Развитие мышления учащихся

Развитие мышления учащихся - одна из центральных задач школьного образования.

Особая значимость проблемы развития мышления связана с изменением целей и задач образования. В последнее время начал осознаваться и формулироваться новый акцент в понимании триединства целей образования: важнейшей целью процесса обу­чения становится развитие личности учащегося. Приобретение же знаний, умений и навыков понимается как средство этого разви­тия. Социальный заказ общества, заключающийся прежде всего в требовании формирования в условиях школы активной, самостоя­тельной, культурной личности, изменил отношение педагогической общественности как к содержанию образования, так и к системе методов и средств обучения. Такие компоненты содержания обра­зования, как передача творческого опыта, опыта эмоционально-ценностного отношения к миру, роль которых ранее недооценива­лась, имеют принципиально важное значение для развития лично­сти школьника. Кроме того, для развития личности учащегося не­обходимо, чтобы сам ученик из объекта учебно-воспитательного процесса превратился в субъект, проявляющий свою самостоятель­ность и активно взаимодействующий с учителем.

Развитие личности учащегося прежде всего предполагает раз­витие его мышления.

Мышление — это высшая ступень человеческого познания, про­цесса отражения объективной действительности. Возникая на ос­нове ощущения и восприятия, мышление, в отличие от них, дает обобщенное и опосредованное отражение действительности, пере­ходя границы непосредственного чувственного познания и позволяя человеку получать знания о таких свойствах, процессах и отноше-

ниях, которые не могут быть восприняты его органами чувств. Однако в реальной познавательной деятельности каждого челове­ка мышление и чувственное познание неотделимы, непрерывно переходя одно в другое и обусловливая друг друга. Способность мышления переходить границы непосредственно чувственного познания объясняется тем, что в процессе мыслительной деятель­ности происходит соотнесение данных практического опыта и уже имеющихся у субъекта знаний.

Вообще говоря, развитие мышления школьников всегда было одной из задач обучения, решая которую учитель пытался на конкретном учебном материале научить школьников сравни­вать, анализировать, классифицировать, обобщать и т.д. Все названные умения - это функции формальной логики, поэтому традиционно в школе учителя занимались формированием фор­мально-логического мышления учащихся. В основе этого типа мышления лежит эмпирическое обобщение, фиксирующее внеш­ние признаки, внешние зависимости вещей; сущность же вещи (объекта, явления) может быть раскрыта только при рассмотре­нии процесса ее развития и взаимодействия с другими вещами. Иначе говоря, сущность явления может вскрыть только диалек­тическое, т.е. научное, мышление, основанное на теоретическом обобщении.

Поэтому, учитывая специфику содержания физического обра­зования, на материале которого в рамках средней школы в наи­большей степени возможно развитие научного, теоретического мышления, будем говорить в дальнейшем о развитии именно на­учного мышления школьников. Главным атрибутом научного мышления является диалектическая логика, использующая, одна­ко, весь аппарат логики формальной (такие функции, как анализ, синтез, обобщение и т.д.).

История развития науки, и в первую очередь физики, показы­вает, как развивалось, обогащалось научное мышление; как на смену метафизическому мышлению, господствовавшему долгое время в естествознании, постепенно пришло диалектическое мышление. Революция в физике XX в. подтвердила необходи­мость применения законов диалектической логики для адекватно­го отображения реальной действительности.

Не вдаваясь в подробности обсуждения очень близких по сути понятий «научное мышление», «теоретическое мышление» или же «научный стиль мышления», используемых в методической литера­туре, ограничим себя выделением основных, принципиальных черт, характерных для научного мышления. Это прежде всего:

- понимание возможности одновременного существования
диалектически противоположных свойств объекта, явления и
умение оперировать диалектическими противоречиями;

- понимание взаимосвязи, взаимообусловленности явлений и
умение выявлять и анализировать эти взаимосвязи;

- умение рассматривать объект или явление в развитии, посто­янном движении;

- понимание конкретности знания, истинности его в опреде­ленных условиях;

- понимание взаимосвязи качественных и количественных из­менений;

- умение видеть в развитии научного знания проявление отрицания.

Для научного мышления характерно прежде всего использо­вание диалектической формулы «и то, и другое (противополож­ное) одновременно», или «ни то, ни другое одновременно». К сожалению, большинство школьников при анализе диалекти­ческого противоречия, заключенного в каком-либо фрагменте учебного материала, строят рассуждения прежде всего по аль­тернативному принципу - «или - или», характерному для фор­мально-логического мышления. Подобное построение зачастую искажает действительность, не отражает сущности реальных процессов и явлений. Так, общеизвестна ситуация, когда вопрос о корпускулярно-волновом дуализме свойств света решается школьниками по альтернативному принципу: в процессе рас­пространения свет представляет собой электромагнитную волну; проявляются волновые свойства (интерференция, дифракция и пр.). При взаимодействии же с веществом свет - это поток час­тиц; проявляются его корпускулярные свойства (фотоэффект, эффект Комптона и т.д.). Иначе говоря, в зависимости от усло­вий свет в представлении учащихся есть либо волна, либо поток частиц. (Логическая формула «или - или» в действии.) Истинное же понимание того, что свет не есть ни то, ни другое, что это единая объективная реальность, а «свет - волна», «свет - поток корпускул» лишь только модели, удобные для описания свойств света в определенных условиях, как правило, ускользает от вни­мания учеников.

Как показывает анализ психолого-педагогической и методиче­ской литературы, формально-логический стиль мышления школь­ников преобладает над диалектическим и в равной степени про­является при изучении всех школьных предметов. Следовательно, необходима специальная работа учителей, и прежде всего учите­лей физики, направленная на развитие научного мышления школьников.

Диалектическое единство противоположных сторон, характер­ное для объективной реальности и процесса ее познания, нашло свое отражение и в знании о мире (в физике - науке), и соответст­венно в школьном учебном материале. Показ учащимся диалек­тического сочетания противоположных сторон (по характеру, действию и пр.), проявляющегося в тех или иных физических яв­лениях или процессах, - это один из путей развития научного мышления школьников при изучении физики.

Учебный физический материал, содержащий диалектические противоречия, достаточно разнообразен; примеры подобного ро­да представлены в курсах физики как основной школы, так и средней школы. Наиболее простыми и понятными для школьни­ков являются примеры одновременного существования таких проявлений физических процессов, как испарение и конденсация, таких свойств, как притяжение и отталкивание, таких характери­стик процесса, как движение и покой, и т.д. В ряде же случаев не­обходимо специальное разъяснение учителя физики, поскольку одновременность существования противоположных сторон для учащихся неочевидна. Так, например, рассматривая вопрос о си­лах межмолекулярного взаимодействия (в старших классах сред­ней школы), учителю следует акцентировать внимание учащихся на одновременности существования сил притяжения и отталкива­ния. В противном случае школьники, как показывает опыт, так и остаются с убеждением, что в зависимости от расстояния между молекулами действует либо сила отталкивания, либо сила притя­жения. При этом в качестве иллюстрации целесообразно на ри­сунке, изображающем график зависимости силы межмолекуляр­ного взаимодействия от расстояния, строить не только результи­рующую сил взаимодействия, но и составляющие силы (отталки­вания и притяжения). Это поможет учащимся осознать одновре­менность существования двух противоположных сил межмолеку­лярного взаимодействия.

Другой путь формирования понимания школьниками сути диалектических противоречий и умения работать с ними заклю­чается в специальной работе с учащимися, инициирующей воз­никновение спора в поисках истины, провоцирующей столкнове­ние мнений, в результате чего они приходят к убеждению в воз­можности одновременного существования противоположных то­чек зрения. Школьникам можно предлагать задания, содержащие противоположные суждения, например, такое: «Два ученика из­мерили длину школьной тетради и записали ответы. У одного она оказалась равной 22 см, а у другого - 23 см. Кто же их них прав?»

Обсуждение этого вопроса дает возможность учителю физики, с одной стороны, сформулировать диалектический по форме от­вет («и тот, и другой правы»), подвести школьников к пониманию возможности существования не единственного ответа, а с другой -начать разговор о точности физических измерений и погрешности измерений.

Или иной пример, который может быть использован при изу­чении механической энергии: «Рассмотрим одно и то же тело в двух разных системах отсчета: относительно первой системы от­счета тело покоится, относительно второй - движется. Значит, в первом случае мы можем утверждать, что кинетическая энергия тела равна нулю, а во втором - что тело обладает определенной кинетической энергией. Какое из этих утверждений верно?» Обсу-

див подобный вопрос, можно с большей уверенностью в правиль­ном ответе задавать, например, учащимся вопросы, предпола­гающие понимание относительности значений потенциальной и кинетической энергий.

Другим важным условием развития научного мышления уча­щихся является формирование у них представления о взаимосвязи и взаимообусловленности явлений природы. Подобная взаимосвязь проявляется в иллюстрации на уроках физики зависимости явлений и определяющих их физических величин, направленности физиче­ского процесса, условий протекания процесса, условий его наблю­дения, соотношения характеризующих данный процесс физических параметров, в установлении различных по характеру и степени общности форм связи, в том числе причинно-следственных связей (как динамических, так и статистических), и т.д.

Говоря о взаимосвязи и взаимообусловленности явлений при­роды, следует иметь в виду, что в процессе обучения физике принципиально важно научить учащихся видеть и понимать не столько внешние проявления взаимосвязи, сколько уметь увидеть и осознать внутреннюю, сущностную взаимообусловленность фи­зических явлений и процессов. Например, взаимосвязь таких яв­лений, как гром и молния, для учащихся даже младших классов очевидна. Однако природа этого единого по сути и разного в сво­их проявлениях природного явления может быть раскрыта и по­нята только путем анализа и сопоставления определяющих явле­ние существенных характеристик. Так, возможность возникнове­ния молнии определяется прежде всего соотношением разности потенциалов между облаками и землей и предельно допустимым значением пробоя диэлектрика (каковым является воздух); соот­ношение между скоростями света и звука обусловливает отстава­ние грома от молнии и т.д.

Иначе говоря, взаимосвязь и взаимообусловленность физиче­ских явлений, характер и направленность их развития определя­ются в физике прежде всего соотношением физических величин. Физика, как известно, количественная наука, и одно из централь­ных ее понятий - понятие физической величины, определяющей качественное и количественное своеобразие физического объекта или различных его свойств. Любой физический процесс, любое явление может быть изучено и понято только в том случае, если имеется возможность охарактеризовать его количественно опре­деленными величинами. Следовательно, взаимосвязь явлений, изучаемых физикой, должна быть представлена и в качественном и в количественном своеобразии.

Так, уже на начальных этапах изучения физики рассматривает­ся ряд ситуаций, в которых очень наглядно проявляется зависи­мость характера физического явления от определяющих его вели­чин. Например, анализируя условия плавания тел, учащиеся убе­ждаются, что поведение погруженного в жидкость тела зависит от

соотношения двух физических величин: силы тяжести, действую­щей на данное тело (F_T), и архимедовой силы (Fa). При этом ана­лиз не ограничивается только случаем Fa = F_r, т.е. условием пла­вания тела. Школьники выясняют, как изменится поведение тела, если Fa станет больше (или меньше) F_T (Fa > F_T; Fa < F_T). Столь же просты и очевидны примеры анализа явлений кипения жидкости, испарения, конденсации. В зависимости от соотношения темпера­туры тела с температурой кипения или температурой плавления вещества тело будет находиться в том или ином агрегатном со­стоянии; при изменении температуры (наблюдаемом в процессе проведения лабораторной или практической работы или при ана­лизе решения конкретной физической задачи) тело определенным образом может изменить свое состояние.

В старших классах средней школы учащиеся знакомятся с большим числом физических величин. К сожалению, в ряде случа­ев физическая сущность величины остается недопонятой ими. И одна из основных причин подобного явления заключается в не­понимании школьниками связи физических величин с определяе­мыми ими свойствами объектов (явлений), в неумении анализиро­вать подобные связи, выявлять зависимость поведения физическо­го объекта или изменения его свойств от значений физических величин, характеризующих данный объект (явление).

Особенно очевиден метафизический характер приобретаемых знаний и, следовательно, формируемого у учащихся стиля мыш­ления при изучении механики (в старших классах). Алгоритмиза­ция решения физических задач, число которых очень велико в этот период, приводит к тому, что при анализе любой физической ситуации (например, при изучении законов Ньютона) учащиеся выявляют силы, действующие на тот или иной физический объект или систему объектов, и устанавливают однозначные связи (т.е. связи на уровне равенства) в соответствии со вторым законом Ньютона. Далее формальные математические манипуляции при­водят школьников к искомому, почти всегда единственному отве­ту. Подробные алгоритмы бесспорно упрощают решение физиче­ских задач и на какой-то стадии обучения необходимы школьни­кам, однако, сводя всю работу учащихся к многократным повто­рениям в соответствии с установленным шаблоном решения за­дач, способствуют формированию прежде всего формально­логического мышления. Любой выход за рамки традиционных задач, т.е. предложенных ученикам задач творческого, поисково­го характера, задач с неполными или избыточными данными, за­дач, требующих ответа «и то, и другое одновременно», и пр., ина­че говоря, требующих элементов диалектического мышления, приводит учащихся, как показывает практика, в тупиковую си­туацию. Следовательно, наряду с решением задач с применением отработанного алгоритмического подхода необходимо более ши­роко использовать задания, вопросы, требующие нетрадицион-

ных решении, помогающие анализировать явления и процессы всесторонне, оценивать явления в динамике, в развитии. Возмож­ности подобного рода в курсе механики (как и в любом другом курсе) достаточно велики. Прежде всего даже в типичных задачах следует иной раз выходить за рамки традиционных решений, ана-лизировать возможный характер поведения объекта при изменении тех или иных физических параметров, анализировать полу­ченные результаты и их реальное соответствие физической ситуа­ции, прогнозировать возможные решения и пр.

Остановимся для примера на одной типичной задаче, традици­онно решаемой в курсе механики. В задаче определяется поведе­ние тел (материальных точек) при упругом центральном ударе. По известным значениям масс взаимодействующих тел - т₁ и т₂ и скорости одного из тел v (второе тело считается неподвижным в избранной системе отсчета) учащиеся определяют значение ско­ростей этих тел, приобретенных после столкновения, - v₁ и v₂, ис­пользуя законы сохранения энергии и импульса:

; .

Приобретенные скорости (по модулю) соответственно равны:

; .

Если задачу решать с целью отработки с учащимися знания за­конов сохранения - как это традиционно и делается в школе, - то можно на этом считать задачу решенной. Однако подобное фор­мальное решение ничего по сути дела не говорит о поведении тел. Только анализ конкретных ситуаций, определяемых заданием со­отношений масс взаимодействующих тел, может дать ответ на по­ставленный вопрос. В самом деле, если массы тел равны (т₁ = т₂), то скорость ранее двигавшегося тела станет равной нулю, а поко­ившееся будет двигаться со скоростью v. В зависимости от соот­ношения значений величин т₁ и т₂ (т₁> т₂ или т₁< т₂) приобре­тенные телами скорости будут либо сонаправлены, либо проти­воположно направлены. В тех же случаях, когда массы тел суще­ственно отличаются друг от друга (т₁ » т₂ или т₁ «т₂), приоб­ретенные после взаимодействия скорости окажутся характерными соответственно для движений, когда: 1) скорость тяжелого тела практически не изменится, а легкого увеличится в 2 раза; 2) произойдет отражение легкого тела от массивного, как от «стены». Все многообразие приведенных ситуаций зависит от со­отношения определяющих процесс значений физических величин т₁ и т₂ - и получено в результате анализа формул для значений v₂ и v₂. Подобный анализ целесообразен также и в связи с тем, что

данная задача решается много раз в курсе физики средней школы: бомбардировка стенок сосуда молекулами газа; рассеяние ядер гелия на ядрах атомов золота; лобовое соударение нейтронов с атомами водорода, позволяющее вычислить массу нейтрона, и т.д. Для решения каждой конкретной задачи необходимо устано­вить возможности использования модели упругого центрального удара и далее, в соответствии с соотношением масс взаимодейст­вующих тел, определить их поведение.

Очевидно, что спектр методических возможностей, способст­вующих формированию представлений учащихся о взаимосвязи и взаимообусловленности явлений природы, отражающих их законов и характеризующих понятий и величин, чрезвычайно широк. Так, идея относительности, зависимости поведения объекта или его свойств от избранной системы отсчета анализируется при изучении вопросов механики и электродинамики. При рассмотрении зако­нов, закономерностей, формул молекулярной физики, таких, как основное уравнение молекулярно-кинетической теории, уравнения газового состояния, формулы связи температуры и средней энергии теплового движения, следует подчеркивать взаимосвязь макро- и микропараметров в единых математических выражениях. Диалек­тическая взаимосвязь двух различных видов движения - волнового и корпускулярного проявляется в основных характеристиках микрообъектов (фотонов, элементарных частиц). И эту зависи­мость следует обязательно подчеркивать и анализировать и т.д.

Говоря о развитии научного мышления школьников, следует также помнить, что учитель физики должен сформировать пони­мание учениками того факта, что физика-наука - это не склад го­товых и исчерпывающих истин, а процесс их достижения, движе­ние от незнания к знанию, от знания ограниченного, приблизи­тельного ко все более точному, всеобщему. Этот процесс позна­ния и накопления знания бесконечен. Каждое конкретное знание (например, физический закон) истинно в определенных условиях. Понимание относительности физического знания - законов, тео­рий, необходимость очерчивать границы их применимости, опре­делять степень общности приобщают школьников к культуре мышления, учат видеть многообразие связей в природе, понимать ограниченность любого знания, иначе говоря, способствуют раз­витию их мышления.