно овладевают понятиями, обычно относимыми к более старшему возрасту. Усвоение этих понятий способствует формированию у детей теоретического мышления.

В. Оконь предлагает следующие этапы формирования научных понятий [25, с. 156]:

1. Сопоставление данных предметов с другими.

2. Поиски общих и различных черт рассматривают вместе, так как оба вида этой деятельности выступают в неразрывной связи.

3. Определение понятия на основании знакомства с чертами предмета.

Н.Г.Разумовский, А.И.Бугаев, Ю.И.Дик дают свою интерпретацию этапов образования понятия [27, с. 82]:

1) выделение существенных признаков понятия при помощи наблюдений за изучаемыми объектами, работа с учебной литературой;

2) синтезирование существенных признаков в определении понятия;

3) уточнение признаков понятия с помощью варьирования несущественных признаков класса, отделение существенных признаков от несущественных;

4) отграничение данного понятия от ранее изученных на основе сравнения признаков сходных понятий, выявлению общего и особенного;

5) установление связей и отношений данного понятия с другими;

6) применение понятий, дальнейшее уточнение признаков, диффренцировка их и конкретизация;

7) классификация понятий и их систематизация.

В.Оконем и А. А. Харитоновой были выявлены общие этапы формирования научных понятий [25, с. 155]:

- накопление опытных фактов;

- выявление характерных особенностей понятия;

- установление причинно-следственных связей;

- определение понятия, введение величин и констант;

- развитие и применение понятия.

Обобщая результаты исследований и опираясь, в первую очередь, на работы А.В. Усовой и ее аспирантов, можно выделить следующие этапы формирования сложных естественнонаучных понятий [39, с. 51]:

1. Отбор существенных признаков понятия, отделение их от несущественных.

2. Синтез существенных признаков понятия в определение.

3. Уточнение и закрепление существенных признаков понятия в памяти.

4. Установление связей данного понятия с другими, выделение сходных понятий по определенным признакам.

5. Использование данного понятия при решении задач и упражнений.

6. Классификация понятий, определение места понятия в данной системе.

7. Опора на данное понятие при усвоении нового понятия.

8. Установление связей между понятиями разных дисциплин, применение понятий общенаучных в решении задач межпредметного характера.

Перейдем к методам формирования понятий. Основными являются индуктивный и дедуктивный. Начинается индукция обычно с анализа опытных данных, на основе сравнения выявляются общие признаки наблюдаемых предметов или явлений, затем, выделяя существенные признаки предметов, абстрагируются от несущественных. Далее приступают к нахождению существенно общих признаков, что приводит к возникновению нового суждения - так делается индуктивное умозаключение.

Итак, с точки зрения индуктивного подхода образование понятий происходит в следующей последовательности [30; с 138]:

1) ученикам предъявляются различные объекты некоторого класса;

2) они изучают эти объекты, т.е. выявляют их свойства, структуры, связи, действия;

3) выявленные свойства объектов сравниваются друг с другом и объединяются, если они общие для всех предметов или если отличают все предметы одной группы от другой;

4) эти свойства отчленяются от объектов и обозначаются соответствующим термином - названием понятия;

5) введенный термин применяется к различным объектам, имеющим свойства, выявленные в результате анализа.

Таким образом, в индуктивных умозаключениях получение новых фактов формулируется на основе анализа наблюдений, а дедуктивное умозаключение выводится из посылок.

Дедуктивный метод является основным в теоретических исследованиях.

Структура объяснения учителем нового материала, если его целью является дедуктивное предсказание нового факта такова [30, с. 143]

1. Индуктивно строится модель, отражающая только существенные свойства (для данной конкретной задачи) изучаемого объекта. Эти существенные черты должны быть четко выделены, для этой цели часто используются схемы, рисунки, диаграммы.

2. В ходе дедуктивных умозаключений устанавливают связь между отдельными свойствами модели или предсказывают ее поведение в определенной экспериментальной ситуации.

3. Результатом теоретического анализа или мысленного эксперимента является дедуктивное умозаключение, содержащее неизвестное знание.

4. Полученный вывод подвергают экспериментальной проверке. Структура дедуктивных пояснений совпадает со структурой теоретических предсказаний, только результат дедуктивных умозаключений должен совпадать с объясняемым фактом, и это совпадение рассматривается как объяснение последнего.

Дедуктивный вывод следствий не использует никаких моделей.

Все рассуждения проводятся на абстрактном уровне, т.е. широко применяются математические выводы. Этот вид дедуктивного приема изложения является наиболее трудно усваиваемым для учащихся по сравнению с дедуктивным предсказанием и пояснением.

Ассоциативный метод формирования понятий имеет свои истоки из ассоциативной теории, которая существенные признаки понятия рассматривает как общие, необходимые и отличительные.

Логика образования понятий представляет из себя следующую цепочку: предмет - восприятие - понятие - слово.

Основные этапы формирования понятия ассоциативным методом [30, с.136]:

1) обобщение неосознанных представлений предметов или явлений некоторого класса;

2) выделение и осознание наиболее бросающихся в глаза признаков предъявленных объектов;

3) выделение и осознание существенных признаков;

4) понятие связывается со всем большим числом объектов, углубляется и обобщается.

Легко проследить, что ассоциативный метод требует от учащихся умений проводить наблюдение, анализ, синтез, сравнение, абстрагирование и обобщение.

Инвентивный метод своим источником определяет действие: понятие не выводится, а изобретается, так как многие научные факты невозможно объяснить без введения нового научного понятия. Изобретенными являются понятия: "вектор", "дифференциал", "интеграл", "энергия", "индукция", "атом" и т.п.

Инвентивное образование понятий достигается [30, 141]:

1) переходом на другую ступень организации, когда ранее самостоятельные совокупности становятся частями более широко охватывающего целого, или наоборот. Это совпадает с процессом объединения или обобщения (обратный процесс - расчленение или конкретизация);

2) изменением принципа организации, когда координация (сочетание) элементов внутри данной совокупности заменяется их субординацией (центрированием, т.е. выдвижением в качестве существенных тех элементов, которые были второстепенными, и наоборот).

Таким образом, мы рассмотрели два подхода к формированию научных понятий у учащихся. Один из них опирается на эмпирическую теорию обобщения, другой - на теорию содержательного обобщения. Также рассмотрели такие методы формирования научных понятий как дедуктивный, индуктивный, ассоциативный и инвентивный. Так как главным источником формирования понятия является действительность и деятельность человека, а ощущения и восприятия поставляют материал для представлений, целесообразно обратиться к витагенному образованию, которое основано на жизненном опыте, образованном этими представлениями.