Формирование системного мышления в обучении
реклама
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Алтайская государственная академия образования имени В.М. Шукшина» И.А. Сычев О.А. Сычев Формирование системного мышления в обучении средствами информационно-коммуникационных технологий Монография Бийск АГАО им. В.М. Шукшина 2011 ББК 88 С 95 Печатается по решению редакционно-издательского совета Алтайской государственной академии образования им. В.М. Шукшина Рецензенты: доктор педагогических наук, профессор Алтайской государственной академии образования им. В.М. Шукшина Л.А. Мокрецова (г. Бийск); кандидат психологических наук, доцент кафедры гуманитарных наук Бийского технологического института АлтГТУ Е.В. Разгоняева (г. Бийск). С 95 Сычев, И.А. Формирование системного мышления в обучении средствами информационно-коммуникационных технологий [Текст]: монография / И.А. Сычёв, О.А. Сычёв. – Бийск: ФГБОУ ВПО «АГАО», 2011. – 161 с. – 300 экз. – ISBN 978-585127-670-5 В работе представлены результаты теоретического анализа природы и структуры системного мышления, возможностей его развития и формирования. Предложена модель формирования элементов системного мышления учащихся старших классов на материале курса «Информатика и ИКТ», которая прошла проверку в ходе экспериментального исследования и подтвердила свою эффективность. Для научных работников, преподавателей, аспирантов, студентов педагогических вузов. ISBN 978-5-85127-670-5 Работа выполнена при финансовой поддержке РГНФ (проект № 11-06-00264а "Формирование системного мышления старших школьников и студентов средствами информационно-коммуникационных технологий"). ФГБОУ ВПО «АГАО», 2011. Сычев И.А., Сычев О.А., 2011. 2 ОГЛАВЛЕНИЕ ВВЕДЕНИЕ................................................................................................ 4 ГЛАВА 1. Теоретические основы исследования системного мышления.............................................................................. 7 1.1. Системное мышление в структуре познавательной деятельности... 7 1.2. Понятие системного мышления и его основные характеристики.. 23 1.3. Структура системного мышления .................................................. 35 ГЛАВА 2. Теоретические и методологические вопросы формирования системного мышления на материале курса «Информатика и ИКТ»........................................................................... 52 2.1. Развитие и методологические предпосылки формирования системного мышления ........................................................................... 52 2.2. Модель формирования элементов системного мышления учащихся старших классов на материале курса «Информатика и ИКТ»................................................................ 64 ГЛАВА 3. Опытно-экспериментальная работа по оценке эффективности модели и технологии формирования системного мышления в курсе «Информатика и ИКТ» ......................................... 78 3.1. Технология формирования системного мышления в курсе «Информатика и ИКТ».......................................................................... 78 3.2. Организация педагогического эксперимента и содержание опытно-экспериментальной работы................................ 105 3.3. Результаты экспериментального исследования по формированию системного мышления учащихся старших классов в курсе «Информатика и ИКТ» ............................... 127 ЗАКЛЮЧЕНИЕ..................................................................................... 135 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ............................ 137 ПРИЛОЖЕНИЯ .................................................................................... 154 3 ВВЕДЕНИЕ В концепции модернизации российского образования на период до 2010 года отмечается, что для решения глобальных проблем, возникших сегодня перед человечеством, требуется формирование современного мышления у молодого поколения. В документе подчеркивается, что в условиях перехода к постиндустриальному обществу особую важность приобретают такие качества личности как умение самостоятельно принимать ответственные решения в ситуации выбора, прогнозировать их возможные последствия, мобильность, динамизм, конструктивность. Современная система образования не в полной мере обеспечивает решение поставленных задач. Традиционный процесс обучения в общеобразовательной школе, построенный, преимущественно, на объяснительно-иллюстративных методах, ориентирован на оперирование конкретными объектами реальной действительности или их готовыми моделями. Мыслительная деятельность учащихся в процессе такого обучения направлена на решение существенно упрощенных, искусственных учебных задач, а потому не получает стимула к развитию системное мышление, необходимое для успешного взаимодействия с реальными системно-организованными объектами и явлениями. Существенное изменение способов мышления школьников возможно при организации обучения на основе современных мыследеятельностных концепций (Ю.В. Громыко), где основной акцент ставится не на усвоении конкретных знаний (это задача второго плана), а на создании таких условий, при которых будет наиболее эффективно формироваться мышление учащихся. Одним из важнейших условий формирования системного мышления в обучении, по-видимому, является использование «ориентировки по системному типу» (З.А. Решетова) при изучении школьниками сложного материала некоторых учебных дисциплин. Системный подход в настоящее время выступает в качестве методологической основы во многих областях знаний и предоставляет возможность изучать разные системы или явления с помощью единых методов. Несмотря на то, что элементы системного подхода можно присутствуют в содержании большинства школьных дисциплин, формирование основ системного мышления у учащихся осуществляется стихийно. В то же время педагог может и должен целенаправленно создавать педагогические условия для формирования основ системного мышления школьников – мышления, направленного на раскрытие целостности объектов, выявление многочисленных, часто скрытых взаимосвязей, сведение этих взаимосвязей в единую, общую картину. 4 Под системным мышлением в нашем исследовании понимается мышление, в процессе которого субъект рассматривает предмет мыслительной деятельности как систему, выделяя в нём соответствующие системные свойства и отношения, обнаруживая проявления общих системных принципов и закономерностей. Основы системного мышления закладываются в течение всего курса обучения в общеобразовательной школе и далее получают своё развитие в ходе профессионального образования и в практической деятельности субъекта. Выявление и обоснование педагогических условий формирования элементов системного мышления целесообразно, прежде всего, в рамках дисциплины «Информатика и информационно-коммуникационные технологии» («Информатика и ИКТ»), так как в современной системе образования информатика рассматривается как метапредмет, предоставляющий универсальные инструменты и наиболее общие подходы к изучению других предметных областей и призванный облегчить и упростить восприятие сложного и объёмного учебного материала. Многие учёные (А.А. Веряев, А.П. Ершов, А.А. Кузнецов, М.П. Лапчик, В.С. Леднев и др.) подчёркивают особую роль информатики, её общенаучный, интегративный характер. Системное мышление возможно и необходимо формировать и в рамках других учебных дисциплин, но именно в дисциплине «Информатика и ИКТ» присутствует обязательный раздел «Моделирование и формализация», в котором могут быть рассмотрены основополагающие и сквозные для всех остальных разделов курса системные понятия и закономерности. Деятельность по моделированию систем, с нашей точки зрения, открывает наибольшие возможности по формированию системного мышления учащихся. В настоящее время проблема системного мышления, вопросы формирования элементов системного мышления в обучении привлекают всё большее внимание как зарубежных, так и отечественных исследователей. Зарубежные учёные рассматривают роль системного мышления в деятельности менеджеров, экономистов, инженеров, врачей, педагогов и других специалистов (C. Argyris, S.A. Cavaleri, M.C. Jackson, P. Senge, B. Thornton и др.). По мнению ряда зарубежных исследователей (Ф. Капра, Дж. О'Коннор, Я. Мак-Дермотт и др.) системное мышление обусловлено, прежде всего, пониманием роли информационных процессов и взаимосвязей в функционировании систем. В нашей стране исследование системного мышления осуществляется преимущественно в связи с задачами совершенствования образования и 5 создания условий для развития личности учащегося, раскрытия и реализации его интеллектуального потенциала. Проблемы, связанные с формированием системного мышления в рамках курса информатики, затрагиваются в работах С.А. Бешенкова, А.А. Кузнецова, Н.В. Макаровой, С.М. Окулова, Е.А. Ракитиной, И.Г. Семакина, Н.Н. Усковой, Е.К. Хеннера, В.В. Черникова и др. Несмотря на довольно значительный интерес к этой проблеме, до настоящего времени остаются сравнительно слабо разработанными вопросы формирования системного мышления на материале школьных дисциплин. В современной школе не в полной мере используются возможности курса «Информатика и ИКТ» для формирования элементов системного мышления учащихся старших классов. Можно выделить небольшое количество исследований, в которых рассматривалась проблема формирования системного мышления школьников, но выполненных либо не на материале курса «Информатика и ИКТ» (Д.О. Данилов, Е.В. Иваньшина, Л.С. Сагателова), либо для другого школьного возраста (Н.Н. Ускова). Только работа В.В. Черникова (1998), основанная на формировании у школьников интернаучных понятий, касается исследования системного мышления учащихся старших классов в курсах информатики, физики, астрономии, экологии. Таким образом, можно констатировать наличие явного противоречия между значительными потенциальными возможностями школьных дисциплин, и, в частности, дисциплины «Информатика и ИКТ» для формирования системного мышления учащихся, и недостаточной теоретической и практической разработанностью вопросов, связанных с формированием элементов системного мышления в педагогическом процессе. Чтобы продвинуться в решении этой проблемы, нами было организовано исследование, направленное на выявление и разработку условий, обеспечивающих развитие системного мышления учащихся старших классов общеобразовательной школы на примере курса «Информатика и ИКТ». Результаты исследования, представленные в этой монографии, могут быть непосредственно использованы в деятельности преподавателей информатики, однако возможно, что наша работа также будет интересна и другим специалистам в области образования. Интерес авторов к проблеме развития системного мышления в процессе обучения сложился под влиянием профессора Алтайской государственной педагогической академии Анатолия Алексеевича Веряева, общение с которым сильно способствовало написанию нашей работы. Кроме того, хотелось бы выразить признательность профессору АГАО имени В.М. Шукшина Л.А. Мокрецовой за поддержку и доброжелательный интерес к нашим исследованиям. 6 ГЛАВА 1. Теоретические основы исследования системного мышления 1.1. Системное мышление в структуре познавательной деятельности В ходе исследования системного мышления мы будем опираться на методологические принципы и положения системного подхода. Его применение к исследованию системного мышления заставляет определенным образом выстраивать логику теоретического анализа данного явления. В частности, рассматривая объект нашего исследования как систему, мы попытаемся провести уровневый анализ системного мышления. В соответствии с требованиями такого похода, в первую очередь необходимо рассмотреть место системного мышления в системе более общего уровня, проанализировать его связи и отношения с другими явлениями того же уровня общности. Тем самым будет дана характеристика системного мышления как одной из подсистем в рамках более общей системы (метасистемы). Затем, переходя с метасистемного на системный уровень анализа, мы рассмотрим сведения о природе системного мышления как такового, его общих и специфических характеристиках. Завершить уровневый анализ проблемы было бы логично описанием компонентов, входящих в структуру системного мышления. После этого можно будет перейти к рассмотрению вопросов развития системного мышления в онтогенезе и возможностей его формирования. Приступая к анализу места системного мышления в метасистеме, начнем с того, что можно указать целый ряд более общих философских и психологических понятий, связанных с системным мышлением, таких как «познание» (и «познавательная деятельность»), «образ мира», «интеллект», «мышление». Наиболее близким родовым по отношению к понятию системного мышления является понятие «мышление», представляющее собой одну из наиболее сложных категорий современной науки. Исследования мышления в его различных аспектах проводятся в рамках философской теории познания, логики, кибернетики, педагогики и других наук [3; 20; 25; 29; 57; 136; 179 и др.], однако основной дисциплиной, занимающейся вопросами исследования мышления является психология [21; 26; 27; 93; 149; 152; 165 и др.]. Хотя наше исследование имеет педагогическую направленность, в нём невозможно обойтись без опоры на данные психологических исследований, необходимые для разработки методических основ для работы по формированию системного мышления. 7 Согласно определению известного отечественного психолога С.Л. Рубинштейна мышление – это «опосредованное – основанное на раскрытии связей, отношений, опосредований – и обобщенное познание объективной реальности» [129, с. 310]. Мышление раскрывает законы действительности, переходя от случайных и несущественных к существенным свойствам и отношениям. Другой выдающийся отечественный психолог – А.Н. Леонтьев – рассматривал мышление как процесс сознательного отражения действительности в таких связях и отношениях, в которые включаются и недоступные непосредственному чувственному восприятию объекты или их свойства [85]. Это определение, выдвигающее на первый план отражение сверхчувственных свойств действительности, свидетельствует о том, что, в понимании ведущих отечественных психологов, мышление всегда выступало как познание сложной системно-организованной реальности. Такое понимание мышление продолжает разрабатываться и совершенствоваться в современных психологических теориях мышления А.В. Брушлинского, О.К. Тихомирова, Г.П. Щедровицкого и их последователей [21; 22; 151; 152; 179]. Одной из наиболее разработанных и глубоких психологических теорий мышления в отечественной науке является теория мышления как прогнозирования А.В. Брушлинского [21; 22]. Рассматривая процессуальную организацию мышления А.В. Брушлинский, как и С.Л. Рубинштейн полагал, что начальным моментом мыслительного процесса является проблемная ситуация [21; 22]. Осознание наличия проблемы и последующий анализ её содержания приводят к постановке мыслительной задачи, которую можно определить как поставленную в определенных условиях цель, отражающую требования задачи. Противоречие между наличными условиями и требованиями А.В. Брушлинский называет основным отношением, которое и выступает в роли искомого. Основной парадокс мышления, на который обращает внимание данный ученый, заключается в том, что искомое неизвестно на начальных этапах мыслительного акта. Как можно искать нечто, о чем ещё ничего неизвестно? Это противоречие снимается тем, что человек постоянно прогнозирует будущее решение, предвосхищая возможное основное отношение задачи в форме гипотезы. Опираясь на теоретический анализ проблемы С.Л. Рубинштейном и собственные эмпирические исследования, А.В. Брушлинский приходит к выводу, что основное отношение задачи раскрывается с помощью процесса анализа через синтез, то есть включение объекта во всё новые связи, благодаря чему он выступает в своих новых качествах [21]. Иными словами, анализ через синтез выступает как включение объекта в новые 8 системы отношений, в которых он раскрывает свои новые системные свойства. Обнаруживая и учитывая новые свойства объекта, человек продвигается к раскрытию основного отношения задачи, модифицируя свои гипотезы. Критерии для оценки гипотез также формируются и изменяются в ходе самого мыслительного акта на основе анализа проблемы. В психологических исследованиях А.В. Брушлинского мышление выступает как недизъюнктивный процесс, изначально направленный на раскрытие неочевидных существенных свойств и отношений посредством мысленного включения объекта во все новые связи. Эти исследования убедительно доказывают, что мышление в определенном смысле всегда является системным, и другим быть не может потому, что оно направлено на познание сложной системно-организованной действительности. Однако в зависимости от полноты понимания системных явлений и отношений разумно говорить о различном уровне системного мышления. Так, например, понимание и использование в своей практической деятельности простых системных закономерностей на конкретном уровне может совершенно не требовать использования понятий и средств системного подхода, и в этом случае, по-видимому, нет смысла говорить о системном мышлении в традиционном смысле. Тем не менее, не следует забывать о том, что даже в решении элементарных мыслительных задач человек постигает те или иные фрагменты системно-организованной реальности и возможность такого постижения изначально заложена в самой психологической природе мышления. В познании системно-организованной реальности субъектом существенную роль играет особая психологическая система – образ мира [67; 84; 117]. Системность многомерного образа мира обеспечивает возможность познания действительности во всей полноте её системных взаимосвязей и отношений. В то же время ошибочным было бы полагать, существует полное и однозначное соответствие между двумя этими системами – миром, в котором живет и действует человек, и образом мира человека. Образ мира не следует рассматривать как обыкновенную модель действительности, поскольку он характеризуется наличием особых «добавочных» (помимо четырех пространственно-временных) измерений, отсутствующих в реальности, но необходимых субъекту для отражения её системных сверхчувственных свойств и отношений, недоступных непосредственному восприятию. Эти измерения не отражают нечто, существующее в независимой от человека реальности, они порождаются в ходе взаимодействия человека с миром, выражая его субъективность. 9 В первую очередь речь идёт о пятом квазиизмерении значений, на роль которого в отражении системно-организованной реальности впервые обратил внимание автор термина «образ мира» А.Н. Леонтьев [84]. Значение – это обобщенная форма отражения субъектом общественно-исторического опыта, приобретенного в процессе совместной деятельности и общения и существующего в виде понятий, опредмеченных в схемах действия, социальных ролях, нормах и ценностях [83]. В своей статье, посвященной образу мира, А.Н. Леонтьев отмечал, что значения несут особую мерность – мерность «внутрисистемных связей объективного предметного мира» [84, с. 252]. Иными словами, значения обеспечивают отражение не предметов как таковых, а отражение их сверхчувственных системных свойств и отношений, которые не даны нам в непосредственном восприятии. Если в непосредственном восприятии мы получаем чувственное представление о вещи, её внешнем облике, то значения, по А.Н. Леонтьеву, раскрывают нам то, что лежит за обликом вещей в познанных объективных связях предметного мира. В значениях получают отражения системные свойства, связи и отношения, недоступные непосредственному чувственному восприятию. Следовательно, для постижения системноорганизованной реальности человеку недостаточно трёх пространственных и одного временного измерения – необходимо ещё одно, пятое квазиизмерение – измерение значений. Именно система значений делает возможным отражение системных свойств, предметов и явлений, их взаимосвязей и отношений. Благодаря этой системе отдельные представления о мире, основанные как на личном опыте, так и на усвоенном в ходе систематического обучения общественно-историческом опыте человечества, складываются в целостный образ мира. Сама система значений, в которой выражаются свойства и отношения вещей раскрытые совокупной общественной практикой, имеет надындивидуальную природу и усваивается конкретным индивидом в ходе обучения и деятельности. Таким образом, многомерный образ мира выступает как целостная психологическая система, о чём свидетельствует его принципиальная несводимость к совокупности отдельных образов, включенность в образ мира не воспринимаемых актуально объектов и сверхчувственных качеств, «амодальность» образа мира [84; 117]. Образ мира как психологическая система не является «слепком» или моделью системноорганизованной внешней реальности. Становление образа мира, поэтому, не сводится к простому накоплению знаний, оно происходит по собственным психологическим законам становления психики в онтогенезе. 10 Основная роль в этом процессе, по-видимому, принадлежит механизму интериоризации, выступающему как переход внешней деятельности во внутреннюю, в котором осуществляется формирование средств психической деятельности из средств внешней совместной деятельности. В ходе такой совместной деятельности происходит усвоение значений, а также формирование действий и операций мыслительной деятельности, необходимых для использования и преобразования системы значений. Мыслительная деятельность человека в этом контексте выступает как трансформация образа мира, связанная с перестройкой системы значений в ходе решения мыслительных задач. Итак, мышление и система значений как одна из составляющих образа мира человека тесно связаны между собой в познавательной деятельности. Различные понятия и термины, выступающие элементами системы значений, одновременно являются важнейшим средством мыслительной деятельности. В то же время решение мыслительных задач приводит к перестройке системы значений и трансформации образа мира. Если подобная перестройка осуществляется с опорой на системные понятия и представления субъекта, необходимые для репрезентации в образе мира окружающей действительности во всей её системной сложности и полноте, то, по-видимому, можно говорить о системном мышлении. Связь системного мышления и образа мира человека отмечала З.А. Решетова, утверждая, что системное мышление «открывает учащемуся путь к новому миропониманию – представлению системного образа мира и себя в нём» [127, c. 249]. Полностью соглашаясь с данным утверждением, мы считаем необходимым подчеркнуть, что системное мышление одновременно предполагает наличие системного образа мира, а системный образ мира необходим для продуктивного системного мышления, так что развитие системного мышления и системного образа мира идет одновременно и параллельно. Говоря о системном образе мира, мы имеем в виду в данном контексте не его системное строение (что является обязательным его атрибутом), а системное содержание, то есть наличие в образе мира системных понятий и представлений. Рассматривая место системного мышления в структуре познавательной деятельности невозможно оставить без внимания вопрос о соотношении системного мышления и интеллекта, выступающего в качестве одной из наиболее общих категорий характеризующих возможности познавательной деятельности. В психологии термин «интеллект» приобрел чересчур общее значение и объемное содержание вследствие многообразия его проявлений и подходов к его определению. Пожалуй, единственное, что объединяет почти всех его исследователей – 11 это признание адаптивной природы интеллекта [118; 147; 165]. Иными словами, интеллект отражает способность человека приспосабливаться к сложным, изменчивым условиям его существования познавая закономерные связи и отношения окружающего мира. Поскольку человек существует в системно-организованной реальности, то интеллект как средство адаптации к внешней среде должен соответствовать в своих возможностях системной природе окружающего мира. Однако эмпирические исследования показывают, что успешность решения сложных задач системного характера, возникающих, например, в сфере экономики и управления, не показывает существенной связи с уровнем интеллекта [26; 45]. Объяснить такой результат можно, если учитывать, что в таких исследованиях речь идет о так называемом «академическом интеллекте», который скорее характеризует способность к обучению, а точнее – к решению заведомо упрощенных учебных задач. Понимание ограниченности традиционного отождествления интеллекта с академическими способностями привело некоторых ученых к постулированию различных типов интеллекта, как, например, в теории множественного интеллекта Г. Гарднера [33]. В настоящее время психологи часто используют понятия «эмоциональный интеллект», «практический интеллект», «социальный интеллект» и др. Продолжая традицию выделения специфических видов интеллекта, финские ученые E. Saaren и R. Hamalainen [201] ввели понятие «системный интеллект». По мнению этих авторов, по отношению к различным частным видам интеллекта можно выделить более общий и глубинный тип интеллекта – системный, который был определен ими через «разумное поведение в контексте сложных систем, включая взаимодействие и обратную связь. Человек, действуя с опорой на системный интеллект, успешно и продуктивно взаимодействует с целостными системными объектами среды. Он воспринимает себя как часть целого, влияние этого целого на себя, так же как и свое влияние на это целое. Учитывая собственную взаимозависимость по принципу обратной связи с системным окружением, он способен действовать разумно» [201, с. 3]. Позднее данные авторы несколько более строго ограничили содержание данного понятия: «системный интеллект включает в себя способность использовать человеческую восприимчивость к системам и мышление о системах, чтобы адаптивно осуществлять продуктивные действия внутри и по отношению к системам» [201, с. 16]. Они подчеркивают, что принципиальным здесь является не просто возможность восприятия и познания систем, а способность адаптивно осуществлять продуктивные действия. 12 Говоря об ограниченности исследований системного мышления, E. Saaren и R. Hamalainen обращают внимание на то, что человек живет в системно-организованной реальности, и это его естественная среда обитания, к которой он достаточно хорошо приспособлен. При этом для выживания и успешной адаптации в такой среде человек должен обладать соответствующей способностью, лежащей в основе его продуктивного взаимодействия с системами, в которые он включен и с которыми он взаимодействует. Такая способность, как и другие способности человека, должна быть реализована на двух уровнях: вопервых, на уровне быстрых, автоматических, интуитивных, инстинктивных, процедурных, имплицитных, невербальных и неосознаных процессов и, во-вторых, на уровне медленных, произвольных, явных и осознанных процессов понимания систем и взаимодействия с ними. Отметим, что подобная двойственность в отношении других психических явлений и функций обсуждается как в зарубежной [189], так и отечественной психологии (например, при исследовании натуральных и высших психический функций по Л.С. Выготскому [30]). Существенно, что, несмотря на качественный разрыв между этими уровнями для понимания того, как эти функции реализуются и развиваются, необходим анализ каждого из уровней. Более того, E. Saaren и R. Hamalainen полагают, что в процессе развития мышления от детства до зрелого возраста системный интеллект выступает в качестве исходной, первичной формы интеллекта [201; 202]. Интеллект вообще связан с пониманием взаимоотношений и связей между явлениями, с адаптацией и взаимодействием с окружающей средой, с отношениями между мной и другими людьми, с отношениями между мной и более общим целым. Всё это убеждает в том, что некоторое «понимание» систем, действительно, выступает как одна из наиболее существенных составляющих того, что психологи называют интеллектом. Опираясь на данные психологических исследований о когнитивных возможностях младенцев в плане понимания эмоций и отношений между людьми, данные авторы делают вывод о том, что люди имеют врожденную способность к постижению систем. Обобщая обзор таких исследований, данные авторы отмечают, что дети на первых неделях и месяцах жизни в отношениях с матерью демонстрируют взаиморегуляцию и взаимовлияние, реципрокные и компенсаторные взаимодействия, приспособление, координацию и многие другие сложные формы взаимодействия в рамках системы «мать-дитя». Существенно, что в этой системе ребенок является не пассивным 13 объектом воздействий матери, а полноправным, активным субъектом, равноправным компонентом сложной самоорганизующейся системы. Такое сложное поведение невозможно без определенных когнитивных способностей, обеспечивающих соответствующее «включение» ребенка в диадическую систему отношений. Безусловно, эти способности функционируют на качественно ином уровне, чем традиционное системное мышление, однако, по мнению E. Saaren и R. Hamalainen, нельзя недооценивать их значение в развитии когнитивной сферы [202]. Хотя эти способности принадлежат к области невербальных, процедурных, эмоциональных, неосознанных процессов, они имеют принципиальное значение для практического взаимодействия с системами. А ведь, как постоянно подчеркивают эти авторы, для человека в его взаимодействии с миром гораздо важнее предпринимать верные действия в отношении систем, вместо того, чтобы строить верные теории. К числу таких невербальных и неосознанных явлений и процессов, составляющих основу системного интеллекта E. Saaren и R. Hamalainen относят [202, c. 15]: 1. Соотнесение себя с другими людьми. 2. Учет связей и отношений в сфере межличностных отношений. 3. Использование невербальных, имплицитных ожиданий, которые могут быть неосознанными. 4. Понимание своей вовлеченности в какие-либо выходящие за границы «Я» системы, не имеющие четких границ, или имеющие изменяющиеся с течением времени границы. 5. Понимание возможности возникновения качеств, которые не могут быть сведены к свойствам компонентов (эмерджентность). 6. Использование способности к расчету времени и синхронизации, эмоциональной подстройки и механизмов обратной связи на невербальном и неосознанном уровнях. Врожденные способности человека к постижению систем и взаимодействию с ними обычно получают ограниченное развитие ввиду того, что доминирующие формы дискурса в западноевропейской культуре связаны с аналитическим, разъединяющим, фрагментарным взглядом на мир. На уровне сознания и вербального мышления, опирающегося на сложившиеся в культуре средства и способы постижения мира, идеи системного подхода обычно усваиваются только в зрелом возрасте на достаточно высокой ступени образования. В то же время, при изучении эти идеи и принципы нередко выглядят интуитивно понятными и едва ли не очевидными, поскольку они применялись автоматически много раз прежде в привычных ситуациях. 14 Конечно, изучение научно обоснованных системных дисциплин полезно для развития способностей человека к взаимодействию со сложными системами, однако, этого недостаточно. Необходимо получить опыт осознанного, разумного применения этих знания в ходе реального взаимодействия со сложными системными объектами. Именно такой опыт, по мнению данных авторов, является незаменимым источником для развития системного интеллекта, обеспечивающего успешное взаимодействие человека со сложными системами окружающего мира. Обобщая результаты нашего краткого обзора исследований системного интеллекта, можно сделать вывод, что E. Saaren и R. Hamalainen привлекли внимание научной общественности к вопросу о возможностях познания систем на таком этапе развития мышления, который не предполагает использования понятий, средств, методов и приемов системного подхода. В своих исследованиях они исходят из того факта, что человек, взаимодействуя с системно-организованной реальностью вполне успешно решает достаточно широкий круг задач системного характера в рамках своей практической деятельности, не обращаясь при этом к тому, что сейчас принято называть системным мышлением. Системное мышление с этой точки зрения можно рассматривать как очередной и естественный этап развития интеллектуальных способностей человека, основной функцией которых изначально является познание системно-организованной реальности. Этот этап развития в отличие от предыдущего характеризуется в первую очередь осознанным, развернутым и произвольным использованием специальных вербальных средств (понятий и терминов системного подхода, принципов и методов исследования систем, сформулированных в вербальной форме и т.д.), отражающих культурно-исторический опыт человечества в познании системно-организованной реальности. Благодаря работам E. Saaren и R. Hamalainen мы приближаемся к пониманию последовательности и преемственности в развитии познавательной деятельности от системного интеллекта к системному мышлению. Сопоставление этих уровней при учете их принципиально родства и преемственности помогает глубже понять как сущность системного мышления, так и процесс его становления и развития. При этом анализ средств и способов познания систем на более раннем, предшествующем системному мышлению уровне может оказаться полезным при изучении структуры и развития системного мышления. Выявление сходства и различий в структуре системного интеллекта и системного мышления, анализ преемственности в эволюции их структурных элементов, по нашему мнению, представляет собой 15 перспективное направление исследований, которое может иметь большое значение для практики формирования и развития системного мышления учащихся и студентов. Рассматривая место системного мышления в структуре познавательной деятельности, необходимо также попытаться определить соотношение данного вида мышления с другими, выяснить его место в различных классификациях мышления, описать его связь, сходства и различия с другими типами мышления. Это позволит уточнить сущностные характеристики системного мышления и приблизиться к его определению. Кроме того, такой анализ может помочь установить преемственность в развитии разных видов мышления, обеспечивающую становление системного мышления на основе и во взаимосвязи с другими видами познавательной деятельности. Одной из основных в психологии является классификация видов мышления, отражающая одновременно этапы его развития в онтогенезе и характер тех средств, которые используются в ходе решения задачи [152, с. 8]. В рамках этой классификации различают три вида мышления: 1. Наглядно-действенное мышление – ориентировано на решение задач в процессе реального преобразования ситуации с помощью наблюдаемого двигательного акта. 2. Наглядно-образное мышление – отличается от нагляднодейственного мышления тем, что ситуация преобразуется в плане образов, представлений. Как высший уровень наглядно-образного мышления, характеризующийся обобщением и абстрагированием от конкретных чувственных образов, выступает наглядносхематическое мышление. 3. Словесно-логическое (понятийное) – характеризуется использованием понятий и логических конструкций на базе языковых средств. Хотя эти виды мышления складываются на различных возрастных этапах развития, каждый из них сохраняется и занимает определенное место в мышлении зрелого человека. Для решения соответствующего типа задач используются преимущественно понятийные, образные или наглядно-действенные средства, которые не дублируют друг друга в своих возможностях. Можно предполагать, что системное мышление требует наиболее развитых средств и способов мыслительной деятельности, поэтому оно опирается на наиболее поздний в онтогенетическом плане вид – словесно-логическое. Однако, наглядные образы и схемы также, по-видимому, имеют немаловажное значение в решении задач системного характера. Системное мышление с точки зрения приведённой выше классификации, по-видимому, можно 16 рассматривать некоторый сплав словесно-логического и наглядного мышления при безусловном доминировании понятийных средств мыслительной деятельности. Следующая классификация использует в качестве оснований сразу три признака: временной, структурный и уровень протекания (осознанность или неосознанность). По этим признакам различают мышление аналитическое и интуитивное. Если аналитическое мышление развернуто во времени, структурировано по этапам, в значительной степени осознанно, то интуитивное мышление характеризуется быстротой протекания, отсутствием чётко выраженных этапов, является минимально осознанным [152, с. 10]. Системное мышление – это в полной мере мышление аналитическое, осознанное и опосредованное системными представлениями субъекта. В психологических работах нередко встречаются понятия конвергентного и дивергентного мышления [35]. Конвергентное мышление – это мышление, связанное с поиском единственно верного решения преимущественно в учебных задачах. Дивергентное мышление направлено на поиск не единственно-верного, а оптимального решения в реальных задачах, имеющих целый спектр возможных решений. Продуктивность конвергентного мышления зависит от того, насколько точно субъект следует правилам формальной логики или некоторым алгоритмам, в то время как дивергентное мышление в большей мере определяется способностью человека охватить проблему в целом, увидеть объект в контексте разнообразных системных связей и отношений, что позволяет выдвинуть оригинальные гипотезы. Ввиду сложности, полисистемности окружающего мира в решении реальных задач системного характера в наибольшей мере оказывается задействовано именно дивергентное мышление. Более того, мы полагаем, что системное мышление по своей природе не может быть конвергентным, поскольку сложные самоорганизующиеся системы, с которыми чаще всего имеет дело системное мышление, характеризуются наличием множества аттракторов и невозможностью однозначного предсказания итогового состояния. Следовательно, продуктивное системное мышление должно опираться на возможности дивергентного мышления. Рассматривая мышление в его отношении к реальной человеческой практике, чаще всего психологи выделяют два его вида: практическое и теоретическое мышление. Практическое мышление направлено на решение частных конкретных задач, имеющих непосредственное практической значение [72; 149], в то время как теоретическое мышление связано в основном с поиском 17 общих закономерностей, объясняющих разные стороны действительности [42; 150]. В теоретическом мышлении происходит поиск всеобщего решения, применимого к целому классу ситуаций, задач, а практическое мышление направлено на преобразование объекта и поэтому неотрывно от реализации. Если теоретическое мышление задействовано, как правило, лишь в научной и учебной деятельности, то сфера проявления практического мышления несравненно шире, она охватывает почти все области человеческой практики, так как в каждой из них так или иначе приходится решать различные проблемы. Безусловно, теоретическое мышление, также, в конечном итоге опосредованно связано с решением жизненных проблем, однако, работа практического ума непосредственно вплетена в практическую деятельность различных специалистов – инженеров, врачей, педагогов, психологов, военных и т. д. Тем не менее, учёные долгое время уделяли сравнительно мало внимания практическому мышлению, хотя в настоящее время интерес к нему возрастает [72; 147; 160]. Вместе с тем, из этих исследований ясно, что, хотя продукт практического мышления не имеет столь всеобщего значения как результаты теоретических размышлений, это не означает его меньшей сложности. Некоторые из выявленных характеристик практического мышления скорее наоборот свидетельствуют о его большей сложности, ввиду того, что практик вынужден рассматривать проблему во всей её полноте, избегая упрощенных моделей и идеальных схем, свойственных теоретическим исследованиям, и действуя зачастую в условиях жестких временных ограничений [72; 160]. Действительно, часто объект, с которым имеет дело профессионалпрактик, отличается особой сложностью. Для такого объекта, что он состоит из множества разнородных элементов, организованных в целый ряд систем связями различной природы, при этом многочисленные свойства такого объекта не могут быть сведены к нескольким обозримым, поддающимся охвату при решении задачи. Обобщая эти характеристики системных объектов, Ю.К. Корнилов подчеркивает, что для них характерна чрезвычайная сложность и комплексность, изменчивость, связанная с возможностью движения и развития, абстрактность их актуальных свойств, неопределенность, приблизительность выраженности тех или иных свойств и качеств объекта [72]. Вследствие таких особенностей объектов мыслительной деятельности для практического мышления характерна конкретность, то есть способность субъекта вычленять и учитывать при решении множество внешне незначительных деталей. Как было убедительно показано 18 Б.М. Тепловым, эффективное практическое мышление связано с особым вниманием к мелочам, потенциально имеющим решающее значение [149]. Вместе с тем, такая конкретность сочетается с умением охватить единым взглядом сложнейшую комплексную проблему со всеми её внутренними связями и противоречиями. Это означает, что профессионалу-практику особенно необходимо умение вычленять и учитывать отношения между всеми элементами сложной системы, осознание её целостности и взаимозависимости всех частей, основанное на понимании системного характера той реальности, с которой он взаимодействует. Для задач, возникающих в различных сферах человеческой практики, весьма характерна необходимость построения прогноза развития ситуации (например, прогноз развития болезни у пациента, прогноз развития личности ученика, прогноз развития организации). Успешное решение таких задач требует глубокого понимания закономерностей функционирования и развития сложных самоорганизующихся систем, способности анализировать внутренние тенденции развития таких систем и внешние факторы, оказывающие на них влияние. На практике это особенно сложно осуществлять ещё и ввиду того, что большинство реальных систем во многом являются если не уникальными, то, по крайней мере, весьма индивидуальными, так что простые всеобщие принципы оказываются применимы лишь в ограниченной мере. Еще более усложняются задачи, встающие перед практическим мышлением, когда речь идет о планировании воздействий на сложную самоорганизующуюся систему. Здесь уже необходимо учитывать не только взаимозависимости внутри системы и её тенденции развития, но и сложные отношения, возникающие между системой и внешней средой вообще, а также воздействующей на неё другой системой в частности. Специфические системные объекты, комплексные задачи и необходимые для их решения понятия, действия, операции, характерные для практического мышления, существенно отличают его от теоретического мышления, хотя в основе этих двух типов мышления, безусловно, лежат общие психологические механизмы [72; 149]. О тесной связи системного мышления с практическим и существенной их специфике говорят данные различных эмпирических исследований. Яркий пример подобных исследований можно найти в работе немецкого психолога Д. Дернера «Логика неудачи» [45]. В одном из них испытуемые должны были в течение «десяти лет» управлять небольшой административно-хозяйственной единицей – вымышленным городком и окружающей его территорией. Город был смоделирован с помощью компьютерной программы как сеть из примерно 2000 19 взаимодействующих экономических, экологических, демографических и политических переменных. Испытуемые могли вызвать любую исходную информацию о состоянии системы, должны были самостоятельно оценивать ее и предпринимать адекватные действия, направленные на процветание. В исследованиях Дернера одни из испытуемых очень быстро доводили подвластную им территорию до экономической и социальной катастрофы, тогда как другие в итоге получали процветающий город с решенной жилищной проблемой, трудоустроенной молодежью и т. д. При этом корреляция успешности управления подобными сложными системами с результатами традиционных психодиагностических тестов интеллекта оказалась близкой к нулю. Анализируя эти результаты, Б.М. Величковский подчёркивает, что причины различий кроются в организации знаний и использовании разных метакогнитивных стратегий [26]. Люди, добившиеся успехов в решении этой задачи, имеют в своем распоряжении большое число знаний среднего уровня абстрактности. Испытуемые, показавшие относительно низкие результаты, напротив, опираются либо на очень специфичные, конкретные единицы знаний, либо остаются на уровне общих деклараций и благих намерений. Чрезмерно общие или наоборот чересчур конкретные знания не способствовали пониманию функционирования и структуры данной экономической системы в её существенных связях и отношениях. Таким образом, можно говорить о том, что эффективное практическое мышление – это, прежде всего, мышление системное. Этот вывод подтверждается тем, что в различных сферах практики специалисты поднимают вопрос о необходимости перехода на новый уровень профессионального мышления, который определяется как системное мышление профессионала. Так, например, вопрос о системном мышлении профессионала рассматривается отечественными исследователями применительно к геологии [48], педагогике [66], дизайну [94], экономике и менеджменту [98; 177], медицине [111]. Работы многих зарубежных авторов в области системного мышления [193; 198; 204 и др.) стали ответом на запросы со стороны бизнеса и ориентированы, поэтому, на развитие системного мышления в определенных сферах профессиональной деятельности (в первую очередь, в экономике и менеджменте). Таким образом, в практической деятельности современного профессионала системное мышление оказывается наиболее востребовано. Обращаясь к понятию теоретического мышления необходимо сразу подчеркнуть, что теоретическое мышление – это, прежде всего, 20 мышление учёного, занимающегося научной деятельностью, и, поэтому, основанное на определенных нормативах научной деятельности, отражённых в научной парадигме. Теоретическое мышление изменялось по мере развития науки и в связи со сменой научных парадигм, поэтому можно говорить о наличии исторических этапов развития теоретического мышления в научной деятельности. Одной из основных тенденций развития теоретического мышления учёных является повышение его уровня системности, так что можно с уверенностью говорить о том, что в современной науке теоретическое мышление – это, в первую очередь, мышление системное [42; 150] . Рассматривая парадигмальные основы научного мышления в исторической перспективе, В.С. Степин выделил три основных типа научной рациональности: классический, неклассический и постнеклассический [146]. Ключевым признаком, положенным в основу данной типологии является отношение между познаваемым объектом и соответствующими характеристиками познающего субъекта. Согласно В.С. Степину существует взаимосвязь между уровнем рефлексии по поводу собственной познавательной деятельности и её стратегий, с одной стороны, и уровнем сложности познаваемых системных объектов с другой. В классической науке, основанной на предположении о полной независимости объекта и познающего его субъекта, в центре интересов исследователей находятся простые системы. В неклассической науке, предполагающей рефлексию средств и методов постижения мира, на первый план выступают сложные саморегулирующиеся системы. Наконец, в постнеклассической науке, рефлексия распространяется не только на средства и методы, но и на собственные цели и ценности субъекта научной деятельности. На этом этапе происходит осознание того, что субъект научной деятельности, объект и опосредствующие их отношения методы исследования являются взаимодействующими друг с другом элементами единой системы. Таким образом, из исследований В.С. Степина следует, что в научном познании системное мышление играет важнейшую роль, а уровень системного мышления учёных выступает одной из характеристик соответствующего типа научной рациональности. На неклассическом и постнеклассическом этапах развития научной рациональности принципы познания системных объектов оказываются отрефлексированы настолько, что складывается системный подход в различных его вариантах от общей теории систем Л. Фон Берталанфи до теории самоорганизующихся систем И. Пригожина и Г. Хакена, который фактически становится новым стандартом научного мышления ученых двадцатого века. Именно на базе системного подхода во второй половине двадцатого столетия складывается направление, 21 изучающее и пропагандирующее системное мышление, то есть мышление, основанное на осознанном использовании средств и методов системного подхода. Таким образом, возникшее в результате закономерной эволюции теоретического мышления научного сообщества системное мышление превращается сегодня в важнейший инструмент практического мышления, проникая в самые разные сферы человеческой деятельности. Представляя собой новый уровень развития возможностей человека в познании системно-организованной реальности, системное мышление позволяет успешнее решать задачи постижения систем и управления ими благодаря использованию средств и методов, сложившихся в результате эволюции теоретического мышления. Вместе с тем, как показывают исследования мышления и системного интеллекта познавательная деятельность человека изначально ориентирована на раскрытие системных свойств и отношений, так что системное мышление выступает как естественный и закономерный этап эволюции познания. Было бы наивно полагать, что человек, не владеющий системным мышлением, совершенно не способен к познанию систем и управлению ими. Однако применение системного мышления позволяет использовать богатый культурно-исторический опыт познания систем, отраженный в соответствующих понятиях и терминах, методах и приемах, умениях и навыках. Осознанное и произвольное применение таких эффективных познавательных средств позволяет человеку выйти за пределы широких, но, тем не менее, в определенной мере ограниченных возможностей его системного интеллекта. К числу таких средств системного мышления относятся, в первую очередь, понятия и термины системного подхода, которые встраиваются в подсистему значений образа мира человека. Это означает, что формирование системного мышления имеет не только утилитарное, но и мировоззренческое значение, поскольку образ мира человека, владеющего системным мышлением, по всей видимости, полнее и точнее соответствует той сложной системно-организованной действительности, в которой живет и действует современный человек. Владеющий системным мышлением человек не только успешнее решает конкретные задачи в профессиональной деятельности, но и более глубоко понимает сложные природные, культурные и социально-экономические процессы и проблемы, с которыми он сталкивается в окружающем мире. 22 1.2. Понятие системного мышления и его основные характеристики Понятие «системное мышление» сложилось в работах американских ученых [188; 204 и др.] на основе идей системного подхода и под влиянием запросов практики управления сложными экономическими и техническими системами. В последние три десятилетия оно получило широкую известность среди зарубежных ученых и практиков в различных отраслях, связанных с применением идей системного подхода на практике. Системному мышлению уделяют значительное внимание специалисты в области технических наук, биологии, медицины, образования, но в первую очередь, оно находит применение в области экономики и менеджмента [182; 185; 194; 204 и др.]. В последние годы за рубежом появилось множество научных и популярных изданий, а также интернет-ресурсов, посвященных теме системного мышления [см., например, 193; 204]. Это направление приобретает возрастающий интерес и со стороны отечественных ученых и практиков из различных отраслей, о чем свидетельствует появление оригинальных отечественных работ и переводов трудов известных иностранных авторов [23; 53; 92; 107; 154; 162 и др.]. Попытка сопоставить и обобщить подходы разных зарубежных авторов обнаруживает в первую очередь многозначность и неопределенность самого понятия «системное мышление», которое часто получает описательные или метафорические определения. Тем не менее, на довольно обобщенном уровне можно обнаружить некоторое единство мнений о природе и сущности системного мышления. В большинстве работ, посвященных системному мышлению, под этим термином понимается способность человека познавать объекты окружающей действительности как системы в их системных свойствах и отношениях с помощью специальных познавательных средств, основанных на достижениях системного подхода. Так, например, в работе, посвященной использованию системного мышления в сфере образования P. Senge характеризует центральное понятие своей концепции следующим образом: «Системное мышление – это способность понимать (и иногда предсказывать) взаимодействия и отношения в сложных, динамических системах: тех системах, которыми мы (педагоги) окружены и в которые мы включены» [цит. по 206, с. 222]. Для P. Senge системное мышление представляет собой концептуальный подход, который связан с совокупностью разработанных за последние десятилетия знаний, методов, средств, помогающих понимать и учитывать системную природу явлений [204]. Ещё менее строго 23 определяют это понятие Дж. О'Коннор и Я. Мак-Дермотт: «Системное мышление – это искусство абстрагироваться от частностей того или иного предмета рассмотрения, от его характеристик, которые кажутся разрозненными частностями, выявляя глубинные связи между ними и закономерности» [107, с. 24]. Как подчеркивают данные авторы, люди, обладающие системным мышлением, обращают специальное внимание на целостность и структуру объектов и явлений, с которыми они взаимодействуют, на взаимосвязи между их компонентами, их организацию. Один из ведущих зарубежных специалистов в области системного мышления B. Richmond, указывая на многозначность этого понятия, писал: «Мы можем использовать это выражение для обозначения некоторых познавательных средств, таких как схемы причинноследственных отношений, наглядные или математические модели, т.е. инструментов, помогающих в понимании и исследовании динамических систем. Употребляя данное понятие, мы можем иметь в виду определенный угол зрения, который характеризуется вниманием к целостности и взаимодействию частей, образующих эту целостность. Наконец, системное мышление может означать использование определенной терминологии, которая используется для выражения нашего понимания динамических систем» [Цит. по 205]. Помимо акцента на целостности, взаимосвязи и структуре, свойственного большинству определений, зарубежные авторы также часто специально выделяют и оговаривают некоторые другие существенные характеристики такого мышления. В частности, системное мышление нередко связывают с глубоким пониманием важнейшей роли информационных процессов и обратной связи в функционировании систем [107; 184; 190; 196; 200; 207]. Такой кибернетический аспект системного мышления особенно часто упоминается и нередко выступает на первый план при обсуждении системного мышления технических специалистов, занятых в IT-индустрии, где речь идет о взаимодействии с информационными системами. Нередко упоминается и синергетический аспект системного мышления, который приобретает особенно большое значение в тех отраслях, где специалист взаимодействует с открытыми, нелинейными, самоорганизующимися системами (в экономике, биологии, экологии, медицине, психологии, педагогике и пр.). В этом случае акцент обычно делается на том, что системное мышление – это ещё и нелинейное мышление, которое учитывает нелинейные отношения между поведением системы и факторами, на неё воздействующими [182; 185; 196]. Поэтому человеку с системным мышлением не кажется странным 24 тот факт, что слабое, казалось бы, незначительное внешнее воздействие на систему приводит к весьма ощутимому результату, в то время как интенсивные воздействия вызывают гораздо меньший эффект. Понимание этих нелинейных соотношений помогает точнее выявлять реальные причины поведения системы и эффективнее проектировать свое взаимодействие с ней. Аналогичные традиции в определении системного мышления существуют и в отечественной науке, хотя существуют и некоторые особенности, не меняющие принципиально сущность данного понятия. Так, например, по мнению З.А. Решетовой, системное мышление связано с пониманием системной природы вещей, которое выражается в том, что каждая вещь рассматривается в некоторой системе взаимодействий, в совокупности связанных явлений, составляющей организованное целое [162]. Такая позиция, выдвигающая на первый план взаимосвязанность и целостность предмета системного мышления, разделяется многими отечественными авторами. Среди особенностей понимания системного мышления, свойственных советским и российским ученым, можно отметить объяснимый философско-методологическими традициями отечественной науки акцент на связи системного мышления с диалектическим пониманием природы и эволюции систем. Так, например, в соответствии с позицией З.А. Решетовой [162], И.Б. Новик [104; 105; 106] и других авторов [5; 154; 155] системное мышление невозможно без диалектического понимания развития, в соответствии с которым в основе развития системы лежит взаимодействие противоположностей. Пример традиционного и весьма развернутого определения можно найти в работе В.В. Черникова, посвященной исследованию формирования системного мышления старших школьников. Он определяет системное мышление как «отражение объективной реальности, состоящее в целенаправленном познании субъектом существенных связей и отношений, имеющих место в определённом явлении, обуславливающих единство его формы и содержания, его устойчивое функционирование во внешней среде, а также состоящее в творческом созидании новых идей, в прогнозировании событий и действий через идеи системного подхода, системного анализа» [169, с. 15]. Далее автор уточняет эту дефиницию следующим образом: «Системное мышление предполагает умение за совокупностью логически связанных элементов увидеть системную целостность, её структуру, взаимосвязь системы и среды» [169, с. 15]. Информационный (кибернетический) аспект системного мышления выступает на первый план в тех отечественных исследованиях, которые 25 связаны с проблемами его формирования средствами информационнокоммуникационных технологий, как, например, в диссертации Г.С. Молоткова, посвященной формированию системного мышления студентов информационных специальностей. Согласно данному автору под системным мышлением (вслед за М.Б. Алексеевой, С.Н. Балан [4]) понимается способность к синтетическому восприятию объектов реальной действительности и осознанному пониманию многообразия информации, свойственной целостной картине мира. Причём, информация об объекте рассматривается и как атрибутные свойства (параметрическое описание), и как функциональные (целевые функции), и как коммуникационные (связи и отношения в системе) [101]. Таким образом, в зависимости от цели исследования и сферы приложения системного мышления в определении этого понятия могут выступать на первый план различные его аспекты. Однако общим практически для всех определений является указание на особое познавательное отношение субъекта к предмету мыслительной деятельности, характеризующееся тем, что предмет воспринимается и рассматривается как система в структуре системно-организованной действительности. Обычно также имеет место некоторое уточнение понимания системности, выдвигающее на первый план либо базовые атрибуты системы, такие как целостность, взаимосвязанность и структурированность, либо информационные её аспекты, либо свойства и функции, присущие самоорганизующимся системам. В отечественной психолого-педагогической литературе наряду с понятием системного мышления часто используется термин «системность мышления». Системность мышления обычно рассматривается в двух аспектах: во-первых, как психологическая характеристика мышления, которая указывает на системную организацию этого процесса [89] и, во-вторых, как характеристика понимания системной природы изучаемого объекта или явления. Системную природу мышления как психического процесса иногда отмечают в психологических исследованиях [21]. Например, положение о недизъюнктивности мышления, то есть неделимости его на отдельные разрозненные элементы, выдвинутое А.В. Брушлинским указывает на интегративность, системность процесса мышления. Однако в контексте нашего исследования существенно, что системность мышления в этом смысле характеризует мышление как психический процесс и совершенно необязательно предполагает его системное содержание – взгляд на предмет как систему. Системность мышления в таком понимании является предметом исследования психологов, в то время как с точки 26 зрения педагогической практики наибольший интерес не строение, а содержание мыслительной деятельности. Другой аспект, в котором рассматривается системность мышления, связан с отражением в содержании мыслительной деятельности системной природы её предмета. Такое понимание системности мышления можно обнаружить, например, в работах В.Е. Клочко [67]. Этот автор, опираясь на описанные В.С. Степиным типы научной рациональности, выделяет три уровня системности мышления ученых: досистемный, системный и метасистемный, которые характеризуют разную глубину и полноту понимания системной природы предмета мышления. В этом смысле понятие системности мышления очень близко к понятию системного мышления. Особенностью похода В.Е. Клочко к проблеме системности мышления является то, что, во-первых, он выделяет разные уровни системного мышления (системное и метасистемное мышление) и, во-вторых, ограничивает свой анализ лишь вопросами системности теоретического мышления ученых (в отличие от большинства зарубежных авторов, которые, напротив, в первую очередь интересуются системным мышлением практиков). Именно в мышлении ученых наиболее отчетливо проявляется связь системного мышления и системного подхода. Многие отечественные и зарубежные исследователи системного мышления, характеризуя его сущность, отталкиваются от традиций системного подхода как общенаучного методологического подхода, определяющего мышление профессионала в различных отраслях науки и практики [67; 106; 162; 182; 184; 196 и др.]. Системный подход, сложившийся и бурно развивавшийся в течение двадцатого столетия включает в себя разные варианты «общей теории систем» (ОТС) и множество специальных теорий (например, теория функциональных систем П.К. Анохина, теория самоорганизующихся систем И. Пригожина и т.д.). Основы общей теории систем были заложены австрийским биологом Людвигом фон Берталанфи, который рассматривал данную теорию как особую логикоматематическую науку [12]. В настоящее время ОТС определяется как теория, имеющая дело с законами и принципами, относящимися к системам в целом. Основной принцип этого подхода связан с философским пониманием соотношения целого и части, выраженным в формуле «целое больше суммы своих частей». Из этого принципа следует, что для познания целого недостаточно изучение отдельных частей. Отсюда вытекает основное требование системного подхода – рассматривать объект исследования как систему. Под системой, как правило, вслед за Л. фон Берталанфи понимают комплекс взаимодействующих элементов 27 [12]. В систему входят не любые взаимодействующие компоненты, а только те, которые принимают прямое, непосредственное участие в создании свойств системы. Во многих определениях системы подчеркивается важнейшая характеристика системы – несводимость свойств целого к свойствам отдельных элементов или их суммы [1; 4; 8; 53; 77 и др.]. Эти новые интегративные свойства системы обязаны своим возникновением упорядоченному взаимодействию её элементов. При этом наиболее интересными для исследователя выступают именно те взаимодействия, которые обеспечивают интеграцию свойств элементов и возникновение качественно новых свойств у их совокупностей. Системный подход требует изучения функционирования системы в рамках более общей системы, исследования её места и функций, взаимодействий в структуре макросистемы. Исследование системы на разных уровнях ее построения является одним из существенных требований системного анализа. Особое значение в системном исследовании имеет выявление системообразующего фактора, т.е. выяснение сущности тех сил, которые объединяют множество элементов в одну систему [1; 18]. Таким образом, системный подход акцентирует внимание исследователя на системной природе тех объектов, с которыми взаимодействует человек, заставляя, в конечном итоге, осознать целостную реальность как метасистему, состоящую из различных по своей природе и уровню систем. Характеризуя специфику системного подхода В.П. Кузьмин отмечает: «…системный подход в характерном для него отражении действительности исходит, прежде всего, из качественного анализа целостных объектов и раскрытия механизмов их интеграции» [77, с. 13]. В этом подходе система является концептуальной моделью объекта исследования, причем существенно, что возможны разные варианты понимания системы. Само понимание системности изменялось на разных этапах развития науки, неодинаково оно и для разных вариантов системного подхода, существующих на одном и том же этапе. В этой связи необходимо отметить, что системное мышление основано не только на идеях классического системного подхода в форме общей теории систем. Большое значение для системного мышления приобрели относительно современные направления системного похода и связанные с ними научные дисциплины. К их числу относятся в первую очередь синергетика как междисциплинарное направление исследований открытых, нелинейных, самоорганизующихся систем [67; 69] и кибернетика как наука об информации и управлении в природных и технических системах [29]. Естественно предположить, что по мере 28 развития системного подхода будет эволюционировать и системное мышление. Осознавая важную роль системного подхода в системном мышлении, некоторые авторы, вместе с тем, особо подчеркивают, что системное мышление не сводится к наличию знаний о системном подходе. Более того, надежда на то, что обучение системному подходу автоматически сформирует системное мышление, и отсутствие специальных мер, направленных на его развитие, приводит к расхождению между знаемыми теоретическими положениями и плохо осознанными принципами, проявляющимися в повседневной деятельности. На подобный эффект обратил внимание, например, C. Argyris, который разводил «теорию, которой придерживаются на словах» и «теорию, которую реализуют на практике» [182]. Реальное существование подобного расхождения в отношении системных представлений о человеческом организме у практикующих врачей было показано в различных исследованиях [185]. К сожалению, есть все основания предполагать, что аналогичное рассогласование может быть выявлено у педагогов, менеджеров и других специалистов, непосредственно взаимодействующих со сложными самоорганизующимися системами. Таким образом, несмотря на то, что системное мышление основывается на понятиях, принципах и методах системного подхода, сводить работу по его формированию к обучению идеям системного подхода было бы неверно. Об этом косвенно свидетельствует и тот факт, что множество специалистов в различных областях практики демонстрируют недостаточный уровень развития системного мышления, несмотря на изучение системного подхода в процессе профессионального образования. Для характеристики сущности системного мышления нам представляется важным вывод о том, что оно основано на системном подходе, но при этом не сводится к знанию системного подхода. Наиболее ярко сущностные характеристики и достоинства системного мышления могут быть высвечены при его сопоставлении с противоположным типом мышления. Альтернатива системному мышлению имеет целый ряд различных названий, таких как: механистическое мышление или редукционистское мышление [185], фрагментарное мышление [116], досистемный уровень мышления [67] и т.д. В зарубежных исследованиях системное мышление чаще всего рассматривается как альтернатива так называемому «механистическому» мышлению [185]. Опираясь на эти исследования, рассмотрим некоторые проявления системного и механистического мышления в деятельности различных специалистов подробнее. 29 Прежде всего, механистическое мышление, направленное на решение проблем сфокусировано на недостатках (проблемах, затруднениях), которые необходимо исправить или преодолеть. Такой редукционизм особенно явно проявляется в профессиональной деятельности врачей, ориентированных на устранение частного заболевания или педагогов, ставящих целью исправление отдельных недостатков в знаниях или личности учащихся, хотя, безусловно, и у представителей других профессий – менеджера, инженера, педагога, психолога и т. д. – нередко встречается механистическое мышление [185]. Аналитическое выделение проблемы и акцентирование на ней приводит к тому, что специалист забывает о том, что любая система, представляющая собой сложное единство взаимодействующих компонентов, не может быть изменена в своих частях без определенного переструктурирования (изменения соотношения компонентов) системы в целом. В результате, при воздействии с благими намерениями лишь на некоторый элемент системы как самостоятельный объект в лучшем случае просто не удается получить желаемого результата, а в худшем происходит нарушение функционирования системы в целом. Иными словами, механистическое мышление проявляется в том, что в объекте, который может иметь разный уровень системной организации, пытаются путём анализа найти «плохие детали» и заменить их на другие «запчасти» или же починить эти отдельные детали. Если для элементарных технических систем такой подход иногда оказывается оправданным, то в отношении сложных самоорганизующихся систем, с которыми приходится иметь руководителям, биологам, психологам, педагогам и многим другим специалистам он совершенно неприменим. В этих сферах необходимо опираться на системное мышление, которое направлено не на поиск плохих «деталей», а на исследование устойчивых паттернов функционирования систем и создание условий для более оптимального их функционирования, для их самоорганизации и саморазвития. В случае социальных взаимодействий осознание их системного характера становится особенно важным. Для эффективной деятельности педагога, врача, руководителя чрезвычайно важно понимать, что этот процесс не следует сводить к воздействию на неизменный и независимый от него объект. На самом деле и специалист, и сложная самоорганизующаяся система, с которой он взаимодействует (ученик, пациент, организация) являются компонентами единой более общей системы. Это означает, что в реальности имеет место не одностороннее воздействие со стороны субъекта деятельности на независимый от него объект, а двустороннее взаимодействие, включающее обратную связь. 30 Понимание этого факта заставляет специалиста уделять серьезное внимание не только цели своих воздействий на объект, но и содержанию обратной связи от объекта, оценке эффективности своих действий и анализу оснований этих действий. Осознание собственной включенности субъекта в единую систему вместе с объектом, с которым осуществляется взаимодействие, является одним из центральных положений в характеристике современного постнеклассического типа научной рациональности [146]. Если в деятельности учёного системное мышление проявляется в его методологической рефлексии, позволяющей осознать влияние собственных целей, ценностей, установок на результаты исследования, то в практической деятельности системное мышление проявляется в том, что человек заинтересован в понимании того, как его действия влияют на объект, с которым он взаимодействует, а также на более общую систему, в рамках которой происходит это взаимодействие. Это значит, что в отличие от механистического мышления системное мышление – это мышление рефлексивное, предполагающее анализ собственных действий и их оснований [185]. Механистическое мышление – это мышление, которое опирается на эмпирические и житейские понятия, связанные с внешними, поверхностными, чувственно воспринимаемыми свойствами предмета. Системные же свойства и взаимодействия имеют сверхчувственную природу и открываются вследствие специального анализа систем – они сложны и неочевидны для того, кто мыслит механистически. Человек с ярко выраженным механистическим мышлением испытывает неприязнь к абстрактным (по его мнению, излишне отвлечённым) системным понятиям, соответственно, не имеет мотивации к овладению системными знаниями и умениями. Для механистически мыслящего субъекта характерна склонность к использованию максимально упрощенных и, по его мнению, «универсальных рецептов» для решения сложных, нестандартных задач. Подобное шаблонное мышление, часто свойственное механистически мыслящему человеку, оказывается малоэффективным в решении творческих задач. В свою очередь, человек, обладающий системным мышлением должен быть более чувствителен к проблемам ввиду способности охватить явление во множестве его связей и отношений, увидеть его в разных срезах и плоскостях, а, следовательно, и более творческим, способным к исследованию различных проблем и порождению новых идей, конструированию новых объектов и реализации инновационных социально-значимых проектов в разных областях человеческой практики. 31 В обобщенном виде сравнение системного и механистического мышления по некоторым наиболее значимым характеристикам представлено в таблице 1. Таблица 1 Сравнение характеристик системного и механистического мышления Характеристика Опосредованность Обобщённость Диалогичность Системное мышление Опора на понятийный аппарат системного подхода. Раскрытие системных свойств, функций и отношений предмета путем системного анализа Субъект рассматривает предмет в его наиболее общих существенных системных свойствах, отношениях и закономерностях Мышление субъекта протекает в режиме внешнего или внутреннего диалога. Высокий уровень рефлексии и самоанализа. Адекватная самооценка собственной деятельности 32 Механистическое мышление Опора на эмпирические обобщения и житейские понятия, которые связаны с внешними, поверхностными свойствами предмета Субъект акцентирует внимание либо на конкретном материале, либо на слишком общих, абстрактных свойствах, отношениях и закономерностях, не имеющих системного характера и не относящихся к проблеме Мышление субъекта протекает в режиме внешнего или внутреннего диалога, однако, спектр гипотез, позиций и мнений ограничен. Недостаточный уровень рефлексии и самоанализа. Неадекватная самооценка собственной деятельности Характеристика Системное мышление Поисковый характер Субъект применяет эвристики – специальные правила, сужающие область поиска при решении сложных, нестандартных задач Рефлексивность Субъект учитывает свою включенность в систему взаимодействия с предметом деятельности и принимает во внимание влияние собственных ценностей и установок на это взаимодействие. Отношение субъекта к предмету мыслительной деятельности как к сложной системе Субъект видит и понимает системные свойства и отношения в предмете мыслительной деятельности и осознает себя как часть более общей системы, в которую он включен вместе с объектом, с которым осуществляется взаимодействие Механистическое мышление Субъект стремится использовать максимально упрощенные и, по его мнению, универсальные «рецепты» для решения сложных, нестандартных задач. Субъект не принимает во внимание всей сложности взаимосвязей субъекта деятельности, предмета и средств деятельности. Не учитывает возможного влияния собственных ценностей и установок на результат. Субъект не учитывает или неверно понимает системные свойства и отношения. Воспринимает системный объект упрощенно на основе стихийно, эмпирически сложившихся представлений о системах или вообще не учитывая системную природу объекта Системное мышление, как и мышление вообще, обладает рядом характеристик. Из базовых характеристик процесса мышления можно выделить: опосредованность, обобщенность, диалогичность, поисковый характер [19; 21; 125; 129]. Эти же характеристики применимы и к системному мышлению, однако при этом они приобретают особое 33 содержательное наполнение, вытекающие из специфики системного мышления. Опосредованность в процессе системного мышления означает опору на методологический аппарат системного подхода. Понятия и принципы теории систем выступают как основное средство системного мышления. Причём степень владения этими понятиями, адекватность их понимания определяют продуктивность мыслительной деятельности. Одним из отличий системного мышления от других видов мышления можно считать жёсткую связь с достаточно узким кругом понятий, принципов, закономерностей, определяющих содержательную сторону системного мышления. Обобщённость, свойственная любому виду мышления [42] в системном мышлении выступает особенно явно, поскольку системное мышление рассматривает предмет в его наиболее общих существенных системных свойствах, отношениях и закономерностях, отвлекаясь от конкретного материала, от частностей. Диалогичность проявляется в раскрытии различных, часто противоречащих друг другу сторон изучаемых явлений в процессе внешнего или внутреннего диалога [17; 80]. Поисковый характер мышления связан с процессом выдвижения и проверки гипотез [21; 68; 78]. Так как поиск решения изначально не имеет заранее определенного направления и границ, то субъект вынужден применять эвристики – специальные приемы или правила, сужающие область поиска возможного решения. Таким образом, в качестве основных характеристик системного мышления выступают: опосредованность мышления системными понятиями и принципами, обобщённость, диалогичность, поисковый характер, отношение субъекта к предмету мыслительной деятельности как к сложной системе. Подводя итог обзору исследований системного мышления можно выделить некоторые его специфические характеристики: • Системное мышление проявляется в способности к раскрытию системных свойств объекта, несводимых к сумме свойств его частей и возникающих вследствие объединения элементов и их взаимодействия. • Системное мышление опирается на диалектическое понимание развития, в основе которого взаимодействие противоположностей. • Системное мышление связано с глубоким пониманием важнейшей роли информационных процессов и обратной связи в функционировании систем. 34 • Системное мышление – это нелинейное мышление, которое учитывает нелинейные отношения между поведением системы и факторами, на неё воздействующими. • В процессе системного мышления субъект осознает себя как часть более общей системы, в которую он включен вместе с объектом взаимодействия. • Системное мышление направлено на поиск решения с помощью специальных эвристик, которые, выступают как упрощенные стратегии поиска, ускоряющие нахождение решения. Системное мышление обладает целым рядом принципиальных преимуществ перед механистическим (или фрагментарным) мышлением, которые определяются, в первую очередь, перечисленными выше его характеристиками. В большинстве рассмотренных выше исследований при определении и описании системного мышления подчёркивается особое познавательное отношение субъекта к предмету мыслительной деятельности. Следуя по этому пути и обобщая рассмотренные выше положения, в дальнейшем мы будем опираться на следующее рабочее определение системного мышления: системное мышление – это мышление, в процессе которого человек рассматривает предмет мыслительной деятельности как систему, выделяя в нём соответствующие системные свойства и отношения, обнаруживая и учитывая проявления общих системных принципов и закономерностей. 1.3. Структура системного мышления Следуя избранной логике изложения в соответствии с принципами системного подхода, приступим к анализу структуры системного мышления. Такого рода анализ, имеющий непосредственное отношение к решению практических задач формирования системного мышления, был ранее реализован в целом ряде психолого-педагогических исследований. Рассмотрим сначала представления о структуре системного мышления в целом, а затем обратимся к более дательному анализу природы и структуры его основных компонентов. Сравнительно подробно рассматриваются вопросы структуры системного мышления в исследовании Л.С. Сагателовой, посвященном формированию системного стиля мышления старшеклассников. Ею были выделены и описаны следующие компоненты [130, c. 14]: • Мотивационно-ценностный – включает в себя мотивы, ценностное отношение, самооценку. 35 • Содержательно-регулятивный – основы наук и всевозможные отношения между предметами, явлениями и их свойствами. • Операционный – способы умственных действий: анализ, синтез, сравнение, абстрагирование, конкретизация, варьирование. Отметим, что эти операции являются общими для разных типов мышления и не отражают специфические особенности системного мышления. • Качественный – подразумевает формируемые «качества ума», такие как: широта, глубина, гибкость, критичность, самостоятельность, креативность. Подобные качества ума приводятся в исследовании продуктивного мышления З.И. Калмыковой и отражают, скорее, не специфические характеристики системного мышления, а обучаемость субъекта в целом [64]. Кроме того, Л.С. Сагателова выделяет уровни сформированности системного мышления (дискретный, фрагментарный, целостный) [130]. Представленная в работе Л.С. Сагателовой попытка проанализировать состав и уровневую структуру системного мышления, безусловно, представляет интерес. Однако, по нашему мнению, ценность полученных ею результатов для исследований формирования системного мышления относительно невелика, поскольку в ней не нашли достаточно полного отражения специфические особенности системного мышления. В описанной данным автором структуре слабо представлены те компоненты, которые присущи только системному мышлению и обладают специфическими для системного мышления свойствами и функциями. Об этом свидетельствует, к примеру, тот факт, что предложенные Л.С. Сагателовой представления о структуре системного мышления могут быть почти без изменений перенесены на многие другие виды мышления (например, техническое или естественно-научное). Глубже и полнее проанализирована специфическая структура системного мышления в исследовании Г.И. Китайгородской [66]. Рассматривая структуру системного профессионально-педагогического мышления учителя, она выделяет три основных взаимосвязанных и взаимообусловленных компонента: 1. Мотивационно-ценностный компонент (потребности, мотивы, цели, ценностное отношение, личностная позиция по отношению к системному познанию и преобразованию объектов педагогической деятельности). Согласно Г.И. Китайгородской, основное содержание этого компонента заключается в мотивации учителя к созданию и преобразованию объектов педагогической деятельности с новыми свойствами и качествами; в его потребности к развитию имеющихся научных знаний об объекте педагогической деятельности; в потребности практического 36 использования системного подхода для изучения объекта и его преобразования. 2. Предметный компонент (знания о познаваемом объекте педагогической деятельности как системе, системном подходе как методологии его познания и преобразования, знания об этапах процесса деятельности по преобразованию объектов педагогической деятельности). В основное содержание предметного компонента системного мышления учителя Г.И. Китайгородская включает знания об объекте педагогической деятельности как системе, его качествах; знания о системе и системном подходе как методологии познания и т.д. 3. Операциональный компонент (основные мыслительные действия и операции по системному познанию и преобразованию объектов педагогической деятельности). Опираясь на разработанную В.Н. Садовским методологическую структуру системного подхода, Г.И. Китайгородская определяет основные мыслительные действия системного мышления, которые условно разделяются на две группы. К первой группе она относит такие основные мыслительные действия, выполнение которых позволяет осуществить системное отражение (познание) объекта педагогической деятельности, связанное с исследованием его сущности как системы. Во вторую группу Г.И. Китайгородская включает такие основные мыслительные действия, выполнение которых направлено на системное преобразование учителем объекта педагогической деятельности, т.е. преобразование в соответствии с принципами системного подхода. Хотя работа Г.И. Китайгородской посвящена анализу структуры системного мышления частного типа (системного мышления педагога), предложенные в ней идеи могут быть обобщены и на системное мышление в целом. Многие другие отечественные и зарубежные ученые также полагают, что предметные знания (преимущественно в понятийной форме), а также определенные умения и навыки действительно являются важными компонентами системного мышления. Именно эти компоненты, образуя его содержательную и процедурную (процессуальную) стороны, представляют наибольший интерес в контексте проблемы формирования и развития системного мышления. По-видимому, существенное значение в системном мышлении, как и вообще в мыслительной деятельности, имеют мотивационно-смысловые компоненты, которые, к сожалению, до сих пор сравнительно слабо изучены. Роли мотивации и эмоций в регуляции мыслительной деятельности посвящены работы И.А. Васильева, В.Е. Клочко, О.К. Тихомирова [24; 68], однако сложность этих вопросов по-прежнему такова, что анализ мотивационно-смысловых составляющих системного 37 мышления заслуживает отдельного исследования. Особенно актуальными и, вместе с тем, трудноразрешимыми нам представляются вопросы о возможностях их формирования в процессе обучения. Вынося за рамки нашего анализа мотивационно-смысловые компоненты системного мышления, рассмотрим подробнее его предметные (содержательные) и операциональные компоненты. Переходя к анализу содержательной стороны системного мышления, отметим, что в исследовании умственного развития и мыслительной деятельности учащихся традиционно центральное место отводится понятийным средствам мыслительной деятельности [13; 40; 152; 165]. При исследовании различных видов мышления учащихся, опираясь на идеи Л.С. Выготского о понятии как единице или клеточке словеснологического мышления, в психолого-педагогических исследованиях предпринимаются попытки выделить центральные понятия и категории такого мышления. Л.С. Выготский критиковал способ анализа психических явлений, выделяющий элементы, которые не содержат в себе свойств, присущих целому и обладают целым рядом новых свойств, которых для этого целого нехарактерны. Выделенные в результате такого анализа элементы не позволяют объяснить свойства целостного явления, также как из свойств атомов, входящих в молекулу воды не выводятся её свойства. Вместо этого, по его мнению, психологический анализ структуры мышления должен быть нацелен на поиск наименьших и неразложимых далее единиц («клеточек»), которые сохраняют существенные свойства целого. Поэтому, вместо разложения словесно-логического мышления на разнородные элементы (мышление и речь), Л.С. Выготский выдвигал в качестве основной единицы анализа понятие, которое является его клеточкой, неразложимой на части без утраты существенных для речевого мышления свойств. Следуя такой логике анализа, при исследовании какого-либо частного вида мышления пытаются выделить такое понятие, которое было бы его далее неразложимой единицей. Например, Г.А. Берулава, в ходе логикопсихологического анализа естественнонаучного мышления в качестве единицы анализа или клеточки выделяет понятие «вещество» [13]. Опираясь на этот вывод, в качестве основной задачи работы по формированию естественнонаучного мышления она ставит формирование у учащихся «адекватных естественнонаучных понятий на основе теоретически обоснованной концепции вещества» [13; с. 192]. Эта задача конкретизируется в её работе такими подзадачами как 1) формирование абстрактного понятия «вещество»; 2) выведение из понятия «вещество» основных естественнонаучных понятий; 3) 38 формирование на этой основе более частных естественнонаучных понятий. В рассмотренном исследовании выделение понятия, которое может рассматриваться в качестве клеточки естественнонаучного мышления, позволило определить основные задачи психологопедагогической работы по формированию такого мышления и предложить обоснованные методы диагностики его сформированности. Применение подобного подхода к анализу системного мышления приводит к предсказуемому и очевидному результату – клеточкой системного мышления является понятие «система». Невозможно найти более частного и элементарного понятия, которое при этом достаточно полно отражало бы в себе специфику системного мышления. Однако определение круга основных понятий системного мышления, повидимому, не является столь же простой задачей. Разные специалисты в области системного мышления и системного подхода выдвигают на первый план различные понятия системного похода в зависимости от варианта системного подхода, на который они опираются или сферы его применения [1; 8; 12; 53; 67; 69; 157; 169; 181]. В решении этой задачи, вероятно, может оказаться полезным не только теоретический анализ, но и некоторые эмпирические исследовательские методы, такие как контент-анализ текстов по системному подходу или экспертные оценки. В качестве примера исследований системного мышления, где основное значение отводится его понятийным средствам, можно привести диссертацию В.В. Черникова, в которой была предложена и реализована идея о формировании у школьников системных – «интернаучных» понятий. Согласно этому автору, «основу системного мышления составляют доминантные понятия, подходы, методы, идеи системного стиля мышления. И чтобы успешно формировать системное мышление в средней школе, по нашему мнению, необходимо выделить те диагностируемые понятия, подходы, методы, которые целесообразно внедрять в средней школе, учитывая возрастные особенности учеников (психологические и физиологические)». [169, с. 19]. В.В. Черников подробно рассматривает понятия, составляющие основу системного мышления старшеклассников, такие как: система, управление, цель, информация, модель, прогноз, адаптация, обучение, оптимизация, каналы ввода-вывода информации [169, с. 148]. Зарубежные ученые также отводят значительное место в структуре системного мышления понятиям и категориям системного подхода. Анализ центральных понятий системного мышления был проделан в исследовании M. Mulej с соавторами, которые выделили семь групп терминов, отличающих системное мышление от механистического, несистемного [196]: 39 1. Взаимосвязь, взаимозависимость, открытость. 2. Сложность и организация. 3. Аттракторы. 4. Эмерджентность (возможность порождения новых свойств и структур). 5. Синергия и синтез. 6. Холизм и целостность. 7. Сетевая организация и сетевое взаимодействие. Все эти термины, по мнению данных авторов, далеко не всегда оказываются задействованы в реальном процессе системного мышления, однако необходимы для характеристики его сущности. Иными словами, они образуют тот круг базовых понятий системного мышления, которые нужны для его полноценного функционирования и формирования. Итак, понятия и категории системного похода выступают в качестве одного из важнейших компонентов системного мышления. Наличие различных мнений о месте и роли разных понятий и категорий в структуре системного мышления не опровергает этот вывод, а скорее отражает недостаточную разработанность данной проблемы. По нашему убеждению, работа по формированию этого компонента системного мышления может начинаться уже общеобразовательной школе, как в рамках различных учебных дисциплин, так и на факультативных занятиях на материале междисциплинарного характера. Усвоение понятий и категорий системного подхода в процессе обучения должно сопровождаться усвоением теоретических знаний (в форме законов, принципов, концепций, теорий и т.п.), увязывающих этот понятийный аппарат в целостную теоретическую систему. В этой связи, хотелось бы подчеркнуть, что попытки формирования отдельных разрозненных системных понятий без предоставления некоторых хотя бы значительно упрощенных теоретических знаний вряд ли будет существенно способствовать развитию системного мышления. Из идей В.В. Давыдова о видах обобщения в обучении, следует вывод о том, что для развития системного мышления учащихся важно формирование системных понятий и категорий на уровне теоретического мышления, а не на уровне эмпирических обобщений [42; 43]. Таким образом, содержательная сторона системного мышления формируется благодаря усвоению понятий и категорий системного подхода в процессе изучения соответствующих теоретических знаний. Вместе с тем, по-видимому, было бы неверным сводить работу по развитию системного мышления исключительно к формированию соответствующих понятий и знаний. Для успешного решения задач системного характера необходимо наряду с соответствующим 40 понятийным аппаратом иметь ещё и некоторые умения, навыки, а также понимание того, как следует действовать в тех или иных ситуациях. Такого рода умения, навыки или способности системного мышления рассматриваются в целом ряде отечественных и зарубежных исследований. Некоторые наиболее глубокие и обобщенные способности взаимодействия с системными объектами выделяют E. Saaren и R. Hamalainen, рассматривая структуру системного интеллекта: • способность идентифицировать релевантную систему, соответствующую целям и задачам человека в текущей ситуации; • способность воздействовать на соответствующую систему таким образом, чтобы извлечь из этого пользу; • способность предвидеть потенциальные изменения систем и получать из этого пользу; • способность понимать действия другого «агента» и эффективно взаимодействовать с ним в системном контексте. Выделение именно этих способностей как некоторых обобщенных, фундаментальных навыков взаимодействия с системными объектами определяется акцентом данных исследователей на том критерии системного интеллекта, который был положен в основу их исследования. Таким критерием является успешность практического взаимодействия с реальными системами. Столь же общие и фундаментальные компоненты выделяют отечественные ученые, занимающиеся вопросами развития системного мышления детей. Так в исследовании системного мышления детей младшего школьного возраста Н.И. Поливанова и И.В. Ривина выделяют в его структуре две базовые способности [121]: • анализировать объект как систему связанных элементов и выделять общий принцип построения этой системы; • конструировать на основе выделенного принципа новую систему элементов. На эти базовые структурные компоненты системного мышления опираются также в своих исследованиях формирования системного мышления школьников Д.В. Деулин [46; 47] и Е.В. Иваньшина [59]. В исследовании Н.Н. Усковой, также посвященном формированию элементов системного мышления у учащихся младших классов, были выделены и описаны следующие умения [158, с. 73]: • выделение системы: умение перехода от частей к целому; • описание системы: умение находить системные свойства; • системные связи: способность перемещать фокус внимания с одного уровня на другой; 41 • рефлексия полученных результатов: умение анализировать результаты своей деятельности. Хотя большинство перечисленных выше умений относится, повидимому, к числу базовых, среди них можно выделить сравнительно элементарные и более сложные. Вероятно, самым простым среди них является умение узнавать (или выделять) систему, отличая её от простых несистемных объектов. Для формирования этого умения достаточно представления о системе как совокупности взаимодействующих частей, складывающегося как эмпирическое обобщение опыта взаимодействия с различными природными и техническими системами. Более сложным умением является анализ и описание системы как иерархически организованной целостности во взаимосвязи и взаимодействии частей. Ещё более сложным, по-видимому, является умение выделять общий принцип построения этой системы и на его основе конструировать новые системы. Когда предметом исследования становится мышление лиц юношеского и зрелого возраста, например, студентов, выделенные в исследованиях системного мышления детей умения также остаются в числе его необходимых компонентов. Однако их чересчур общий характер приводит к тому, что наряду с перечисленными выше умениями выделяется также множество более частных, конкретных. Например, С.С. Смирнов в исследовании системного мышления студентов выделяет в его структуре множество умений, связанных с теми, что уже были рассмотрены выше при анализе системного мышления детей. В качестве примера перечислим некоторые из них, имеющие наиболее близкое отношение к нашему исследованию [138]: 1. Умение выделять системы и называть их. 2. Умение видеть структуру систем. 2.1.1. Умение видеть отношения между системами, характеризовать их и оперировать ими. 2.1.2. Умение описывать систему как множество взаимосвязанных подсистем. 2.1.3. Умение видеть систему как часть своей надсистемы. 3. Умение описывать системы целостно, через множество их свойств. 4. Умение выделять и описывать процессы, происходящие с системами предметной области, и решения, принимаемые в ней различными субъектами. 4.1.1. Умение называть процессы. 42 4.1.2. Умение классифицировать объекты по их роли, которую они играют при осуществлении процесса, то есть умение выделять объекты, субъекты и компоненты действия. 4.1.3. Умение различать отдельные ситуации предметной области и строить их модели. 4.1.4. Умение видеть процесс (принимаемое решение) как причинно-следственную взаимосвязь между ситуациями, то есть умение описывать ситуацию-условие осуществления процесса и ситуацию-результат осуществления процесса. Такая универсальность некоторых умений для разных возрастных групп позволяет отнести их к числу базовых компонентов системного мышления. Обобщая рассмотренные выше подходы, и, опираясь на определение умений как обобщенных способов действия, можно выделить следующие наиболее существенные умения системного мышления. Самым простым и одновременно базовым является связанное с наиболее общими системными представлениями человека о системных объектах умение узнавать системные объекты и отличать их от несистемных. Это – умение самого «низшего» порядка, которое, повидимому, уже присутствует в той или иной мере у всех учащихся старших классов общеобразовательной школы. Следующим базовым умением, по-видимому, можно считать умение видеть систему как иерархическую структуру взаимодействующих между собой элементов. Это умение подразумевает способность не только узнавать системные объекты и отличать их от несистемных, но и понимать «внутреннее устройство» системы, учитывая взаимосвязи элементов внутри системы, взаимодействия её разноуровневых подсистем. Такое умение невозможно без некоторых базовых теоретических знаний из области системного подхода. Более сложным является умение выделять общий принцип построения системы и её интегративные свойства, которое основывается на описанных выше умениях и требует понимания основных системных закономерностей и принципов. Умение конструировать на основе заданных интегративных свойств новую систему или разрабатывать и использовать модель системы является умением самого высокого уровня. Оно предполагает и умение анализировать структуру системы с выделением взаимодействующих элементов и подсистем, и понимание интегративных свойств системы. Среди зарубежных ученых особенно значительный вклад в исследование умений и навыков системного мышления внес Б. Ричмонд 43 [198; 199]. Им было выделено и подробно описано семь критических умений (skills) системного мышления, которые довольно тесно связаны между собой. Основываясь на его работах, приведем здесь их краткую характеристику [198; 199]. 1. Динамическое мышление (dynamic thinking). Это – умение видеть и анализировать целостный паттерн поведения системы (т.е. поведение в его развитии) вместо концентрации на отдельных событиях. Проявлением этого умения выступает способность увидеть в феномене проявление некоторых длительных развивающихся процессов, а не завершенный продукт действия ограниченного набора внешних сил. Так, например, когда речь идет о моделировании экономических систем в сельском хозяйстве важно понимать, что текущий урожай – это продукт длительного развития целостной социально-природной системы, а не просто результаты посевной и уборочной компаний. 2. Циклическое мышление (closed-loop thinking). Под циклическим мышлением Б. Ричмонд понимает умение видеть циклы обратной связи, ответственные за некоторое поведение системы. Такого умения не хватает порой при решении некоторых задач в области экономики, социальных и естественных наук, когда вместо поиска внешних сил, вызывающих «странное» поведение системы необходимо лишь обратить внимание на существующие в системе обратные связи, через которые результат оказывает обратное влияние на его причину. 3. Обобщенное мышление (generic thinking). Это – умение видеть за отдельными конкретными событиями и явлениями порождающие их обобщенные тенденции, связанные с внутренней логикой развития системы. Это умение связано с глубоким пониманием как качественных, так и количественных закономерностей функционирования различных систем, так что, по мнению Б. Ричмонда, для его развития полезным оказывается опыт математического моделирования системных процессов. 4. Структурное мышление (structural thinking). Здесь речь идет об умении грамотно анализировать и моделировать структуру системы с квалифицированным применением при необходимости соответствующего инструментария, например, в виде структурных схем и диаграмм. 5. Операциональное мышление (operational thinking). Это умение отражает способность видеть и анализировать как на самом деле «работает» некоторая система, что в реальности происходит с системой в процессе её функционирования. Б. Ричмонд подчеркивает, что речь здесь идет именно о способности понимать и моделировать реально происходящие процессы во всей их полноте, вместо привычного 44 построения абстрактных, полностью отвлеченных от жизни математических моделей. 6. Континуальное мышление (continuum thinking). С этим умением связана способность учитывать и прогнозировать не только ограниченный спектр альтернатив, но и многообразие различных «промежуточных» вариантов в широком диапазоне возможностей. Это умение важно в связи с тем, что хорошая модель должна учитывать не только дискретные альтернативы по принципу «если… то… иначе…», но и многие другие возможные в реальности исходы. 7. Научное мышление (scientific thinking). В отношении научного мышления, пожалуй, менее всего применим термин умение, ведь даже при очень существенном упрощении это скорее система умений и навыков. Для Б. Ричмонда научное мышление означает, в первую очередь, умение исследовать проблему путем выдвижения и проверки гипотез [198]. Ввиду сложности задач системного характера, по мнению данного автора, именно осознанное использование такого способа поиска решения является наиболее эффективным. И, во-вторых, научное мышление – это ещё и склонность к более или менее строгой количественной оценке изучаемых объектов или явлений в сочетании с пристальным вниманием к количественным отношениям. Стремление к более или менее строгому моделированию количественных отношений в системах рассматривается здесь как одна из весьма существенных особенностей системного мышления. Рассмотренные умения системного мышления характеризуются как критические, то есть необходимые для продуктивного решения соответствующих проблем. Их развитие может рассматриваться как одна из основных задач работы по формированию системного мышления. Можно согласиться с мнением Б. Ричмонда, который отмечал, что компьютерное моделирование оказывается весьма эффективным средством развития данных умений [198]. Хотя все эти умения рассматриваются как необходимые для системного мышления, это не значит, что все они используются при решении каждой из системных задач. Чаще всего на практике в зависимости от специфики решаемой задачи наибольший вес приобретает одно из них или очень немногие. Повидимому, наиболее универсальными и базовыми для системного мышления являются динамическое, обобщенное и структурное мышление, которые близки по существу к умениям, выделенным в отечественных исследованиях. Другие умения (циклическое, операциональное, континуальное, научное мышление), вероятно, можно считать производными, так как они скорее характеризуют развитое системное мышление профессионала, возникая в результате длительного 45 обучения и приобретения значительного опыта в конкретной предметной области. Особенно значимым среди описанных Б. Ричмондом умений нам представляется структурное мышление, понимаемое как умение грамотно анализировать и моделировать структуру системы. Необходимо отметить, что в целом ряде педагогических исследований и методических работ [16; 92; 112; 130; 131; 158; 164; 169] вопросы формирования системного мышления рассматриваются в контексте обучения школьников моделированию систем. В работах некоторых авторов системное мышление практически отождествляется со способностью к моделированию. Так, например, C.C. Смирнов понимает под системным мышлением способность строить и сознательно использовать модели объектов [138]. По мнению В.В. Черникова, «исходя из практического опыта, можно утверждать, что понимание внутренней сущности компьютерного моделирования и умение строить простейшие компьютерные модели сложных процессов и систем является важнейшим критерием сформированности системного мышления у старшеклассников» [169, с. 128]. Таким образом, умение строить модель системы выступает как одно из наиболее важных, центральных умений системного мышления. Способность конструировать модель системы фактически эквивалентна способности разработать новую систему с заданными свойствами. Так что правомерно, по-видимому, считать умение конструировать новую систему или модель уже существующей системы одним из центральных умений системного мышления. Процедурное знание в структуре системного мышления представлено не только в виде некоторых умений и навыков. В литературе описаны также разнообразные принципы или законы системного мышления, которые, по существу, в более или менее общем виде отражают рекомендации относительно действия в отношении системных объектов с учетом их природы. Количество таких законов представленных в соответствующей литературе, довольно велико в силу того, что различается их уровень обобщенности и сферы применения. Это могут быть достаточно узкие обобщения, применимые к системам лишь определенного типа (например, только к социальным, экономическим или экологическим системам), а могут быть и очень широкие, глобальные принципы, применимые к самоорганизующимся системам любой природы. Их список может различаться в зависимости от той конкретной сферы практики, где их пытаются применять. В качестве удачного примера таких процедурных знаний представленных в форме аллегорических «законов» можно рассматривать обоснованные идеями системного подхода законы 46 развивающейся организации, подробно описанные в работе P. Senge [204]. Им были выделены системные принципы и идеи, которых придерживаются системно мыслящие менеджеры, а также заблуждения (или ловушки) механистического мышления, которых можно избежать, опираясь на системное мышление. Не углубляясь в детали, приведем здесь в качестве иллюстрации список этих системных законов: 1. Сегодняшние проблемы есть порождение вчерашних «решений». 2. Сила действия равна силе противодействия. 3. Поведение сначала улучшается и только потом делается хуже. 4. Легкий выход обычно приводит нас назад. 5. Бывает, что лекарство горше болезни. 6. Быстрее – значит медленнее. 7. Причины и следствия разъединены во времени и в пространстве. 8. Результаты малых изменений могут быть очень значительными, но трудно найти подходящий объект для воздействия. 9. Можно и иметь пирог, и есть его, но не одновременно. 10. Разделив слона пополам, вы не получите двух маленьких слоников. 11. Винить некого. В статье B. Thornton, посвященной анализу роли системного мышления в деятельности менеджеров образовательных учреждений, было показано, что эти законы имеют большое значение в преодолении многих типичных для западной системы образования проблем [206]. Опора на эти законы, по мнению данного автора, позволит менеджерам сферы образования более эффективно решать сложившиеся проблемы и осуществлять инновационную деятельность в своих образовательных учреждениях, способствуя, в конечном итоге, повышению уровня достижений учащихся [204]. Не принижая практической ценности подобного рода принципов и законов системного мышления, мы считаем необходимым обратить внимание на тот факт, что в отличие от научных законов в строгом смысле слова они не обеспечивают надежных предсказаний поведения объекта, а лишь направляют мыслительный поиск в направлении наиболее вероятного решения. Анализ подобных законов или принципов системного мышления, описанных зарубежными авторами, позволяет сделать вывод, что одним из качеств системного мышления является его эвристичность, то есть направленность на поиск решения с помощью специальных эвристик, которые, с точки зрения современной когнитивной науки выступают как упрощенные стратегии поиска, зачастую ускоряющие нахождение решения, но не гарантирующие его [26, с. 179]. Такого рода эвристики можно рассматривать как одну из чрезвычайно важных процедурных 47 компонент системного мышления. Их роль особенно велика в мышлении профессионалов, взаимодействующих с естественными самоорганизующимися системами, которые зачастую не вполне доступны для достаточно полного анализа в силу их сложности. Характеристика структуры системного мышления останется неполной без анализа вопроса о соотношении в ней понятийных (абстрактных), образных и процедурных компонентов. Этот вопрос представляется нам особенно важным ещё и в связи с тем, что в ряде исследований исключительное внимание уделяется понятийным элементам системного мышления при практически полном игнорировании других его составляющих. В решении этого вопроса имеет смысл опираться на выводы, полученные психологами в исследовании иных видов мышления, близких по своему содержанию к системному. В ходе исследования естественнонаучного мышления Г.А. Берулавой было показано, что оно связано с активным функционированием как абстрактного, так и образного компонентов. Она отмечает, что «для решения естественнонаучных задач очень важна способность индивида преобразовывать предметную реальность в образную, а затем в знаковую модель, а также осуществлять обратный переход, производя содержательную интерпретацию формализованной конструкции» [13, с. 132]. Ввиду сложности естественнонаучных объектов и наличия множества взаимосвязей, при решении естественнонаучных задач для их решения ситуация должна быть идеализирована, т.е. необходимо построить определенную модель. Подчеркивая ранее недооцененную роль наглядно-образных компонентов естественнонаучного мышления Г.А. Берулава отмечает, что «изучаемые закономерности любой степени сложности всегда требуют определенного наглядного воспроизведения. И современная наука для этой цели использует новые образы – образы-модели, благодаря которым чувственно невоспринимаемые явления мы можем представить себе наглядно» [13, с. 121]. Взаимосвязь абстрактнологической и наглядно-образной составляющих, по мнению это психолога, является одной из специфических сторон естественнонаучного мышления. Обобщая результаты исследований технического мышления, Т.В. Кудрявцев также указывает на существенную роль наглядно-образных компонентов в структуре технического мышления [75]. Кроме того, он отмечает, что отсутствие такой структуры мыслительной деятельности, недостаточное развитие какого-либо одного или нескольких компонентов ведут к неудачам в решении конструктивно-технических задач. Аналогичным образом, видимо, обстоит дело и с системным 48 мышлением, которое должно быть довольно близко к техническому мышлению, ввиду схожести задач и содержания мыслительной деятельности. На существенную роль образных и процедурных составляющих в системном интеллекте указывают также финские исследователи E. Saaren и R. Hamalainen [202], которые отмечают, что многие люди демонстрируют способность предпринимать адекватные действия в отношении различных сложных систем, не располагая при этом вербальным знанием идей и принципов системного подхода. Важная роль процедурного знания (знания того, как следует действовать в отношении систем) в системном мышлении, представленного в форме умений и навыков, эвристических принципов и законов, не вызывает сомнений. В то же время роль конкретных или в какой-то мере схематизированных образов в системном мышлении менее очевидна. Однако, по нашему мнению, использование образных представлений или наглядно-схематических моделей системы может оказаться не менее полезным для решения сложных системных задач, чем значительный объем абстрактных знаний. Это подтверждается, например, словами А. Эйнштейна, который, характеризуя особенности своей мыслительной деятельности, писал: «Слова, написанные или произнесенные, не играют, видимо, ни малейшей роли в механизме моего мышления. Психическими элементами мышления являются некоторые, более или менее ясные, знаки или образы, которые могут быть «по желанию» воспроизведены и скомбинированы» [2, с. 80]. Такие образы, преимущественно визуального характера, по словам Эйнштейна, являются исходными в процессе решения, а вербальную формулировку итогов приходится подыскивать (иногда с трудом) уже на следующей стадии, когда получен необходимый результат. Таким образом, в структуру системного мышления, по-видимому, следует включать не только вербальные компоненты, основанные на понятиях системного подхода, но и невербальные, связанные, например, с наглядным представлением некоторых законов и зависимостей (например, обратной связи или иерархической упорядоченности) и с процедурным знанием о том, как реализуются некоторые действия и навыки. Отдавая себе отчет в том, что вербальный уровень является ведущим в системном мышлении культурного человека, мы полагаем, что не следует недооценивать значение других уровней. Обобщая результаты проведенного анализа, мы приходим к выводу о том, что структуру системного мышления можно рассматривать в двух аспектах или плоскостях, выделяя горизонтальную структуру, отражающую психологические составляющие мышления данного типа и 49 вертикальную, уровневую структуру, характеризующую качественное своеобразие системного мышления на различных ступенях его развития. Рассматривая структуру системного мышления в первом аспекте можно выделить содержательные (понятийные и наглядные) и процедурные (или процессуальные) составляющие. Среди понятийных компонентов центральное место принадлежит понятию «система», которое можно рассматривать как клеточку системного мышления. Определение других базовых понятий системного мышления представляет собой самостоятельную задачу, требующую дополнительных исследований. Наглядные компоненты системного мышления наименее изучены и практически не описаны в известных нам публикациях. Тем не менее, попытки их формирования с помощью наглядно-схематических иллюстраций законов и принципов системного подхода не лишены смысла. Процедурные компоненты включают в себя умения и навыки системного подхода, а также эвристики, выступающие в форме рекомендаций или не вполне строго сформулированных законов, направляющих поиск решения проблемы. Среди умений и навыков системного мышления могут быть выделены некоторые базовые, такие как умение… 1) узнавать системные объекты и отличать их от несистемных; 2) видеть систему как иерархическую структуру взаимодействующих между собой элементов; 3) выделять общий принцип построения системы и её интегративные свойства; 4) конструировать на основе заданных интегративных свойств новую систему или разрабатывать и использовать модель системы. Рассматривая структуру системного мышления во втором (уровневом) аспекте, можно попытаться выделить некоторые ступени или уровни развития. Каждый уровень должен определяться с качественной стороны определенной сформированностью его основных составляющих и отношений между ними, а с количественной стороны – продуктивностью системного мышления в целом. В целях теоретического анализа проблемы ограничимся на данном этапе выделением двух таких уровней: минимального и основного. Содержательные и процессуальные составляющие системного мышления можно рассматривать в рамках предложенной двухуровневой структуры. Для содержательного компонента первый – минимальный уровень – подразумевает владение базовыми понятиями и категориями системного подхода. Второй – основной уровень – предполагает теоретические знания из области системного подхода, то есть знание принципов и закономерностей построения, функционирования и 50 развития систем. Процессуальный компонент также охватывает два уровня. Минимальный уровень – это общие для всех видов мышления умственные действия и операции: анализ, синтез, сравнение, обобщение, абстрагирование и др. Основной уровень – специфические умения и навыки системного мышления – «системные умения». В результате такого анализа получается структурная схема, отражающая структуру системного мышления в единстве его разнокачественных и разноуровневых компонентов. В наглядной форме она представлена в таблице 2. Таблица 2 Структурные компоненты системного мышления Содержательный Процессуальный компонент компонент Минимальный Владение базовыми Мыслительные операции: синтез, уровень понятиями и анализ, сравнение, обобщение, категориями системного подхода абстрагирование и др. Основной Знание принципов и Специфические умения системного мышления – уровень закономерностей «системные умения» построения, функционирования и развития систем Минимальный уровень – это уровень, который формируется в процессе обучения в общеобразовательной школе. Его можно рассматривать как результат овладения базовыми понятиями системного подхода на уровне эмпирических обобщений по В.В. Давыдову. Этот уровень не предполагает наличия специфических для системного мышления умений и навыков. Такой уровень системного мышления рассматривается как минимальный, поскольку лишь его достижение гарантировано в рамках традиционного среднего образования, однако его невозможно признать достаточным для полноценного овладения многими современными профессиями. В нашем исследовании поставлена задача выявления педагогических условий для формирования основного уровня системного мышления – уровня, который обеспечивает прочную базу для становления профессионального практического мышления в различных сферах общественной практики. 51 ГЛАВА 2. Теоретические и методологические вопросы формирования системного мышления на материале курса «Информатика и ИКТ» 2.1. Развитие и методологические предпосылки формирования системного мышления Определив понятие системного мышления, его базовые характеристики и место в структуре познавательной деятельности, обратимся далее в соответствии с задачами педагогического исследования к анализу вопросов развития системного мышления в онтогенезе и методологических основ его формирования. Если историческое развитие системного мышления в ходе эволюции научной мысли достаточно хорошо освещено в современных философско-методологических исследованиях [77; 146], то вопрос о развитии системного мышления в онтогенезе остается малоизученным. В этой связи было бы оправданно, с нашей точки зрения, начать с общих психологических теорий развития мышления ребёнка. В основе большинства современных психологических исследований развития мышления лежат два подхода: значительное число зарубежных ученых опирается на достижения Женевской школы генетической психологии, во главе которой стоял Ж. Пиаже, в то время как исследования большинства отечественных и некоторых зарубежных психологов основываются на культурно-исторической концепции формирования высших психических функций Л.С. Выготского. Основная идея, развиваемая во всех работах Пиаже, состоит в том, что интеллектуальные операции осуществляются в форме целостных структур [118]. Эти структуры формируются благодаря равновесию, к которому стремится эволюция. Мысль Пиаже о том, что интеллектуальное развитие стремится к стабильному равновесию, то есть к установлению логических структур, означает, что логика не врожденна изначально, а постепенно развивается. Вместе с тем, её развитие определяется не влияниями внешней среды, ими оно лишь стимулируется, в то время как развертывание мышления ребенка идет по внутренним биологическим закономерностям, проявляющимся в последовательной смене этапов. Согласно Пиаже, можно наблюдать уменьшение или увеличение среднего хронологического возраста появления той или иной стадии в зависимости от уровня активности самого ребенка, его спонтанного опыта, школьной или культурной среды, 52 однако порядок следования этапов и их содержание остаются неизменными. Возможности мыслительной деятельности ребенка на каждом из этапов развития определяются господствующими умственными структурами. Развитие мышления выступает как смена господствующих умственных структур, которые складываются на основе реальных предметных действий ребенка. На всех этапах развития познание постоянно связано с действиями или операциями, то есть трансформациями, преобразованиями объекта [118]. Самая первая из четырех стадий развития мышления по Ж. Пиаже – стадия сенсомоторного интеллекта, которая соответствует возрастному периоду от рождения до примерно середины второго года жизни. Ее характерной особенностью является отсутствие внутреннего (как чувственно-образного, так и символического) плана деятельности – вся активность разворачивается первоначально только во внешнем, доступном непосредственному восприятию мире. Формирование схем действия и овладение речью образуют основу для перехода на следующую стадию. Она называется в теории Пиаже дооперациональным мышлением, поскольку появляющиеся на этой стадии изменения перцептивных образов и символьных репрезентаций еще не имеют системности логико-математических операций, в частности, они не обладают свойством обратимости. Для дооперационального мышления (от 2 до 7 лет) типичны разнообразные проявления эгоцентризма, ставшие известными как феномены Пиаже. Ребенок на этой стадии развития интеллекта не может описать ситуацию из перспективы своего собеседника. Он испытывает трудности в контроле согласованности последовательных высказываний. Его оценки физических величин обнаруживают непонимание законов сохранения вещества и количества, например, оценки количества жидкости в сосуде могут зависеть от формы сосуда, а оценка числа объектов – от их взаимного расположения. Для третьей стадии, или стадии конкретных операций (с 7 до 11 лет) характерно преодоление феноменов эгоцентризма. Это развитие, называемое Пиаже децентрацией, объясняется в его теории появлением обратимых когнитивных операций, которые первоначально применяются лишь по отношению к конкретному и известному из собственного опыта материалу. Данное ограничение в свою очередь снимается на стадии формальных операций, достигаемой обычно в возрасте 11-13 лет. Эта последняя стадия знаменует окончание процесса созревания абстрактной, применимой по отношению к любому материалу логики взрослого человека. 53 Описывая мышление на стадии конкретных операций (у детей в возрасте 7-11 лет), Ж. Пиаже отмечает, что даже в наглядном плане «ребенок легко центрирует свое внимание отдельно на всём В или на частях А и А', уже разизолированных в мысли, но трудность состоит в том, что, центрируя свое внимание на А, он разрушает этим целое В, так что часть А тогда не может сравниваться больше ни с чем, кроме другой части А'. Следовательно, здесь вновь имеет место распадение целого изза недостатка мобильности в последовательных центрациях мышления» [118, с. 147]. Ещё большие трудности вызывает соотнесение части и целого в вербальном плане: результаты исследований Ж. Пиаже показали, что самые простые задачи на рассуждение, требующие включения части в целое, координации отношений и мультипликации классов, то есть нахождение части, общей двум целым, вызывают у детей 11-12 лет неожиданные трудности. Поскольку понятия целого и части являются центральными для системного мышления, по-видимому, из исследований Ж. Пиаже следует вывод о невозможности полноценного системного мышления у детей до 11-12 лет. В соответствии с таким подходом только выход на последнюю стадию развития интеллекта – стадию формальных операций – открывает возможности для формирования подлинного системного мышления. Формирование абстрактных понятий системного мышления и навыков применения этих понятий для анализа различных систем с точки зрения данного подхода практически невозможно до возникновения формальных операций. Однако необходимо подчеркнуть, что такой вывод не является бесспорным. Идеи Ж. Пиаже подвергаются в последнее время критике как со стороны отечественных, так и зарубежных психологов. Например, по мнению Б.М. Величковского, вызывает большие сомнения характеристика последней стадии развития как периода доминирования абстрактно-логического мышления [26]. Он подчеркивает, что в реальности мир предстает перед мыслящим и действующим человеком как сложная открытая система, а не как совокупность дискретных и абстрактных логических задач. Чисто логические умозаключения, напротив, не являются сильной стороной мышления даже у взрослых, вполне образованных и разумных людей. В решении реальных жизненных проблем наибольшее значение имеет не столько абстрактное мышление по жестким логическим схемам, сколько обширные, хорошо организованные знания и эвристики, выступающие как упрощенные стратегии, ускоряющие нахождение решения [26, с. 186]. 54 Ещё в начале 1930-х годов Л.С. Выготский высказал в адрес подхода Пиаже ряд критических замечаний, которые сегодня начинают определять направление исследований развития познавательных функций в мировой психологии. Л.С. Выготский выступил против представления о развитии мышления как процесса внутреннего созревания, подчеркнув значение коммуникативного взаимодействия ребенка с его социальным окружением [31]. Согласно Л.С. Выготскому, высшие (специфически человеческие) психические функции возникают первоначально как форма коллективного поведения ребенка, как форма сотрудничества с другими людьми, и лишь впоследствии они становятся индивидуальными функциями самого ребенка [31]. Так, например, сначала речь – средство общения между людьми, но в ходе развития она становится внутренней и начинает выполнять интеллектуальную функцию. Отличительные признаки высших психических функций – опосредованность, осознанность, произвольность, системность – образуются в результате овладения специальными орудиями, средствами, выработанными в ходе исторического развития общества. Развитие высших психических функций связано с обучением в широком смысле слова, оно не может происходить иначе как в форме усвоения заданных образцов. По Л.С. Выготскому, движущая сила психического развития – обучение. Обучение не тождественно развитию. Оно создает зону ближайшего развития, то есть вызывает у ребенка интерес к жизни, пробуждает и приводит в движение внутренние процессы развития, которые вначале для ребенка возможны только в сфере взаимоотношения с окружающими и сотрудничества с товарищами, но затем, пронизывая весь внутренний ход развития, становятся достоянием самого ребенка. Если, по мнению Ж. Пиаже, эффективным может быть лишь такое обучение, которое соответствует достигнутому уровню развития ребенка, то для Л.С. Выготского обучение ведет за собой развитие. Рассматривая развитие мышления ребенка, Л.С. Выготский подчеркивал «зависимость развития мышления от речи, от средств мышления и от социально-культурного опыта ребенка» [31, c. 339]. Развитие мышления в этом случае оказывается тесно связанным с развитием понятий, составляющих основное средство мышления. Следовательно, основываясь на концепции Л.С. Выготского можно сделать вывод, что развитие системного мышления должно быть основано, в первую очередь, на усвоении соответствующих понятий. 55 Л.С. Выготский ввел в психологию деление понятий на научные, усвоение которых начинается с осознавания существенных признаков понятия, и ненаучные – «житейские», формирующиеся стихийно на основе жизненного опыта ребенка, как правило, без учета всех существенных признаков. Житейские понятия обеспечивают эффективное решение мыслительных задач лишь в относительно узком кругу практических задач, не выходящих за пределы повседневного опыта человека, они лежат в основе эмпирического мышления. В то время как теоретическое мышление, делающее возможным решение всеобщих проблем в плане абстракций, требует использования научных понятий [108]. Научные понятия необходимы и для действительно эффективного и креативного практического мышления, основанного на понимании сути проблемной ситуации, а не поверхностного решения по аналогии. Понятия системного мышления, также, по-видимому, могут существовать и существуют как на уровне житейских, так и на уровне научных. Однако подлинное системное мышление возможно лишь при усвоении научных понятий системного подхода. Следовательно, одним из решающих факторов развития системного мышления должно быть формирование соответствующих научных понятий. Эти понятия могут быть сформированы на основе анализа и обобщения различных научных понятий, описывающих различные частные примеры систем, изучаемых в разных науках. Учитывая тот факт, что в современной школе систематическое изучение основ наук и усвоение сложных научных понятий приходится преимущественно на средние и старшие классы, можно сделать вывод о том, что именно в старших классах складываются наиболее благоприятные условия для усвоения системных понятий. Основываясь на идеях Ж. Пиаже и Л.С. Выготского именно этот возрастной период мы склонны считать сензитивным для формирования основ системного мышления. Необходимо отметить, что некоторые положения концепции Л.С. Выготского в настоящее время претерпели изменения. Так, Л.С. Выготский сводил развитие обобщений к процессам речевого взаимодействия людей, например, указывая на единство общения и обобщения. Впоследствии отечественными психологами было показано, что в основе развития обобщений лежит не общение языкового типа, а непосредственная практическая деятельность субъекта [148]. Становление понятий – это процесс формирования не только особого образа мира, но и определенной системы действий. Вне соответствующей деятельности невозможно формирование понятийного мышления. 56 С точки зрения современной отечественной науки именно категория «деятельность» является адекватной основной для анализа проблем формирования и развития мышления. Хотелось бы подчеркнуть наличие существенного различия между понятием «обучение» и понятием «деятельность»: в термине «обучение» приставка «об» несет смысл внешнего принуждения, как бы минующего самого ребенка. Понятие «деятельность» подчеркивает активность субъекта и его связь с предметами окружающей его действительности, оно переворачивает всю проблему развития, обращая её на субъекта. Такой подход, выдвигающий на первый план «деятельность» как основную объяснительную категорию, по нашему мнению, может быть весьма продуктивным в решении задач формирования системного мышления. Становление деятельностного подхода в педагогике тесно связано с появлением и развитием идей этого подхода в отечественной психологии. Общепсихологические идеи, положенные в основу деятельностного подхода, оказали значительное влияние на разработку проблем педагогической психологии и через неё проникли в педагогическую науку и практику. Основы деятельностного подхода в психологии были заложены С.Л. Рубинштейном [83] и А.Н. Леонтьевым [129]. С.Л. Рубинштейн сформулировал один из основополагающих принципов деятельностного подхода – принцип единства сознания и деятельности: «Формируясь в деятельности, психика, сознание в деятельности, в поведении и проявляются» [129, с. 21]. Данный тезис, подчеркивающий факт формирования психики в деятельности, выступает в качестве одного из руководящих педагогической практикой принципов, в соответствии с которым развитие ребенка в ходе обучения возможно исключительно за счет вовлечения его в соответствующую деятельность – учебную деятельность. Опираясь на этот принцип, в педагогике под деятельностным подходом в самом широком смысле этого термина понимают такой способ организации учебно-воспитательного процесса, в котором акцент переносится с обучающей деятельности преподавателя на учебную деятельность учащегося [7; 180]. Так, например, по мнению В.И. Загвязинского, суть деятельностного подхода в обучении состоит в направленности «всех педагогических мер на организацию интенсивной, постоянно усложняющейся деятельности, ибо только через собственную деятельность человек усваивает науку и культуру, способы познания и преобразования мира, формирует и совершенствует личностные качества» [56]. 57 Для педагогической теории и практики существенное значение также имеет ещё один аспект деятельностного подхода, связанный с социальнодеятельным пониманием природы личности. Ещё С.Л. Рубинштейн, полагая, что «психические свойства личности в её поведении, в действиях и поступках, которые она совершает, одновременно и проявляются и формируются» [129, с. 516], подчеркивал одновременно общественный характер человеческой деятельности. В самом деле, деятельность детей и подростков, так или иначе, обусловлена их взаимодействием со сверстниками и взрослыми. При этом характер этих взаимодействий и взаимоотношений приобретает ведущее значение в формировании и развитии личности. Эта идея, по сути, была положена в основу воспитательной практики таких выдающихся педагогов как А.С. Макаренко и В.А. Сухомлинский. Все эти педагогические идеи и подходы, по существу, уходят своими теоретическими корнями в психологический принцип «единства сознания и деятельности» С.Л. Рубинштейна. А.Н. Леонтьев вместо того, чтобы провозглашать «единство» предварительно разъединенных психики и деятельности, предложил иной подход, подчеркивающий их принципиальное родство [83]. Он рассматривал человеческую деятельность как процесс, в котором в качестве необходимого момента возникает психическое. С этой точки зрения психическое выступает как особая внутренняя деятельность, в которой человек оперирует не с реальными предметами, а использует для этого их идеальные модели, представления и образы предметов, преобразуя их посредством умственных действий. В рамках такого подхода предполагается, что внутренняя деятельность, являясь вторичной по отношению к внешней, формируется в процессе интериоризации – перехода внешней деятельности во внутреннюю [32; 148]. Представление о внутренней деятельности, формирующейся из внешней в процессе интериоризации, имело принципиальное значение для педагогической психологии. В первую очередь, это означало, что исследование процесса интериоризации дает возможность влиять на формирование таких сложных психических явлений как, например, мышление. На основе понимания и учета закономерностей интериоризации возможно управлять процессом усвоения знаний, умений, навыков и формированием мышления в ходе обучения. Исследования, проведенные в этом направлении П.Я. Гальпериным и его последователями, позволили сформулировать весьма полезную для педагогической практики теорию поэтапного формирования умственных действий [32]. 58 Вместе с тем, представления о психических процессах (например, мышлении) как деятельности позволяют исследователям применять для анализа этого явления общую схему структуры деятельности, разработанную А.Н. Леонтьевым. Применяя эту схему к анализу мыслительной деятельности, удалось выделить и исследовать умственные действия и операции, обеспечивающие решение интеллектуальных задач. Развитие мышления стало возможным рассматривать как формирование умственных действий и операций путем интериоризации элементов внешней предметной деятельности. Развитие деятельностного подхода в психологии опиралось не только на исследования А.Н. Леонтьева и С.Л. Рубинштейна, но и на положения культурно-исторической теории Л.С. Выготского в рамках которой развитие мышления тесно связано с усвоением понятий и категорий, составляющих основное средство мыслительной деятельности. Один из наиболее ярких представителей такого подхода к исследованию развития мышления – В.В. Давыдов – подчёркивал, что мыслительная деятельность человека тем продуктивнее, чем полнее и глубже он присвоил всеобщие категории мышления [42]. Надо сказать, что формирование у детей обобщений и понятий традиционно считается одной из главных целей школьного образования. Специфика деятельностного подхода, кардинальным образом отличающая его от традиционной дидактики, состоит в том, что формирование понятий вне соответствующей деятельности признается невозможным. По словам В.В. Давыдова, «чтобы сформировать у ребенка понятие нужно найти и построить у него адекватную деятельность. В основе научных понятий лежит дискурсивная деятельность ребенка…» [42, с. 396]. Мнение о важнейшем значении усвоения понятий для развития мышления учащегося в его соответствующим образом организованной деятельности является общепризнанным и в современной педагогической науке. Об этом свидетельствуют, например, слова В.И. Загвязинского, который, раскрывая сущность деятельностного подхода в контексте проблем обучения, обращает особое внимание на «выявление и описание тех способов действия в деятельности, которые должны привести к раскрытию содержания понятия в изучаемом учебном материале и полноценному усвоению соответствующих знаний» [55, с. 48]. Наиболее полно в отечественной психолого-педагогической науке вопрос о формировании понятий как средств мыслительной деятельности в ходе обучения рассматривался В.В. Давыдовым [42; 43]. Теоретический анализ философских, психологических и педагогических исследований мышления позволил В.В. Давыдову дать психологическую 59 характеристику эмпирическому и теоретическому мышлению, в основе которых лежат понятия разного типа и различные способы умственных действий. Эмпирическое мышление (рассудок) направлено на расчленение и сравнение внешних свойств и отношений предметов для абстрагирования формальной общности и придания ей формы понятия [43]. Подчеркнем, что в ходе эмпирического мышления познаваемый объект отражается со стороны его внешних, наблюдаемых данных в непосредственном чувственном опыте связей и свойств. При этом внутренние, существенные зависимости, которые непосредственно наблюдаться не могут и обнаруживаются лишь в результате анализа системы, внутри целого, в его становлении, раскрываются с помощью теоретического мышления. Теоретическое, диалектическое мышление (разум) связано с исследованием природы самих понятий, оно вскрывает их переходы, движение, развитие. Сущность теоретического мышления, по В.В. Давыдову, состоит в том, что это – особый способ подхода человека к пониманию вещей и событий путем анализа условий их существенных связей и отношений в рамках целостной системы, их происхождения и развития. Анализируя содержание эмпирического и теоретического мышления, В.В. Давыдов подчеркивал важные в контексте данного исследования различия: «Теоретическое мышление имеет свое особое содержание, отличное от содержания эмпирического мышления, это область объективно взаимосвязанных явлений, составляющих целостную систему. Без нее и вне её эти же явления могут быть предметами лишь эмпирического наблюдения» [43, с. 313]. Главное отличие теоретических понятий от общих представлений – эмпирических понятий состоит в том, что эти понятия «воспроизводят развитие, становление системы, целостности, конкретного и лишь внутри этого процесса раскрывают особенности и взаимосвязи единичных предметов» [43, с. 315]. Только в теоретических понятиях, по В.В. Давыдову, возможно адекватное отражение системных феноменов и закономерностей, так что необходимым условием становления системного мышления является, по нашему мнению, формирование у школьников базовых понятий системного подхода на уровне теоретического мышления. Большинство учащихся старших классов часто употребляют понятие системы, например, в составе таких терминов как «операционная система», «система программирования». Многие школьники даже более раннего возраста способны отличать системные объекты от несистемных с относительно небольшим числом ошибок. Тем не менее, большинство 60 таких школьников затрудняется в назывании существенных признаков системы, а понимание сложных системных закономерностей (например, связанных с порождением системных качеств или развитием и взаимодействием систем), как правило, оказываются для них слишком сложной задачей. Всё это говорит о том, что понятие «система» сформировано у многих учащихся старших классов как эмпирическое понятие, однако этого совершенно недостаточно для продуктивного системного мышления. Рассматривая проблему формирования понятий, В.В. Давыдов особое место отводил действию обобщения. В процессе формирования теоретических понятий невозможно опираться на эмпирические обобщения: в основе научного, теоретического понятия, по мнению В.В. Давыдова, лежит теоретическая абстракция и обобщение содержательного типа [43]. Если эмпирическое обобщение идет от частных предметов и явлений через их сравнение к общему эмпирическому понятию, то теоретическое, содержательное обобщение осуществляется путем анализа явления, отношения внутри некоторого целого, чтобы открыть генетически исходное, существенное, всеобщее отношение, закон единства и становления этого целого. В ходе формирования теоретических понятий используется также такой способ мыслительной деятельности как восхождение от абстрактного к конкретному. Исходным пунктом обучения при опоре на этот способ выступает не эмпирическое обобщение частных примеров, а содержательное обобщение, абстракция. Восхождение от абстрактного к конкретному выступает общим принципом ориентации учащихся во всем многообразии учебного материала. Мыслительная деятельность учащихся направляется не индуктивным путем «от частного к общему, от конкретного к абстрактному», а наоборот – дедуктивным, то есть «от общего к частному, от абстрактного к конкретному». Опора на содержательное обобщение и восхождение от абстрактного к конкретному не означает игнорирование эмпирических сведений и предметных действий. Дело в том, что именно конкретные факты, явления и соответствующие действия над ними, выполняемые учащимися, позволяют им выявить то отношение, которое имеет всеобщий характер, осуществить обобщение и сформулировать абстракцию. Однако, как отмечал сам В.В. Давыдов, одной из больших трудностей такого подхода является то, что порой необходимо длительное психологическое исследование для того, чтобы найти эти особые действия, открывающие учащемуся содержание соответствующих абстракций, обобщений и понятий [43, с. 424]. 61 Подводя итог обзору теории В.В. Давыдова, можно сделать вывод о том, что необходимым условием становления системного мышления является формирование у школьников базовых понятий системного подхода на уровне теоретического мышления. Формирование системных понятий, по нашему мнению, может не только существенно продвигать развитие мышления учащегося, но и способствовать становлению научного мировоззрения, усложнению образа мира. Другое направление исследований формирования мышления на основе деятельностного подхода связано с теорией поэтапного формирования умственных действий П.Я. Гальперина [32]. Развивая идеи А.Н. Леонтьева, П.Я. Гальперин подверг тщательному анализу ход интериоризации, выделив в этом процессе ряд последовательных, закономерно сменяющих друг друга этапов, которые отражают модификацию формы действия от внешней материальной или материализованной до внутренней. Исходной формой действия, подлежащего освоению учащимся, является материальная или материализованная. Если в материальной форме действие выполняется с реальным предметом, то в случае материализованной формы объектом действия служит не сам предмет, а его заместитель, модель. Следующая форма действия, представляющая собой новый этап в его усвоении – внешнеречевая форма. Во внешнеречевой форме учащийся выполняет то же самое действие, с такими же предметами. Для перехода действия в умственную форму важным является следующий промежуточный этап, связанный с использованием внешней речи про себя: ученик проговаривает все операции, но уже беззвучно, про себя. Со временем постепенное проговаривание становится ненужным, и действие выполняется исключительно посредством внутренней речи. При использовании действия в этой форме со временем отдельные его элементы автоматизируются, сокращаются, сворачиваются, уходят на фоновый неосознанный уровень и тогда уже можно говорить об итоговой форме действия – внутренней, умственной. На этапе умственного действия ученик, выполняя действие, оперирует не реальными внешними предметами, а их ментальными репрезентациями: наглядными образами или понятиями. Таким образом, теория П.Я. Гальперина отвечает на вопросы о том, из каких этапов складывается процесс усвоения умений и навыков мыслительной деятельности и как обеспечить успешное формирование умственных действий и операций. Вместе с тем, другие психологические исследования и педагогическая практика показывают, что не всегда этот процесс происходит по всем трём указанным этапам. Вместо этого, он может сразу начинаться с 62 формирования умственного действия во внешнеречевом плане, что зависит от предшествующих достижений умственного развития ребенка. Этот факт особенно важен для работы с учащимися подросткового возраста, в котором происходит интенсивное развитие понятийного мышления. В этом случае на практике далеко не всегда следует начинать формирование умений и навыков системного мышления с этапа материального или материализованного действия, хотя в некоторых случаях, по-видимому, это необходимо. С точки зрения теории поэтапного формирования умственных действий, структура любого действия складывается из трёх основных фаз: ориентировочной, исполнительной и контрольно-корректировочной. Основной, в наибольшей мере определяющей успешность действия, является ориентировочная фаза, в которой складывается ориентировочная основа действия – система представлений человека о цели, плане и средствах осуществления предстоящего или выполняемого действия. На основе ориентировочной основы разворачивается следующая фаза действия – исполнительная, связанная с преобразованием предмета, ситуации и получением результата действия. В ходе контрольной фазы осуществляется слежение за ходом исполнения действия, оценка его соответствия намеченному плану, проверка соответствия реального результата запланированному и коррекция действия при обнаружении рассогласования. С точки зрения педагогической практики важно, что существует три основных типа ориентировочной основы действия (ООД) в зависимости от её полноты, степени обобщенности и способа её предъявления учащимися [32; 148]. Первый тип ООД характеризуется неполной схемой указаний и ориентиров для выполнения действия, даваемой учащимся в готовом виде. Второй тип связан с предъявлением уже полной ООД, хотя и тоже в готовом виде. Хотя второй тип ориентировки является гораздо более эффективным и сводит возможность ошибок к минимуму, но он так же, как и первый, не обеспечивает возможность переноса сформированных у учащихся на этой основе умственных действий и понятий в новые условия, поскольку как в первом, так и во втором случае ориентировка носит частный, конкретный характер. Наиболее эффективной является третья ориентировочная основа, отличительной особенностью которой является ее полнота и обобщенность для значительного класса явлений. Ориентировочная основа при этом составляется учащимися самостоятельно на основе общего теоретического принципа. З.А. Решетова, применяя теорию П.Я. Гальперина к исследованию системного мышления, выделила ещё один новый тип ориентировочной 63 основы специфичный для этого типа мышления – это «ориентировка системного типа», которая опирается на понятия и категории системного анализа [162]. Формирование ориентировки системного типа в ходе обучения, по мнению З.А. Решетовой, является решающим фактором развития системного мышления. Итак, усвоение понятий и категорий системного подхода на уровне теоретических обобщений необходимо для формирования системного мышления. Этот понятийный аппарат общенаучного характера, обеспечивающий ориентировку системного типа, является одной из основных составляющих структуры системного мышления. Для усвоения системных понятий и категорий на уровне теоретического мышления важно формировать их в контексте целостной системы теоретического знания, а не путем обобщения житейского опыта или разрозненных учебных примеров. Вместе с тем, системное мышление не сводится лишь к знанию системных понятий и категорий. Наряду с содержательным аспектом в системном мышлении можно выделить и процессуальный аспект, включающий в себя умения и навыки системного мышления. Формирование этих умений, как и других умственных действий, происходит, по-видимому, путем интериоризации изначально внешнего предметного или речевого действия. Это значит, что процессом усвоения умственных действий можно управлять, опираясь на положения теории поэтапного формирования умственных действий. В ходе работы по формированию системных умений у старших школьников и студентов необязательно начинать с этапов материального или материализованного действия, хотя зачастую это желательно. Достаточно высокий уровень развития понятийного мышления учащихся этого возраста позволяет начать с внешнеречевой формы. При этом принципиальным требованием к организации такой работы является использование ориентировочной основы системного типа. 2.2. Модель формирования элементов системного мышления учащихся старших классов на материале курса «Информатика и ИКТ» Отталкиваясь от результатов проведенного анализа природы и структуры системного мышления, учитывая теоретические данные о развитии мышления и опираясь на методологические предпосылки его формирования, приступим к разработке модели формирования элементов системного мышления учащихся и студентов на материале курса «Информатика и ИКТ». 64 Об актуальности такой работы свидетельствует тот факт, что в отечественной образовательной практике проблема формирования системного мышления как в профессиональном, так и в школьном звене пока ещё не получила достаточного освещения. Вопросы развития системного мышления в обучении затрагиваются лишь в небольшом ряде психолого-педагогических исследований, выполненных И.Ю. Асмановой [6], Д.О. Даниловым [44], Е.В. Иваньшиной [59], Л.С. Сагателовой [130] и некоторыми другими авторами [141; 176]. Формированию системного мышления на материале предметной области информатики посвящены работы Н.В. Городецкой [37], Г.С. Молоткова [101], Н.Н. Усковой [158], В.В. Черникова [168; 169]. В первых двух работах исследуются различные аспекты формирования системного мышления студентов ВУЗа посредством введения в учебный план специальной дисциплины. Исследование Н.Н. Усковой посвящено формированию элементов системного мышления учащихся младших классов с помощью информационного моделирования. Из перечисленных выше работ только исследование В.В. Черникова касается проблемы формирования системного мышления учащихся старших классов в курсе информатики, а также в ряде других дисциплин (физики, астрономии, экологии). Обобщая перечисленные выше работы, необходимо отметить, что в образовательном процессе возможны различные организационные подходы к формированию системного мышления. Например, в исследованиях Н.В. Городецкой [37] и Г.С. Молоткова [101], посвящённых формированию системного мышления студентов ВУЗа, основы системного мышления закладываются в рамках специальной дисциплины «Теория систем и системный анализ», изучение которой встраивается в учебный план наряду с другими дисциплинами. Подобный спецкурс «Теория систем» для учащихся старших классов предлагает Д.М. Жилин [53]. В то же время ряд авторов (Д.О Данилов [44], Е.В. Иваньшина [59], В.В. Черников [169]) предлагают формировать системное мышление в рамках уже имеющихся школьных дисциплин. Таким образом, формирование системного мышления учащихся возможно в виде следующих организационных подходов: • Системное мышление формируется в рамках соответствующей дисциплины («Теория систем», «Системология», «Системный анализ»), которая вводится в учебный план. Но обучение системному подходу без специальных мер, направленных на развитие системных умений, не приведёт к формированию системного мышления. По мнению Ю.В. Сенько, вооружение учащихся системой научных знаний не обеспечивает автоматически формирование у них научного стиля 65 мышления – мышления, основанного на методологических принципах системного подхода [133]. • Системное мышление формируется в рамках уже существующих учебных курсов. Этот организационный подход в наибольшей степени соответствует критериям В.С. Леднева к отбору содержания образования [82]. Мы полагаем, что в нашем исследовании этот подход более целесообразен. Так как системное мышление в исследовании формируется в рамках курса «Информатика и ИКТ», и, по-видимому, процесс формирования такого мышления имеет (как и процесс обучения) определённую структуру, то для нашего исследования необходимо построить специальную модель – модель формирования системного мышления, которая будет являться основой для разработки соответствующей технологии. К разработке такой модели необходимо подходить с позиций системного подхода – учитывать, что процесс обучения, как и всякая система, обладает определённым набором компонентов, взаимодействие которых обеспечивает достижение поставленных целей. Наиболее типичной в настоящее время является последовательность и содержание компонентов процесса обучения, предложенные Ю.К. Бабанским [9]. В структуре процесса обучения Ю.К. Бабанский выделяет следующие компоненты: 1. Целевой. 2. Стимулирующе-мотивационный. 3. Содержательный. 4. Операционно-действенный. 5. Контрольно-регулировочный. 6. Оценочно-результативный. Целевой компонент представляет собой постановку педагогом и принятие обучаемыми целей и задач обучения. Стимулирующе-мотивационный компонент отражает меры по формированию познавательных потребностей, мотивации самостоятельной учебной деятельности. Содержательный компонент процесса обучения – это содержание обучения, определяемое государственными образовательными стандартами, учебными программами, учебными пособиями. Операционно-действенный компонент процесса обучения отражает его процессуальные характеристики, формы, методы и средства, применяемые в учебном процессе. Контрольно-регулировочный компонент предполагает осуществление контроля педагогом и самоконтроля учащихся с целью установления обратной связи и корректировки хода процесса обучения. 66 Оценочно-результативный компонент объединяет оценку педагога и самооценку обучаемых, позволяет выяснить степень соответствия результатов поставленным целям, выявить причины их возможного несоответствия с целью дальнейшей корректировки процесса обучения. Все компоненты процесса обучения тесно взаимосвязаны. Принятие цели требует воздействия на мотивационно-потребностную сферу учащихся. Цель обучения определяет его содержание. Цель и содержание требуют определённых методов, средств и форм организации учебного процесса. В процессе обучения необходим контроль – он позволяет установить обратную связь, выявить степень успешности учения. Оценка результатов определяет новые цели процесса обучения. Только реализация всех компонентов в комплексе обеспечивает достижение поставленных целей. Опираясь на идеи Ю.К. Бабанского, нами была разработана модель формирования системного мышления учащихся, в которой присутствуют следующие блоки: целевой, содержательный, процессуальный, результативный (рисунок 1). Целевой блок является системообразующим, он определяет принципы, содержание, педагогические условия, методы, формы и средства обучения, способы контроля. Целевой компонент представляет собой совокупность цели и задач. Целью предлагаемой модели является формирование элементов системного мышления учащихся на материале курса «Информатика и ИКТ». В соответствии с целью сформулированы следующие основные задачи: • Ознакомление учащихся с основными системными понятиями, принципами, закономерностями. • Формирование у учащихся специфических системных умений и навыков. Помимо цели и задач процесс формирования системного мышления учащихся определяется действием как общих принципов педагогического процесса, так и целым рядом дополнительных принципов [79]. Общедидактические принципы, определяющие содержание, организационные формы и методы учебного процесса, были изложены в работах М.А. Данилова, В.А. Дистервега, Б.П. Есипова, И.Я. Лернера, М.Н. Скаткина [86; 88; 135] – это принципы воспитывающего и развивающего обучения, связи обучения с жизнью, научности и посильной трудности, систематичности и последовательности, сознательности и творческой активности, наглядности в обучении и другие. 67 ЦЕЛЕВОЙ БЛОК Цель: формирование системного мышления в курсе «Информатика и ИКТ». Задачи: 1. Ознакомление с основными системными понятиями, принципами, закономерностями. 2. Формирование специфических системных умений. ДИДАКТИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ 1. Принцип проблемности в обучении. 2. Принцип содержательного обобщения на всех уровнях. 3. Принцип диалогичности в обучении. 4. Принцип самостоятельной учебной деятельности. 5. Принцип системности. ПЕДАГОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ 1. Опора на системные представления как при изложении теоретического материала, так и в процессе решения задач. 2. Использование специально разработанного комплекса задач. 3. Применение в учебном процессе специального программного обеспечения, способствующего формированию системного мышления. СОДЕРЖАТЕЛЬНЫЙ БЛОК 1. Обязательный минимум содержания «Моделирование и формализация». 2. Рассмотрение других разделов курса «Информатика и ИКТ» с системных позиций. ПРОЦЕССУАЛЬНЫЙ БЛОК Этапы Пропедевтический Творческий Основной Учебные цели, методы, формы, средства, формы контроля РЕЗУЛЬТАТИВНЫЙ БЛОК Уровни системности мышления Досистемный ЭмпирикоИнтегративно- Конструктивносистемный системный системный Результат: обучаемый с высоким уровнем развития системного мышления. Рисунок 1. Модель формирования элементов системного мышления учащихся в курсе «Информатика и ИКТ» 68 В ходе работы по формированию системного мышления учащихся мы полагаем необходимым опираться дополнительно на следующие принципы: 1. Принцип проблемности в обучении. Проблемная ситуация, как особое психическое состояние, существенно активизирует процесс мыслительной деятельности, позволяет акцентировать внимание учащихся на процессуальной стороне мышления (Ю.В. Громыко [39], И.А. Ильницкая [60], В.Т. Кудрявцев [74], И.Я. Лернер [87], А.М. Матюшкин [95], М.И. Махмутов [96; 97], Р. Ничкович [103], В. Оконь [109], В.Ф. Паламарчук [114], А.В. Хуторской [166] и др.). Проблемно-ориентированные вопросы преподавателя могут «подталкивать» учащихся к выявлению системных свойств, отношений, закономерностей в процессе анализа условий задачи и её решения. 2. Принцип содержательного обобщения на всех уровнях. Системномыслящий учащийся должен видеть любую систему в её наиболее общих существенных системных отношениях и закономерностях, абстрагируясь от излишне конкретного материала, частностей. В процессе обучения содержательные обобщения должны использоваться, по возможности, на всех уровнях – на уровне фактов, понятий, законов, принципов, теорий (В.В. Давыдов [42]). 3. Принцип диалогичности. Проявляется в раскрытии различных, часто противоречащих друг другу сторон изучаемых явлений в процессе учебного диалога (В.С. Библер [17], С.Ю. Курганов [80]). 4. Принцип самостоятельной учебной деятельности учащихся. Принцип, направленный на создание условий по включению учащихся в различные виды самостоятельной деятельности (Б.П. Есипов [52], П.И. Пидкасистый [119]). Эффективное формирование системных умений, в соответствии с основными положениями деятельностного подхода, возможно только в процессе самостоятельной учебной деятельности учащихся. В частности, в исследовании Е.В. Иваньшиной по развитию системного мышления учащихся на материале курса «Естествознание» в качестве существенных предпосылок для формирования системного мышления выделяются самостоятельность в обучении и способность к непрерывному самообразованию [59]. 5. Принцип системности. По мнению Л.Я. Зориной: «Системность – это такое качество некоторой совокупности знаний, которое характеризует наличие в сознании ученика структурных связей (связей строения), адекватных связям между знаниями внутри научной теории» [58, с. 5]. Системное мышление, в соответствии с 69 данным нами определением, подразумевает восприятие учащимися любой школьной дисциплины в целом, с системных позиций, выделение системных отношений между элементами теоретических знаний. Последовательное изложение теоретических положений любого курса должно опираться на определённый методологический аппарат, и может следовать предлагаемой Л.Я. Зориной, схеме: 1) объект изучения теории; 2) предмет изучения теории; 3) основания теории; 4) инструментарий теории; 5) следствия теории и их проверка; 6) границы применимости теории [58; c. 86]. Таким образом, опора на принцип системности в подаче учебного материала также, по-видимому, способствует формированию элементов системного мышления у учащихся старших классов. Основной проблемой дисциплины «Информатика и ИКТ», на материале которой проводилось исследование, является, по мнению А.А. Кузнецова, фрагментарность курса, отсутствие системного взгляда на предмет. Это связано с тем, что для информатики ещё не завершился процесс формирования научного аппарата, методологии, методических подходов к преподаванию [76]. Следующим компонентом предлагаемой модели является содержательный блок, который отражает содержание учебной дисциплины «Информатика и ИКТ» в старших классах общеобразовательной школы. Мы не привносим в курс нового содержания, а выделяем, переструктурируем и адаптируем тот материал, в рамках которого можно наиболее эффективным способом достичь поставленной цели. Это, прежде всего, разделы курса, посвященные моделированию – однако и другой учебный материал курса может быть рассмотрен учащимися с системных позиций. По-видимому, подобное переструктурирование возможно и в рамках других дисциплин: физики, химии, биологии. Процессуальный блок представлен в соответствии с целью, принципами, содержанием обучения. Так как системное мышление формируется в учебной деятельности, то необходима такая организация этой деятельности, при которой формирование системного мышления будет происходить наиболее эффективно. Эффективность, в свою очередь, будет обеспечиваться выбором наиболее оптимальных методов, форм и средств обучения, форм контроля. Из деятельностного подхода следует вывод о том, что для успешного формирования системного мышления необходимо включение учащихся в адекватную этой задаче деятельность. Анализ психолого-педагогической и методической литературы, выполненный в первом параграфе, позволил нам выдвинуть предположение о том, что такой деятельностью, в 70 которой органично происходило бы формирование системного мышления, является деятельность по моделированию систем [38; 172]. Действительно, построение модели системы невозможно без анализа системной природы исходного объекта [139; 178]. В ходе моделирования субъект должен, проанализировав исходную систему, сконструировать другую систему, выступающую в качестве модели для исходной. Иными словами, в деятельности моделирования у обучаемых реализуются и формируются все основные умения системного мышления от узнавания системного объекта до конструирования сложных систем. Это даёт основание считать, что именно деятельность по моделированию систем является наиболее адекватной задачам формирования системного мышления. Моделированию в курсе информатики посвящены публикации и учебно-методические пособия С.А. Бешенкова [16], В.М. Казиева [63], Н.В. Макаровой [90; 92], А.В. Могилева [100], Н.И. Пака [112], Л.И. Раскиной [126], И.Г. Семакина [131], Н.Д. Угриновича [156], Е.К. Хеннера [164] и др.; а также диссертационные исследования Р.И. Георгиевой [34], О.Н. Поповой [122], Н.Н. Усковой [158] и др. Роль и место моделирования в школьном курсе информатики обозначил С.А. Бешенков: «…информатика – единственный из школьных предметов, который даёт представления о ряде фундаментальных идей, которые, если угодно, «управляют» современным миром. Таких идей, по сути, только три: моделирование и формализация, автоматизация, управление» [15, с. 2]. В методическом пособии С.А. Бешенкова, Е.А. Ракитиной [16, с. 12] моделирование в обучении предлагается рассматривать в трёх аспектах: 1. Моделирование как средство обучения. Значительная часть учебной информации поступает к школьникам в виде различных учебных моделей – словесное описание, таблицы, графики, макеты, чертежи, схемы, формулы и пр. 2. Моделирование как инструмент познания. Любая познавательная деятельность связана с построением во внутреннем плане представлений об объекте изучения – по сути, информационных моделей. 3. Моделирование как объект изучения. Любая модель может рассматриваться как системный объект, обладающий некоторыми свойствами. Для любых моделей можно выделить инвариантные особенности, которые могут выступать в качестве объекта изучения. При формировании системного мышления в курсе «Информатика и ИКТ» должны быть представлены все эти три направления 71 моделирования, причём, по-видимому, неодинаково на разных этапах и в разных содержательных линиях курса. Моделирование в нашем исследовании рассматривается как системное умение наиболее высокого уровня в структуре мыслительной деятельности, подразумевающее знакомство учащихся с основными системными понятиями и категориями, принципами и закономерностями, и опирающееся на другие умения и навыки системного мышления. Создание и использование моделей реальных систем требует глубокого понимания природы самих моделируемых систем, и, соответственно, осуществляется на материале конкретной предметной области в процессе решения задач. В процессе компьютерного моделирования можно объединить алгоритмическую и технологическую составляющие курса «Информатика и ИКТ» и, тем самым, заложить основы целостного восприятия этой дисциплины у учащихся. Действительно, по мнению С.А. Бешенкова, под компьютерным моделированием подразумевается не только математическое моделирование, но и моделирование в среде прикладных офисных пакетов [16]. Кроме того, существуют прикладные программные среды, например, «Stratum 2000», в которых математическое моделирование «инкапсулировано», максимально скрыто от пользователя, а разработка моделей осуществляется в среде визуального конструирования с дружественным графическим интерфейсом. Такие среды также могут и должны использоваться в учебном процессе – их роль в формировании системного мышления пока ещё не оценена в полной мере. Процесс формирования системного мышления учащихся подразумевает различные формы деятельности. А.С. Шаров выделяет три базовых формы деятельности в процессе изучения любой учебной дисциплины: знаковую, моделирующую и проективную [175, с. 55]. Под знаковой формой деятельности автор понимает усвоение учащимися содержания знаний как системы понятий. Активность учащихся при такой форме деятельности проявляется, в основном, в процессах восприятия и запоминания. Чтобы учащийся умел применять полученные знания на практике, он должен осуществлять какую-либо деятельность. В качестве такой деятельности выступает деятельность моделирования и проективная деятельность [175, с. 58]. Таким образом, основываясь на выделенных в исследовании А.С. Шарова формах деятельности, в нашей работе мы предлагаем следующие этапы формирования элементов системного мышления учащихся: пропедевтический, основной и творческий. На каждом этапе задаются учебные цели, определяются 72 методы, формы и средства обучения, а также формы контроля (таблица 3). Таблица 3 Этапы формирования системного мышления учащихся (на примере дисциплины «Информатика и ИКТ») Этапы Творческий Основной Пропедевтический 1 Учебные цели 2 Ознакомление учащихся c основными, наиболее общими системными понятиями Усвоение основных системных понятий, принципов и закономерностей. Формирование системных умений на материале курса «Информатика и ИКТ» Применение основных системных понятий, принципов и закономерностей, а также системных умений для конструирования и исследования моделей систем на материале курса «Информатика и ИКТ» Методы, формы и средства обучения 3 Объяснительноиллюстративные методы: урокилекции, урокипрезентации. Проблемные и эвристические методы. Выполнение заданий на основе рекурсивного подхода Проблемные и эвристические методы. Выполнение самостоятельных работ на моделирование систем средствами ИКТ Проблемные и эвристические методы. Творческие проекты и исследовательские работы на моделирование систем средствами ИКТ. Работа в малых группах 73 Формы контроля 4 Фронтальный опрос. Тестирование на узнавание и различение основных системных понятий и категорий Контрольные работы на моделирование систем средствами ИКТ Групповое обсуждение и анализ результатов в форме защиты творческих проектов и исследовательских работ Таким образом, в соответствии с целью, задачами, дидактическими принципами и на основе содержательного и процессуального блоков модели были сформулированы следующие педагогические условия, выполнение которых обеспечивает эффективное формирование элементов системного мышления учащихся старших классов на материале курса «Информатика и ИКТ»: 1. Опора на системные представления учащихся, как при изложении теоретического материала, так и в процессе решения задач. 2. Использование специально разработанного комплекса задач. 3. Применение в учебном процессе специального программного обеспечения способствующего формированию элементов системного мышления учащихся. Результативный блок модели подразумевает итоговый контроль и оценку результатов – уровня сформированности элементов системного мышления учащихся старших классов. Контроль подразумевает обратную связь и, в случае необходимости, коррекцию методов, форм, средств обучения, форм контроля в учебном процессе. Для оценки сформированности системного мышления учащихся необходимо выделить и обосновать уровни и соответствующие им критерии. Хотя ранее мы уже касались вопроса уровневой структуры системного мышления в теоретическом аспекте, рассмотрим его подробнее с целью определения уровней и их основных характеристик, пригодных для использования в опытно-экспериментальной работе. В исследовании проблемы формирования системного стиля мышления старшеклассников, Л.С. Сагателова выделяет всего три уровня сформированности системного стиля мышления старших школьников [130, с. 15]: 1. Дискретный уровень. Характеризуется осознанием необходимости деятельности, но противоречивым, без ярко выраженного интереса отношением к ней. Знания понятий и терминов не соответствуют программе, качественные признаки мышления развиты слабо. 2. Фрагментарный уровень. Характеризуется положительным, но неустойчивым отношением к процессу и содержанию деятельности, наблюдается недостаточный объём знаний по программе, их фрагментарность и поверхностность, непрочность. Учащийся владеет умениями, как воспроизводить действия в знакомой ситуации по образцу, так и в несколько изменённой ситуации. Мышление характеризуется полнотой, глубиной, относительной устойчивостью, проявляется гибкость и критичность. 74 Целостный уровень. Характеризуется увлечённостью, творческим подходом к собственной деятельности, сознательным и ответственным отношением, сопровождающимся ярко выраженным интересом к учению. Объем знаний ученика соответствует программным требованиям, наблюдается стремление к постоянному их пополнению и обновлению. Умения характеризуются высокой эффективностью и оригинальностью. Автор описывает, также, целый ряд критериев системного стиля мышления учащихся старших классов: мотивы учебной деятельности, отношение к себе и к своей деятельности, правильность, полнота, прочность, структурированность знаний, величина тезауруса, степень осознанности и степень владения операциями и приёмами мыслительной деятельности, состояние и возрастающая динамика качеств ума. Выявленные исследователем критерии и уровни, на наш взгляд, оценивают скорее учебную деятельность школьников в целом, чем специфические характеристики системного мышления учащихся. Более релевантны задаче оценки системности мышления уровни и критерии, приведённые в работе Д.О. Данилова, посвященной формированию системного мышления в процессе обучения физике. Им было выделено четыре уровня системного мышления [44, с. 114]: 1. Учащийся отслеживает логику учителя при анализе объекта. Воспроизводит данный материал. 2. Учащийся, с помощью учителя, обнаруживает связи между элементами системы. 3. Учащийся самостоятельно анализирует объект как систему связанных элементов и выделяет общий принцип построения этой системы. 4. Учащийся не только выявляет связи между элементами системы и принцип её построения, но и конструирует новые системы на основе выделенного принципа. Ранее в нашей работе в целях теоретического анализа структуры системного мышления была предложена двухуровневая классификация, включающая в себя минимальный и основной уровни (см. параграф 1.3). Однако для решения педагогических задач в процессе опытноэкспериментального исследования такая классификация оказывается слишком общей, не учитывающей весь спектр проявлений системного мышления школьников и некоторые существенные особенности его развития. Поэтому, для решения задач, связанных с диагностикой системности мышления школьников и оценкой динамики его развития в ходе обучения, данная структурная схема была доработана и 3. 75 конкретизирована с учетом предложенных Д.О. Даниловым уровней и критериев системности мышления. В результате были выделены и описаны следующие четыре уровня развития системного мышления: досистемный, эмпирико-системный, интегративно-системный, конструктивно-системный. Последние два уровня можно условно отнести к основному в нашей исходной классификации уровней, в то время как эмпирико-системный – к минимальному. Основанием для выделения уровней, как и прежде, выступает сформированность основных компонентов в структуре системного мышления и отношений между ними, а также продуктивность решения задач системного типа. Уровни и описание соответствующих им критериев приводится в таблице 4. Таблица 4 Уровни системности мышления учащихся и их критерии Уровни системности Критерии сформированности мышления системности мышления Досистемный Незнакомство с системными понятиями, принципами и закономерностями. Неспособность узнавать системные объекты и отличать их от несистемных. Эмпирико-системный Поверхностное понимание системных понятий, принципов и закономерностей, неполное понимание существенных свойств системных объектов. Узнавание системных объектов и дифференциация их от несистемных на основании эмпирически сложившихся наглядных признаков: наличия элементов и связи между ними. ИнтегративноГлубокое понимание системных понятий, системный принципов и закономерностей. Полное и адекватное понимание существенных свойств и структуры системных объектов. Умение указать общий принцип построения системы и её интегративные свойства КонструктивноГлубокое понимание системных понятий, системный принципов и закономерностей. Полное и адекватное понимание существенных свойств и структуры системных объектов. Умение конструировать на основе заданных интегративных свойств новую систему или разрабатывать и использовать модель системы. 76 Для оценки системности мышления учащихся на этапе эксперимента был разработан ряд диагностирующих задач, ориентированных на выявление основных системных умений в структуре мыслительной деятельности учащихся – эти задачи будут рассмотрены в следующей главе. О глубоком понимании системных понятий и категорий, принципов и закономерностей говорило адекватное контексту, а также способствующее решению поставленной задачи использование их учащимися. Необходимо отметить, что в нашей модели нет однозначного соответствия между этапами и уровнями системности мышления, то есть на разных этапах могут одновременно формироваться разные уровни системности мышления. Уже на пропедевтическом этапе у учащихся могут формироваться не только элементы эмпирико-системного уровня, но и основы интегративно-системного уровня (рассматривается понятие «интегративные свойства системы»), и даже элементы, характерные для конструктивно-системного уровня, например, в процессе разработки простейших моделей средствами информационных технологий. На последующих этапах основное внимание уделяется формированию интегративно-системного и конструктивно-системного уровней в процессе решения задач на моделирование. Завершающий – творческий этап полностью ориентирован на «подтягивание» учащихся к конструктивно-системному уровню, который представляет собой для старшеклассников «зону ближайшего развития» [31] и подразумевает полную сформированность предыдущих уровней системности мышления. Таким образом, разработанная модель формирования элементов системного мышления учащихся (на материале курса «Информатика и ИКТ») включает в себя следующие блоки: целевой, содержательный, процессуальный, результативный. Процессуальный блок содержит три этапа: пропедевтический, основной, творческий. Модель основывается на выделенных нами принципах и реализуется посредством создания особых педагогических условий. Для оценки системности мышления учащихся предлагаются следующие уровни: досистемный, эмпирикосистемный, интегративно-системный, конструктивно-системный. 77 ГЛАВА 3. Опытно-экспериментальная работа по оценке эффективности модели и технологии формирования системного мышления в курсе «Информатика и ИКТ» 3.1. Технология формирования системного мышления в курсе «Информатика и ИКТ» В соответствии с современными подходами к процессу обучения формирование системного мышления должно осуществляться путём создания особых педагогических условий, предназначенных как для усвоения определённого содержания, так и для приобретения специальных системных умений. Решение этих задач возможно при наиболее оптимальном сочетании методов обучения, организационных форм и форм контроля, дидактических средств. Предлагаемая технология должна также опираться на содержание предметных областей, где задействуются системные представления обучаемых. Очевидно, что полноценное усвоение системных понятий требует определенного уровня подготовки по целому ряду фундаментальных дисциплин (математика, физика, химия, биология, информатика), поэтому целесообразно начинать формирование системного мышления в старшем школьном возрасте и далее продолжать этот процесс в учреждениях профессионального образования. Кроме того, необходимо обеспечить непрерывность, преемственность в развитии такого вида мышления в системе «школа-вуз». Несмотря на то, что экспериментальная часть данного исследования была выполнена на базе старших классов общеобразовательной школы, основные выводы, по-видимому, можно перенести и на процесс обучения студентов первых курсов вузов. Такая преемственность обеспечивается спецификой выбранной предметной области – информатики – области, которая носит интегративный, межпредметный характер, охватывает процесс обучения от старшего школьного возраста до первых курсов вузов, а также задействуется далее для решения задач профессиональной деятельности. Дисциплина «Информатика и ИКТ» уже давно заняла прочное место в учебном процессе общеобразовательной школы. В рамках этой дисциплины уже на базовом уровне возможно формирование основных системных понятий и умений. В соответствии с обязательным минимумом образования дисциплина «Информатика и ИКТ» включает, наряду с другими, линию «Моделирование и формализация», которая является сквозной для всего курса и охватывает некоторые основные понятия содержательной составляющей системного мышления: 78 «Моделирование как метод познания. Формализация. Материальные и информационные модели. Информационное моделирование. Основные типы информационных моделей (табличные, иерархические, сетевые). Исследование на компьютере информационных моделей из различных предметных областей» [145]. Вместе с тем, анализ методической литературы [16; 81] показал, что ряд вопросов, имеющих отношение к формированию системного мышления не получил достаточного освещения. С точки зрения формирования системного мышления, на наш взгляд, в содержательной линии «Моделирование и формализация» должны быть более подробно представлены следующие вопросы: 1. Понятие системы и структуры системы. 2. Интегративные (эмерджентные) свойства системы. 3. Понятие модели системы или процесса. 4. Цели и технология процесса моделирования. 5. Методика проведения вычислительного эксперимента. 6. Анализ адекватности модели. Исходя из обязательного минимума содержания, а также в соответствии с анализом литературных источников можно сформулировать некоторые требования к уровню подготовленности выпускников общеобразовательных школ в данной области. В частности, учащиеся должны знать: • что такое система, структура системы, интегративные свойства системы; • что такое модель, основные виды моделей; • в чем состоит цель моделирования; • основные этапы моделирования; • что такое формализация; • что означает «адекватность модели оригиналу». Учащиеся должны уметь: • отличать системные объекты от несистемных, приводить примеры систем из разных областей знаний; • видеть структуру и взаимосвязи, взаимодействия между элементами в системах; • выделять общие принципы построения, интегративные свойства систем; • приводить примеры моделей систем, выделять их интегративные свойства; • проводить простейший анализ системных объектов с целью построения информационных моделей; 79 • разрабатывать информационные модели средствами информационно-коммуникационных технологий; • планировать и осуществлять вычислительный эксперимент над несложными математическими моделями; • оценивать адекватность разработанных моделей оригиналу. Именно такой набор знаний и умений, на наш взгляд, может обеспечить дальнейшее успешное обучение выпускника общеобразовательной школы в вузе. В учебном плане вузов также присутствуют дисциплины, связанные с информационно-коммуникационными технологиями и их применением в профессиональной деятельности: «Информатика», «Математика и информатика», «Информационные технологии», «Информационнокоммуникационные технологии» и др. В содержании этих дисциплин, как правило, можно обнаружить содержательную линию или раздел курса, посвященный вопросам компьютерного моделирования. Таким образом, вопросы, связанные с моделированием систем в той или иной мере освещается почти во всех авторских программах и учебных пособиях по информатике [81]. Вместе с тем, формированию наиболее общих, фундаментальных системных представлений в данной предметной области уделяется явно недостаточное внимание. Существует небольшое количество методических пособий ориентированных на формирование системного мышления средствами информационно-коммуникационных технологий. Из методических работ, посвященных развитию системного мышления в курсе «Информатика и ИКТ» необходимо отметить, прежде всего, учебные пособия и публикации Н.В. Макаровой [90; 91; 92]. Разработанный под редакцией Н.В. Макаровой учебно-методический комплект базируется на «объектно-информационной концепции». Согласно этой концепции, процесс формирования системного мышления сводится к моделированию с помощью обобщённой ориентировочной схемы: постановка задачи – разработка модели – компьютерный эксперимент – анализ результатов. Основное внимание уделяется построению информационных моделей в среде пакета Microsoft Office. Авторский подход, на наш взгляд, отличается некоторой поверхностностью – недостаточно глубоким рассмотрением наиболее общих системных понятий и принципов, недостаточным анализом системных свойств, отношений и закономерностей, что, вместе с тем, нисколько не уменьшает практической значимости упомянутых пособий для преподавания в общеобразовательной школе и вузе. Более полно и глубоко системные представления излагаются в учебных пособиях под редакцией И.Г. Семакина, Е.К. Хеннера – 80 раскрываются понятия системы, системного эффекта, структуры системы, информационной модели, описываются типы моделей, приводятся основные этапы решения задач методом математического моделирования, рассматриваются этапы компьютерного эксперимента. Предлагается дополнительный материал – основы системного анализа, моделирование в виде графов, представление системы в виде «черного ящика», рассматриваются вопросы систематизации и классификации информации. Недостатком, на наш взгляд, является то, что все основные системные понятия усваиваются учащимися либо на примере решения задач не связанных с компьютерным моделированием, либо на примере достаточно сложных задач математического моделирования, изучение которых целесообразно уже на профильном уровне [61; 62] или на первых курсах вуза. Отбирая системные понятия для нашего исследования, мы учитывали, помимо использования в перечисленных выше учебно-методических работах, следующие факторы: 1. Представление понятия в обязательном минимуме содержания по дисциплине «Информатика и ИКТ». 2. Научную и практическую значимость понятия для учащихся старших классов и студентов вуза [91; 163]. 3. Важность формирования понятия в соответствии с экспертными оценками ведущих преподавателей кафедры информатики ГОУ ВПО «Бийский педагогический государственный университет имени В.М. Шукшина» (приложения 3, 5). Одна из проблем данного исследования состояла в том, что некоторые системные понятия не имеют общепринятых определений. В таком случае Н.В. Макарова, анализируя базовые понятия раздела «Моделирование и формализация», рекомендует использовать наиболее общие определения, по возможности краткие и удобные для запоминания [91]. В формулировках системных понятий мы руководствовались наиболее авторитетными с одной стороны и наиболее адаптированными для уровня старшеклассников и студентов первых курсов вузов с другой стороны определениями. Далее приведем описание основных системных понятий в том виде, в котором они излагались в рамках данного исследования. Базовое понятие исследования – понятие системы является общенаучным, широко используется в различных предметных областях и имеет множество определений. Один из основоположников общей теории систем Л. фон Берталанфи определяет систему как совокупность элементов, находящихся в определенных отношениях друг с другом и со средой [12]. В.Г. Афанасьев считает, что система – это целостное 81 образование, обладающее характеристиками, не содержащимися в образующих его компонентах [8]. Автор факультативного курса «Теория систем» Д.М. Жилин даёт определение системы, используя понятие интегративных (эмерджентных) свойств [53, с. 47]. По мнению автора, система – это совокупность объектов, обладающая свойствами, не являющимися суммой свойств отдельных объектов совокупности – интегративными свойствами системы. Объект (системный объект) в данном понимании – «некоторая часть окружающего мира, рассматриваемая человеком как единое целое» [91, с. 4]. Кроме того, взаимодействуя с другими системами, и сами системы могут выступать как системные объекты. В качестве системного объекта может рассматриваться и некоторый процесс – как изменение свойств объекта с течением времени. При изучении понятия системы наиболее наглядными являются примеры из естественных областей – системные объекты живой и неживой природы. Можно предложить обучаемым для обсуждения следующие проблемно-ориентированные вопросы: «Является ли системой груда камней?», «Является ли системой грядка овощей?», «Является ли системой набор мебели в комнате?» и т. п. В обсуждении необходимо обязательно требовать обоснование собственной позиции, причём в процессе обоснования могут дополняться и развиваться сами проблемно-ориентированные вопросы. Пример рассуждений: «Груда камней, конечно, не является системой – она не обладает интегративными свойствами. Но если груда камней представляет собой курган, то для учёного-археолога это, безусловно, система». Дальнейшее развитие эта задача получает после вопроса: «А является ли курган системой для обычного человека?». Этим вопросом можно подвести обучаемых к осознанию включенности субъекта, объекта исследования и отношений между ними в единую систему, что является характерным, по мнению В.С. Степина, для постнеклассического типа научной рациональности [146]. Элемент (компонент) системы можно рассматривать как один из объектов в составе системы. Любой элемент системы имеет входы и выходы. Связь между элементами системы осуществляет преобразование выхода одного элемента во вход другого. Закон преобразования входов в выходы представляет собой функцию элемента системы, а сам процесс преобразования называется – функционированием. Функция может описываться математически и, в этом случае, мы имеем математическую функцию. Система взаимосвязанных математических функций, ориентированных на решение какой-либо задачи образует математическую модель решения 82 задачи [53]. Систему можно описать в виде, так называемого, «чёрного ящика» – указать её входы и выходы, а также зависимости между ними [61, с. 64]. Любая система функционирует во внешней среде, испытывая на себе воздействия последней. Таким образом, под описанием системы следует также понимать указание состава системы, связей между ее элементами и связей системы с внешней средой [53, с. 49]. Структура системы – внутренняя организация системы определяется составом и совокупностью связей, отражает наиболее существенные взаимосвязи между элементами, которые обеспечивают существование системы в целом. В частности, Н.Н. Поспелов в формировании мыслительных умений у старшеклассников подчёркивает необходимость анализа не только элементов и свойств системы, но и системных связей и отношений [123]. Системы включают в себя меньшие системы – подсистемы и являются частью более крупных систем – надсистем. Подсистема – часть системы, осуществляющая относительно независимые функции в рассматриваемой системе. Подсистема представляет собой систему нижележащего уровня иерархии в структуре системы. Надсистема – система вышележащего уровня иерархии, включающая в себя рассматриваемую систему. При рассмотрении структуры системы желательно акцентировать внимание на следующем вопросе: «Что будет с системой, если убрать тот или иной элемент в структуре системы?». Необходимо учитывать, что для иллюстрации ответа на этот вопрос не всегда наглядны примеры технических систем. Например, удаление файла с диска не приводит к изменению интегративных свойств файловой системы – обеспечения сохранности информации на диске в целом. Вместе с тем, примеры из биологии, химии, физики наглядно демонстрируют, что изменения в структуре системы обязательно приводят к изменению или, в частном случае, утрате интегративных свойств объекта. Таким образом, изменение интегративных свойств системы невозможно без изменения структуры или взаимосвязей элементов в системе. Изменение интегративных свойств системы возможно и под влиянием внешних воздействий, но, в любом случае, изменяется либо компонентный состав системы, либо характер взаимосвязей. Еще одним видом структуры, помимо иерархической, является сетевая структура, подразумевающая сетевой характер взаимодействия систем [65]. Примеры сетевых структур – «паутин» можно обнаружить в содержании разных предметных областей – например, в информатике: 83 сетевая файловая система, сетевая модель баз данных, сетевая топология компьютерной сети. Рассмотрение иерархических и сетевых структур удобнее всего осуществлять с помощью графа – специального средства для наглядного представления структуры системы, состоящего из вершин, связанных дугами или рёбрами [61, с. 79]. Любой системный объект в структуре системы имеет имя и обладает определенным набором свойств. Мера количественного описания того или иного свойства называется параметром. Набор конкретных значений параметров в определенный момент времени образует состояние системного объекта, а изменение параметров в зависимости от условий с течением времени называется поведением системного объекта. Следующим важным понятием системного подхода является понятие прогноза. Под прогнозом понимают предвидение, предсказание о возможном состоянии системы в будущем [53]. В.В. Черников для старшеклассников определяет прогнозирование как процесс получения информации о возможном будущем состоянии системы на основе анализа предыдущего, прошлого её состояния [169]. Понятие прогноза характерно для динамических систем и раскрывается в математическом моделировании различных процессов. Содержательный компонент системного мышления, помимо базовых системных понятий, должен включать в себя наиболее общие представления о некоторых системных закономерностях. Анализ литературных источников [1; 4; 8; 18; 142; 157; 181] позволил нам выделить следующие положения: 1. Системы различной природы подчиняются общим законам организации. 2. Любые системы являются частью более крупных систем и, в свою очередь, включают меньшие системы – подсистемы (иерархия систем). 3. Системы обладают интегративными (эмерджентными) свойствами, то есть свойствами, отсутствующими, как у отдельных элементов системы, так и у суммы этих элементов. 4. Интегративные свойства системы зависят от структуры и взаимосвязей между элементами. 5. Вместо единственной причины, непосредственно вызывающей некоторое следствие, выделяют целую группу факторов (системная детерминация). Всеобщий характер этих принципов, их применимость к системам любого типа заставляют нас думать, что без понимания этих принципов системное мышление невозможно. Вместе с тем, продуктивное системное мышление современного человека немыслимо и без учёта 84 более частных системных закономерностей, применимых к различным видам систем: функциональным, кибернетическим, самоорганизующимся системам. Об этих принципах также идёт речь в нашем исследовании, глубокое их изучение, по нашему мнению, более целесообразно на этапе профессионального образования, на материале конкретной предметной области. К числу таких принципов нами были отнесены следующие [23; 107]: 1. Системы имеют цель – состояние, при котором система пребывает в равновесном положении. Обратные связи смещают систему к цели. Системы функционируют и развиваются в процессе достижения цели. 2. В основе функционирования и развития сложных систем лежит взаимодействие противоположностей. 3. Любые воздействия на сложные системы имеют побочные (не всегда положительные) эффекты («лекарство оказывается страшнее болезни»). 4. Чем выше сложность системы и чем значительнее воздействие на систему, тем больше она сопротивляется переменам и тем меньше эффект. 5. Незначительное (часто неочевидное) внешнее воздействие на систему приводит к весьма ощутимому результату, в то время как интенсивные воздействия вызывают гораздо меньший эффект. 6. Эффект воздействия на сложные системы проявляется с задержкой – чем более сложна система, тем больше задержка. 7. Системы имеют «пределы роста» – у каждой системы есть свой оптимальный размер. Перечисленные выше закономерности, по-видимому, играют в системном мышлении роль эвристик – они облегчают процесс решения сложных практических задач, сужают область поиска решения. Рассмотренные выше принципы необходимо учитывать, также, при построении новых систем или при разработке моделей систем или процессов. С другой стороны, наглядное представление о целом ряде системных закономерностей можно получить только в процессе компьютерного моделирования реальных систем или процессов. Переходя к рассмотрению вопросов моделирования в курсе информатики необходимо, прежде всего, определиться с понятием модели. Согласно исследованию Н.В. Макаровой [91, с. 8]: «Модель – аналог (заместитель) оригинала (объекта), отражающий некоторые его характеристики». На наш взгляд, следует особенно подчеркнуть, что модель отражает не некоторые случайные характеристики объектаоригинала, а такие характеристики, которые являются наиболее существенными с точки зрения исследования объекта. Изучив понятие 85 модели, рассмотрим некоторые, наиболее общие, классификации моделей. В самой общей классификации [16] выделяют два типа моделей: материальные (натурные) и идеальные (абстрактные). Материальные модели хорошо знакомы обучаемым и они без труда могут привести множество примеров таких моделей: модель автомобиля, модель самолета в аэродинамической трубе, физическая модель маятника и др. Идеальные модели непосредственно связаны с человеческим мышлением, воображением, восприятием. Наиболее ярким примером идеальных моделей являются произведения искусства: живопись, музыкальные, литературные произведения. По классификации А.В. Могилева, к идеальным моделям относят: вербальные (текстовые), математические и информационные модели [99, с. 82]. В курсе информатики имеют дело с информационными моделями. Согласно определению Н.В. Макаровой информационная модель представляет собой целенаправленно отобранную информацию об объекте, отражающую наиболее существенные свойства объекта [91]. Таким образом, информационная модель, по сути – абстрактная модель, представляющая собой описание системного объекта на одном из языков кодирования информации (словесное описание, схема, чертеж, формула и др.). Набор свойств объекта-оригинала, который должен быть отражен в информационной модели, определяет цель моделирования. Замена реального объекта-оригинала информационной моделью выполняется в процессе формализации. Формализация – важный этап моделирования, представляющий собой часто «далеко не тривиальную задачу» (С.А. Бешенков). Под формализацией понимают представление данных в текстовом, табличном, графическом виде – на любом языке описания или представления информации [16]. Наиболее известные классификации информационных моделей приводятся М.П. Лапчиком [81] и С.А. Бешенковым, Е.А. Ракитиной [16]. Согласно классификации М.П. Лапчика информационные модели подразделяются на следующие виды: 1. Графические – карты, схемы, чертежи, графики, графы. 2. Вербальные – описание объекта на естественном языке. 3. Табличные – электронные таблицы, реляционные базы данных. 4. Объектно-информационные модели – реализуются в объектноориентированных средах программирования, объектно-ориентированном программном обеспечении. 5. Математические – реализуются средствами электронных таблиц, математических пакетов, языков программирования. 86 Более полной, на наш взгляд, является классификация моделей С.А. Бешенкова и Е.А. Ракитиной [16]. Дополнив эту классификацию, будем считать, что информационные модели можно подразделять по следующим признакам: 1. По характеристике объекта моделирования. 1.1. Структурные модели. Описывают элементы и взаимосвязи системного объекта. 1.2. Функциональные модели. Описывают функционирование системного объекта с целью достижения им интегративных свойств. 2. По учету временного фактора в модели. 2.1. Статические модели. Характеризуются тем, что среди параметров, описывающих модели, нет временного параметра. Статические модели в виде графических, табличных, текстовых документов разрабатываются и используются при изучении информационных технологий. 2.2. Динамические модели. Описывают зависимость изменения свойств системных объектов от времени, а также от начальных и граничных условий, отражая, фактически, причинно-следственные связи. Среди параметров динамических моделей обязательно присутствует временной фактор. Динамические модели рассматриваются в процессе моделирования средствами языков программирования или электронных таблиц. 3. По наличию случайных факторов. 3.1. Детерминированные модели. В такой модели каждому набору входных параметров однозначно соответствует определённый набор выходных параметров. 3.2. Стохастические (вероятностные) модели. Стохастическая модель учитывает случайные факторы, воздействующие на объект, или описывает процессы, предсказать поведение которых невозможно. 4. По роли управления объектом моделирования. 4.1. Прогностические модели. Необходимы для прогнозирования последствий воздействия на системные объекты. 4.2. Оптимизационные модели. Разрабатываются, чтобы определить наилучшие, оптимальные способы управления системными объектами. Для одного и того же системного объекта можно создавать различные информационные модели. Отличие между моделями будет состоять в том, для каких целей разрабатывались информационные модели и какие свойства, с какой точностью и достоверностью будут в них отражены. Выбор информационной модели зависит от целей моделирования и проблем, которые планируется решать в процессе исследования и использования информационной модели. 87 Ознакомление с наиболее общими системными представлениями целесообразно осуществлять на пропедевтическом этапе формирования системного мышления. Вместе с тем, глубокое усвоение системных принципов и закономерностей возможно только на последующих этапах, когда базовые системные понятия и закономерности выступают уже в качестве фундамента для деятельности по решению задач и выполнению творческих проектов. Для ознакомления с основными, наиболее общими системными категориями преподаватель может использовать как традиционные объяснительно-иллюстративные методы, так и проблемные и эвристические методы [87; 95; 96]. Проблемное изложение подразумевает такое изложение материала преподавателем, которое включает в себя постановку проблемно-ориентированных вопросов (или задач), анализ условий, выдвижение гипотез, доказательство. В процессе такого изложения демонстрация системного стиля мышления преподавателем может сочетаться с активным диалогом – эвристической беседой с учащимися или студентами. К определению базовых понятий системного подхода – понятию системы и интегративных свойств системы целесообразно подходить индуктивным путём. Например, можно предложить для обсуждения следующий проблемный вопрос: «Известно, что радиоприемник состоит из деталей. Ни одна из них не может превращать радиоволны в звук, а радиоприемник может. Почему?». В итоге, не касаясь устройства радиоприёмника, обучаемые самостоятельно делают предположение, что радиоприёмник является системой, а, следовательно, все детали радиоприёмника, соединённые некоторым образом обладают особым свойством превращать радиоволны в звук. Остается только дать определение этому «особому свойству» и, с целью переноса понятия в новые условия, попросить обучаемых привести примеры систем и их интегративных свойств. Применение таких дидактических средств, как учебные видеофильмы или электронные презентации, существенно повышает наглядность и, соответственно, качество усвоения учебного материала. В связи с появлением новых средств обучения – интерактивных досок, представляет ценность использование презентаций, созданных в среде программного обеспечения, поставляемого в комплекте с оборудованием интерактивной доски. В частности, программный пакет Smart Notebook обладает не только основными возможностями Microsoft Power Point, но и дополнительно позволяет в процессе демонстрации перемещать текстовые или графические объекты на экране, что может оказаться необходимым, например, для организации эвристической беседы. Кроме 88 того, появляется возможность подачи материала в виде семантического графа понятий с последующей детализацией (Н.И. Пак [113, с. 67]). Применение нелинейных структур представления знаний в виде семантического графа, помимо наглядного представления, даёт возможность обобщить и систематизировать знания, что соответствует дидактическому принципу содержательного обобщения на всех уровнях. В качестве форм контроля на данном этапе могут использоваться различные виды фронтального опроса, тестирование на узнавание и различение базовых системных понятий. Помимо традиционных форм контроля можно использовать и недирективные формы, основанные на элементах рекурсивного подхода [113, с. 106], такие как, например, разработка и использование тестов или заданий для взаимопроверки. Рекурсивный подход подразумевает разработку учащимися или студентами таких дидактических элементов, которые могут в дальнейшем использоваться другими обучаемыми при изучении курса: презентаций по различным аспектам моделирования, тестов для взаимопроверки и т. п. Усвоение системных понятий в процессе выполнении таких работ идёт одновременно с изучением информационных технологий. Таким образом, самостоятельное выполнение заданий на основе рекурсивного подхода также способствует формированию системного мышления. Основной этап технологии базируется на анализе, формализации и решении специально подобранных задач методом компьютерного математического моделирования. По мнению В.М. Казиева, общая схема моделирования включает в себя следующие этапы [63, с. 40]: 1. Построение модели. 2. Исследование модели. 3. Использование модели. Задача построения модели наименее формализуема, так как не существует одинаковых алгоритмов для построения моделей любых видов. Исследование модели более формализуемо – существуют методы для исследования моделей различных классов. Использование модели – наиболее простая и конкретизируемая задача. При использовании модели производится перенос полученных результатов на исследуемый системный объект – делаются выводы о состоянии или поведении объекта-оригинала. В нашем исследовании мы будем придерживаться приведённой выше схемы в качестве основы, уделяя особое внимание первому этапу – этапу построения моделей, а на этапе построения – анализу условия задачи и её формализации. Согласно Н.В. Макаровой [90], общая схема моделирования представляет собой последовательность четырёх этапов: 89 1. Постановка задачи. 2. Разработка модели. 3. Компьютерный эксперимент. 4. Анализ результатов. На наш взгляд, эта схема удачно подходит для моделирования посредством информационных технологий в среде прикладных офисных пакетов, но для математического моделирования она требует уточнения. Дополнив схему Н.В. Макаровой этапами математического моделирования из работ И.Г. Семакина, Е.К. Хеннера [62] мы выделяем следующие основные этапы моделирования систем: 1. Анализ условия задачи и определение целей моделирования. Рассматриваются исходные системные объекты и взаимосвязи между ними. При постановке целей моделирования выделяются наиболее существенные, с точки зрения моделирования, свойства системных объектов, а также те свойства, которыми можно пренебречь. 2. Составление списка параметров модели, разделение их на входные и выходные параметры, константы. Обучаемые должны уметь выделять, систематизировать параметры модели. Для математического описания моделей может использоваться большое количество переменных, каждая из которых имеет своё имя и тип. Понятие «типы данных» является универсальным, – о типах данных говорят не только при изучении языков программирования, но и в электронных таблицах, математических пакетах, в средах визуального моделирования («Stratum 2000»). 3. Построение математической модели. Включает в себя выбор метода решения, разработку алгоритма и создание математического описания либо на языке программирования, либо в среде электронных таблиц на языке формул и функций. Разработка компьютерной модели в «Stratum 2000» представляет собой, по сути, визуальное конструирование системных объектов и связей между ними, математическое описание которых задаётся в свойствах объектов-имиджей. 4. Вычислительный эксперимент. В общем случае вычислительный эксперимент включает в себя не только расчёт модели в заданных пределах, но и подразумевает возможность выполнить вычисления пошагово, просматривая состояние модели при определённых параметрах. 5. Анализ адекватности модели. Адекватность модели оригиналу обсуждается в активном диалоге с учащимися или студентами – рассматриваются различные точки зрения на результат моделирования. В случае несоответствия результата поставленным целям осуществляется корректировка модели в целом [144]. 90 С.А. Бешенков и Е.А. Ракитина считают, что адекватность модели – понятие, имеющее ярко выраженный личностный характер. Адекватность модели, по их мнению, определяется [16]: 1. Общими мировоззренческими установками личности. 2. Степенью подобия объекту моделирования. 3. Уровнем соответствия целям моделирования. По мнению авторов, адекватность модели необходимо не только обсуждать в дискуссиях с учащимися, но, при этом, просматривать отношение к модели разработчика, потребителя модели (для кого предназначалась модель) и стороннего наблюдателя. В процессе моделирования могут образовываться различные обратные связи, – обучаемые могут при необходимости вернуться на любой из этапов моделирования, изменить любые параметры или структуру модели, подкорректировать цели моделирования. Эта возможность обеспечивается управлением процессом обучения со стороны преподавателя и применением специального программного обеспечения, позволяющего легко изменять любые параметры и структуру модели («Stratum 2000»). Таким образом, формирование системного мышления в рамках предлагаемой технологии осуществляется в процессе поэтапного решения задач методом компьютерного моделирования. Разработка системы таких задач и её апробирование в учебном процессе является одним из аспектов, определяющих практическую значимость данного исследования [10; 140]. Многие учёные отмечают, что задачи, рассматриваемые сегодня в рамках традиционного обучения информатике, имеют невысокий развивающий потенциал. По мнению З.В. Семеновой, например: «…задачи по информатике, использующиеся в настоящее время, в большинстве случаев не направлены на развитие мышления обучаемых, хотя активизация творческой активности и развитие мышления являются на сегодняшний день приоритетным направлением модернизации средней и высшей школы» [132, с. 14]. Решение этой проблемы Ю.В. Соловьева, в своём исследовании, посвящённом структурированию систем задач [140], видит не в дополнении системы задач по дисциплине отдельными сложными задачами с развивающей функцией, а в изменении структуры уже имеющихся задач с точки зрения смещения образовательной функции задач на развивающую. Развивающие задачи, в соответствии с принципом проблемности, должны представлять определённую трудность для обучаемых – содержать в себе некоторую проблемную ситуацию. По определению И.А. Ильницкой: «…проблемная ситуация характеризует определенное 91 психическое состояние ученика, возникающее в процессе выполнения задания, которое помогает ему осознать противоречие между необходимостью выполнить задание и невозможностью осуществить это с помощью имеющихся знаний; осознание противоречия пробуждает у учащихся потребность в открытии (усвоении) новых знаний о предмете, способе или условиях выполнения действия» [60, с. 26]. В нашем исследовании некоторую трудность для обучаемых составляла формулировка условия задачи на естественном, «бытовом» языке. Естественный язык в отличие от формальных языков (например, языков программирования) допускает некоторую избыточность или наоборот, недостаточность информации [11], что даёт возможность анализировать условие задачи с позиций системного подхода, выявляя в задаче системные свойства и взаимодействия. Преподаватель может лишь наводящими вопросами подталкивать учащихся или студентов к разрешению возникающих у них противоречий. В качестве таких наводящих вопросов могут быть следующие проблемноориентированные вопросы: 1. Какие системы можно выделить в данной задаче? 2. Какими интегративными свойствами обладают выделенные системы? 3. Опишите структуру выделенной системы. 4. Как взаимодействуют друг с другом выделенные в задаче системы (или компоненты системы)? 5. Как взаимодействует выделенная в задаче система со средой? 6. Какова цель моделирования в данной задаче? 7. Какие виды моделей используются в процессе решения задачи? 8. Назовите основные этапы моделирования в процессе решения задачи? 9. Какие свойства системы обязательно необходимо учитывать в процессе решения задачи? 10. Какими свойствами системы можно пренебречь в процессе решения задачи? 11. Что означает «адекватность модели»? 12. Оцените адекватность разработанной модели. В случае избыточности информации в условии задачи, отвечая на вопросы преподавателя, обучаемые выделяют системы и их компоненты, системные свойства и взаимодействия и затем уже приступают к моделированию. В случае недостаточности – выполняется расширение формулировки задачи с целью построения информационной модели. Для обеспечения возможности индивидуализации и дифференциации обучения была разработана классификация задач, ориентированных на 92 формирование системного мышления в курсе информатики. При разработке классификации мы опирались на таксономию Блума (B.S. Bloom) [186], которая представляет собой иерархически организованный список мыслительных умений (таблица 5). В таксономии Блума подразумевается, что каждое мыслительное умение более высокого уровня включает в себя предшествующие ему умения. Таблица 5 Таксономия мыслительных умений (B.S. Bloom) Умение Проявление умения Знание Запоминание и воспроизведение понятий. Знание дат, событий. Знание основных принципов. Владение материалом дисциплины в целом Понимание Понимание информации. Преобразование информации в новом контексте. Интерпретация и сравнение фактов. Систематизация, группировка, выявление причинноследственных связей. Предсказывание последствий Применение Использование информации. Применение методов, концепций, теорий в новых условиях. Решение задач с использованием полученных знаний или умений Анализ Видение существенных свойств объектов. Организация частей в рамках целого. Распознавание скрытых свойств или взаимодействий. Выделение компонентов системы Синтез Использование известных принципов для создания чеголибо нового. Обобщение полученных фактов (результатов). Установление связей в знаниях из разных областей. Предсказывание, представление заключений Оценка Сравнение идей. Оценка значимости теорий, представлений. Выполнение выводов с опорой на аргументацию. Проверка доказательств. Признание субъективности В рамках нашего исследования была разработана классификация задач, ориентированных на формирование системного мышления. Критерий классификации – формирование у обучаемых в процессе решения задач системных понятий и умений определённого уровня, причём задачи более высокого уровня подразумевают умения и навыки предыдущих уровней. Далее приведём описание типов задач, используемых в данном исследовании: 93 1. Задачи на узнавание и различение систем. Решение задач такого типа возможно на основе эмпирико-системного уровня системности мышления. 2. Задачи на анализ и выделение системных свойств и взаимодействий. Задачи этого типа требуют понимания некоторых системных принципов – принципов иерархии и интегративных свойств системы. Решение задач этого типа опирается на интегративносистемный уровень мышления. 3. Задачи на применение закономерностей функционирования и развития систем. Применяя известные закономерности, обучаемые могут осуществлять простейшее прогнозирование или оптимизацию. Анализ и решение задач этого типа осуществляется в совместной деятельности учащихся (или студентов) и педагога. Решение таких задач требует понимания основных системных закономерностей и опирается на интегративно-системный уровень системности мышления. 4. Задачи на построение моделей систем на основе заданных системных свойств и взаимодействий. Задачи представляют собой творческие проекты или исследовательские работы на конструирование и исследование моделей систем и требуют элементов конструктивносистемного уровня системности мышления. 5. Задачи на перенос моделей, построенных для одних систем, на другие системы. Задачи этого типа предполагают не только конструирование моделей, но и их использование – перенос в новые условия и могут базироваться на задачах третьего и четвертого типов. Задачи представляют собой творческие проекты и исследовательские работы, их решение опирается на конструктивно-системный уровень системности мышления. Первые два типа задач в приведённой выше классификации – на знание и понимание системных категорий и принципов. Задачи третьего типа – на применение системных закономерностей в совместной с преподавателем учебной деятельности. Задачи четвертого типа – применение полученных знаний и умений в самостоятельных творческих проектах. Задачи пятого типа также предусматривают применение полученных знаний и умений, но уже в новых условиях. Анализ и синтез являются базовыми умственными умениями, которые необходимы при решении любых мыслительных задач. Оценка осуществляется при решении всех типов задач, но она особенно важна на творческом этапе при выполнении творческих проектов или исследовательских работ. Необходимо отметить, что, по нашему мнению, приведённая классификация носит межпредметный характер и может быть перенесена на материал других предметных областей. 94 Задачи первого и второго типов целесообразно решать на пропедевтическом этапе. Задачи первого типа представляют собой, по сути, проблемные вопросы, в процессе обсуждения которых преподаватель подталкивает обучаемых к «открытию» ими основных понятий системного подхода. Задачи этих типов могут использоваться, также, с целью диагностики системности мышления – анализ этих задач приведён нами в следующем параграфе, посвящённом организации опытно-экспериментальной работы. В процессе подбора задач третьего типа для данного исследования был выполнен анализ учебно-методической литературы по теме моделирования в курсе информатики [61; 63; 81; 90; 99; 112; 159]; выбраны и переработаны задачи из различных предметных областей – физики, биологии, экологии. В процессе решения каждой задачи обучаемым задавался ряд проблемных вопросов. Характер ответов показывал, насколько мы приближались к цели – повышению уровня системности мышления. На творческом этапе учащиеся или студенты выполняют творческие проекты или исследовательские работы [34; 41; 115; 120; 143; 167], представляющие собой задачи четвёртого и пятого типов из приведённой ранее классификации. Далее подробнее рассмотрим особенности использования метода проектов с целью формирования системного мышления. Метод проектов возник в двадцатые годы XX века в США, он связан с идеями американского философа и педагога Дж. Дьюи [49], а также его ученика У.Х. Килпатрика. В США, Великобритании, Бельгии и ряде других стран этот метод приобрёл в настоящее время широкое распространение. Проектная деятельность характеризуется определённой степенью самостоятельности, новизной, личностной значимостью проектов для обучаемых [115; 120]. Работа над проектом стимулирует познавательную активность старшеклассников – выполнение проекта невозможно без привлечения дополнительных источников информации. При подготовке творческих проектов школьники и студенты учатся ставить цели, формулировать задачи, планировать собственную деятельность, искать и систематизировать необходимую информацию (например, используя сеть Интернет), в результате чего у них, попутно, формируются общеучебные умения и навыки. Творческие проекты и исследовательские работы, выполняемые на занятиях по информатике, затрагивают не только когнитивную, но и эмоционально-мотивационную сферу, позволяют выявить и в какой-то мере сформировать у учащихся коммуникативные навыки, умения работать в группе [115; 120; 167]. Педагог при таком подходе выступает 95 как консультант, помощник, высказывает собственное мнение, но, при этом, не имеет права навязывать свою точку зрения. Речь преподавателя не должна представлять собой монолог – только активное обсуждение проблем вместе с обучаемыми, в соответствии с выделенным нами ранее принципом диалогичности стимулирует мыслительную деятельность учащихся или студентов в группе. На творческом этапе приобретают особую ценность групповые формы деятельности. По мнению Л.С. Выготского: «Коллективные формы сотрудничества предшествуют индивидуальным формам поведения, вырастающим на их основе, и являются их прямыми родоначальниками и источниками их возникновения» [31, с. 203]. Групповое обсуждение и анализ результатов моделирования в форме защиты творческих проектов позволяет выявить и показать обучаемым образцы системного стиля мышления на примере анализа выполненных творческих работ. В рамках данного исследования творческие проекты подразумевают конструирование моделей систем, а исследовательские работы – исследование построенных моделей, причём в качестве моделей для исследования могут выступать модели из задач третьего типа, построенные совместно с преподавателем по известным закономерностям (например, модели динамики популяций). Кроме того, творческие проекты, как правило, подразумевают и определённую исследовательскую работу. Рассмотрим далее более детально методические вопросы организации проектной деятельности в курсе информатики с целью формирования системного мышления. Перед началом работы над проектами обучаемым предлагается наиболее общая ориентировка: совместно с преподавателем выделяются цели и задачи работы, определяется время на выполнение проектов. Преподаватель может продемонстрировать лучшие проекты, и, показывая возможный результат, дополнительно заинтересовать, мотивировать обучаемых. Темы проектов могут либо распределяться преподавателем с учётом индивидуальных особенностей учащихся или студентов, либо предлагаться на выбор. Выбранная тема проекта определяет средства для его реализации, например, модели, содержащие таблицы или графики, удобнее разрабатывать в электронных таблицах, игровые модели целесообразнее создавать с помощью языков программирования. Выполнение творческих проектов возможно как в форме самостоятельной работы, так и в групповой деятельности обучаемых. В соответствии с методикой «обучение в сотрудничестве» [120] для выполнения наиболее сложных и объёмных работ формируются малые группы (микрогруппы) численностью два-три человека [171; 170]. Малые 96 группы комплектуются с учётом индивидуальных и психологических особенностей, пожеланий учащихся или студентов. В составе каждой такой малой группы должны быть как слабые, так и сильные обучаемые для того, чтобы сильные в процессе работы могли помогать слабым. Поощряется общение по теме проекта в микрогруппе, таким образом, часть вопросов при работе над проектом решается без участия преподавателя. У преподавателя появляется возможность работать с наиболее отстающими обучаемыми. Далее, учащиеся (или студенты) в малых группах составляют план работы над проектом и самостоятельно, без вмешательства преподавателя распределяют обязанности. Результат общий и зависит от вклада каждого члена малой группы, поэтому все вопросы решаются сообща и, как правило, никаких конфликтов не возникает – общность цели повышает мотивацию к деятельности. Выполнение творческих проектов требует поиска и систематизации дополнительной информации из разных областей знаний, таким образом, на творческом этапе наиболее ярко проявляется межпредметность информатики. Самостоятельный поиск материала по теме проекта в учебной или справочной литературе можно предложить в качестве домашнего задания или обучаемые могут осуществлять такой поиск непосредственно на занятиях, используя ресурсы сети Интернет. В процессе проектной деятельности преподаватель осуществляет контроль промежуточных результатов и отслеживает работу в микрогруппах, но приходит на помощь только в затруднительных ситуациях и может высказать только наиболее общие рекомендации, но не готовое решение. С другой стороны, если работа в микрогруппе явно не складывается, преподаватель сохраняет за собой право предлагать обучаемым индивидуальные задания, тем самым стимулируя их для дальнейшей самостоятельной работы. По завершении работы производится защита проектов. Каждый участник микрогруппы должен владеть всем учебным материалом по теме, уметь объяснить не только свою часть работы, но и то, что делали другие члены группы. Во время защиты учащиеся или студенты учатся отстаивать свою точку зрения (даже если она не совпадает с точкой зрения преподавателя), аргументировано объяснять свою позицию. После защиты проводится обсуждение работ, преподаватель отмечает успехи учащихся, причём оценивается не только готовый продукт – выполненный проект, но и организация работы внутри микрогруппы. Преподаватель может обратить внимание обучаемых на то, что малая группа, в которой они работали, представляет собой, по сути, систему, 97 где каждый участник – компонент этой системы, а результат взаимодействия в группе – интегративные свойства системы. Подводя итог, можно выделить следующие этапы разработки проекта: 1. Совместная с преподавателем постановка цели и задач. 2. Составление учащимися или студентами плана работы над проектом. 3. Поиск и систематизация необходимой для выполнения проекта информации. 4. Работа над проектом – конструирование и исследование моделей систем. 5. Защита и обсуждение творческих проектов в группе. Таким образом, на основном и творческом этапах разработанная технология ориентирована на повышение уровня системности мышления в процессе решения задач компьютерного математического моделирования. Математическое моделирование даёт возможность исследовать реальные системы или явления как модели, используя в качестве средств специальное программное обеспечение, которое мы рассмотрим далее. Учебные программы по курсу информатики конца 80-х начала 90-х годов XX века были ориентированы на математическое моделирование посредством алгоритмических языков структурного (или процедурноориентированного) программирования (Basic, Pascal, C++ и др.). Разработка простейших математических моделей в среде Turbo-Pascal, по оценкам многих педагогов, часто обладает большим развивающим потенциалом, чем моделирование в визуальных средах. Вместе с тем, разработка сложных и объёмных проектов в Turbo-Pascal требует значительных затрат времени на программирование ввода-вывода, оформление интерфейса программы, отладку. С течением времени на смену классическим языкам процедурноориентированного программирования пришли объектноориентированные системы и среды программирования (Microsoft Visual Basic, Borland Delphi, Lasarus, Borland C++ Builder и др.), которые, вбирая в себя основные принципы структурного программирования, базируются уже на принципиально иных подходах: инкапсуляции, наследования, полиморфизма. Освоение идеологии объектно-ориентированного программирования немыслимо без элементарных системных представлений – понятия класса, объекта, свойств объекта, методов, событий имеют системный характер. С другой стороны, изучение объектно-ориентированного программирования в визуальной среде способствует формированию системных понятий и умений [156]. Любая среда визуального программирования является удачной иллюстрацией 98 взаимодействия системных объектов. Каждый визуальный компонент в этой среде (форма, радиокнопка, флажок и др.) представляет собой объект с набором свойств, которые описываются определёнными параметрами; а также методов, которые детерминируют поведение объекта в процессе выполнения программы. Взаимодействие такого объекта с внешней средой (пользователем программы) осуществляется в процессе обработки различных событий (рисунок 2). Существуют работы, в которых исследуется обучение объектноориентированному и визуальному программированию в базовом курсе информатики общеобразовательной школы (И.В. Рожина, 2002) [128]. Вместе с тем, проблема, на наш взгляд, состоит в том, что в ограниченном временными рамками школьном курсе «Информатика и ИКТ» полноценное изучение объектно-ориентированного программирования на базовом уровне не представляется возможным. В то же время в профильном и дополнительном образовании школьников, а также в обучении студентов вуза использование объектноориентированных визуальных сред программирования является вполне обоснованным (С.М. Окулов, Н.Д. Угринович) [110; 156]. Рисунок 2. Объектно-визуальная среда программирования Lasarus В качестве средств математического моделирования могут выступать специализированные математические пакеты (Mathcad, Mathlab, Derive, Maple, Mathematica, Scilab и др.) или электронные таблицы (Microsoft Excel, OpenOffice.org Calc и др.). Прикладные математические 99 пакеты (рисунок 3) достаточно сложны для учащихся, их полноценное изучение в общеобразовательной школе, на наш взгляд, нереально. Рисунок 3. Математический пакет Mathcad Электронные таблицы (рисунок 4) позволяют решать широкий круг математических задач, причём некоторые дополнительные возможности, такие как «Подбор параметра» или «Поиск решения» в Microsoft Excel скрывают сложные вычислительные процедуры. Моделирование в среде электронных таблиц рассматривается во многих учебных пособиях по информатике как альтернатива моделированию посредством языков программирования [90]. Кроме того, электронные таблицы позволяют наглядно представлять данные и формулы для вычислений в табличной форме, быстро строить по этим данным графики и диаграммы. Наряду с языками программирования и электронными таблицами существует еще одна категория программного обеспечения, значение и место которой в школьном курсе информатики пока еще не оценено в полной мере – это среды визуального моделирования (или среды объектно-ориентированного проектирования). Среда визуального моделирования «Stratum 2000» – это программное средство для моделирования систем и процессов из различных областей знаний (физика, биология, астрономия, экология, экономика и др.), которое имеет интуитивно понятный пользовательский интерфейс и позволяет наглядно решать сложные задачи, математическое описание которых может выходить за пределы школьной программы (рисунок 5). 100 Рисунок 4. Электронные таблицы Microsoft Excel Рисунок 5. Среда визуального моделирования «Stratum 2000» 101 В среде «Stratum 2000» можно не просто быстро и легко разрабатывать модели из различных предметных областей, но и «оживлять» и «озвучивать» свои разработки. Среда предоставляет возможность не только анимировать созданные модели (например, вращение Земли вокруг Солнца), но включать в проекты видеофрагменты. Графические возможности «Stratum 2000» позволяют моделировать карты, планы, чертежи, макеты различных конструкций. Для проверки знаний в среде «Stratum 2000» возможна разработка тестов и кроссвордов. В состав «Stratum 2000» входит текстовый редактор, графический двухмерный и трехмерный редактор, база данных, база моделей, математический решатель, звуковой и видео проигрыватели, язык и другие средства. Любая модель в «Stratum 2000» разрабатывается в удобной визуальной среде конструирования как совокупность объектов – «имиджей» и связей между ними. Каждый имидж, помимо пиктограммы на экране, имеет определенный набор свойств. Поведение имиджа описывает «текст» – математические выражения или алгоритмы. Имиджи хранятся в библиотеках. Схема, составленная из имиджей, обладает интегративными свойствами, обусловленными связями имиджей. Эффективность применения среды «Stratum 2000» достигается за счет сведения к минимуму ручного программирования и лёгкой модификации построенной системы. Уже на ранних стадиях разработки можно видеть результаты работы системы, анализировать и оценивать решение, при этом многие математические проблемы, связанные с численными методами оказываются скрытыми от разработчика моделей. В любой момент времени можно выполнить расчет модели в пошаговом или динамическом режиме. «Stratum 2000» позволяет изменять параметры модели даже во время выполнения – доступны просмотр и изменение значения любых переменных. При конструировании сложных моделей возможно использование графики, звука или видео, что существенно повышает наглядность разработок. Редактор трёхмерной графики позволяет работать с объёмными изображениями, встраивая их в создаваемую модель. Таким образом, для решения задач математического моделирования в курсе информатики можно использовать следующие программные средства: 1. Языки и среды программирования (Turbo-Pascal). 2. Электронные таблицы (Microsoft Excel, OpenOffice.org Calc). 3. Среды визуального моделирования («Stratum 2000»). 4. Объектно-визуальные системы и среды программирования (Microsoft Visual Basic, Borland Delphi, Lasarus). 102 5. Математические пакеты (Mathcad, Mathlab и др.). Последние две группы программных средств целесообразно использовать на уровне высшего профессионального образования. Перечисленные выше программные средства предназначены для формирования системного мышления в рамках содержательной линии «Моделирование и формализация». Как отмечал М.П. Лапчик [81], эта линия является базовой и сквозной для всего курса информатики. Вместе с тем, возможно преподавание и других содержательных линий информатики с позиций системного подхода. Рассмотрим некоторые методические аспекты формирования системного мышления в рамках других линий курса информатики: Линия информации и информационных процессов. Наряду с линией «Моделирование и формализация» эта линия также является базовой и сквозной для всего курса информатики, причём, по мнению М.П. Лапчика, особая сложность рассматриваемых понятий обуславливает неоднозначность их изложения у разных авторов [81]. Одним из возможных путей решения данной проблемы является изучение линии информации и информационных процессов с позиций системно-кибернетического подхода. Факультативное преподавание основ кибернетики для старшеклассников стало в свое время «фундаментом» для появления школьной информатики (А.П. Ершов, А.А. Кузнецов, В.С. Леднев) [51]. В содержательной линии «Информация и информационные процессы» целесообразно рассматривать взаимодействия между системами и их компонентами как процессы, связанные с обменом информацией [29]. Линия компьютера. В рамках этой содержательной линии персональный компьютер может рассматриваться как «двуединая система» [81, с. 215], состоящая из аппаратного и программного обеспечения. Аппаратная и программная составляющие компьютера также могут рассматриваться как системы. Действительно, в рамках этой линии сама терминология должна ориентировать обучаемых на изучение систем: «системный блок», «системное программное обеспечение», «операционная система», «файловая подсистема», «подсистема вводавывода» и другие понятия имеют ярко выраженный системный характер. В качестве учебных задач могут выступать задания на построение классификационных моделей по заданному признаку классификации, или наоборот, выявление классификационного признака в различных классификациях аппаратных или программных средств персонального компьютера. Например: классифицировать принтеры по типам используемых картриджей, классифицировать дисковые устройства по типам носителя информации и т. п. 103 Линия алгоритмизации и программирования. Значение программирования для развития мышления показано в исследованиях О.К. Тихомирова (1990) [153]. М.П. Лапчик подчёркивает, что в связи с усилением фундаментальных основ информатики повышается значение развивающей функции линии алгоритмизации и программирования [81]. Исходя из позиций системного подхода, любая программа может рассматриваться как система, отдельные процедуры которой выступают как взаимодействующие компоненты этой системы – подобный подход Э.Г. Скибицкий охарактеризовал как «процедурный стиль мышления» [136]. Для формирования системного мышления в рамках этой содержательной линии могут быть полезны задачи на анализ текста («кода») готовых программ, а также задачи на поиск ошибок в чужих программах или заготовках преподавателя. Линия информационных технологий. Изучение информационных технологий курсе информатики направлено на усвоение определённых умений и навыков («конкретных операций»), востребованных в учебной или будущей профессиональной деятельности обучаемых, и, в таком контексте, в наименьшей степени способствует формированию мышления. В то же время, создавая информационные модели реальных объектов – документов в текстовом процессоре, публикаций в издательской системе, баз данных в среде системы управления базами данных, можно рассматривать объекты-оригиналы (документы, публикации, базы данных) с системных позиций и, в этом случае, можно говорить о формировании системного мышления средствами информационных технологий. Такие задания на моделирование в среде офисных пакетов, ввиду простой, статичной природы исходных объектов вполне допустимо вводить уже на пропедевтическом этапе формирования системного мышления. Это могут быть, например, задания на основе рекурсивного подхода, направленные на усвоение базовых системных понятий (построение классификаций, разработка обучающих презентаций и т. п.). Информационные технологии могут также выступать в качестве инструментария при выполнении заданий, связанных с математическим моделированием, например, для оформления графиков и диаграмм, для создания отчётов по результатам вычислительного эксперимента, для подготовки презентаций к защите творческих проектов или исследовательских работ. Таким образом, разработанная нами технология формирования системного мышления опирается на комплекс задач, сформулированных, преимущественно, на естественном языке и программное обеспечение, способствующее повышению системности мышления обучаемых в курсе 104 информатики. Формирование системного мышления у школьников и студентов осуществляется в процессе анализа, формализации и решения задач, связанных с моделированием систем. Примеры задач рассматриваются в следующем параграфе. 3.2. Организация педагогического эксперимента и содержание опытно-экспериментальной работы Разработанная на основе теоретического анализа технология формирования системного мышления требует экспериментальной проверки. Для реализации поставленной цели нам необходимо было решить несколько задач: 1. Разработать диагностический материал для оценки сформированности системного мышления. 2. Провести констатирующий этап эксперимента в контрольной и экспериментальной группах, в ходе которого оценить начальный уровень сформированности системного мышления обучаемых. 3. Реализовать разработанную технологию формирования системного мышления в экспериментальной группе в ходе формирующего этапа эксперимента. 4. Оценить эффективность предложенной технологии путём сопоставления сформированности системного мышления в контрольной и экспериментальной группах на контрольном этапе эксперимента. Таким образом, основным эмпирическим методом исследования в нашем случае выступал педагогический эксперимент [55]. Данный эксперимент проводился автором исследования в течение учебного года в экспериментальной и контрольной группах, которые насчитывали 39 и 45 учащихся 10-х классов соответственно (выбор для исследования старших школьников обосновывался в первой главе работы). Общее количество испытуемых, принимавших участие в исследовании, составило 84 учащихся. Как отмечает А.Д. Наследов [102, с. 22], обобщая сложившиеся в психолого-педагогических исследованиях традиции, общая численность двух сравниваемых выборок должна быть не менее 50 человек. При этом объём сравниваемых выборок должен быть приблизительно одинаковым. Объем выборок в исследовании (39 и 45 испытуемых) полностью соответствует этим требованиям. В контрольной группе работа выполнялась в соответствии с традиционным подходом к преподаванию информатики, в экспериментальной – по разработанной нами технологии формирования системного мышления. 105 В ходе решения первой из поставленных задач был подготовлен диагностический материал для оценки сформированности системного мышления учащихся старших классов. В процессе разработки было подготовлено два разных комплекта из 20 задач приблизительно одинаковой сложности – для диагностики на констатирующем и на контрольном этапе формирующего эксперимента (приложения 1, 2). Приведем, в качестве примера, несколько задач для диагностики умений узнавать системные объекты: 1. Приведите пример любой системы. Почему вы считаете это системой? 2. Попытайтесь дать определение понятию «система». 3. Является ли системой молекула воды? Ответ обоснуйте. Были подготовлены также задачи для оценки умений видеть систему как иерархическую структуру взаимодействующих между собой элементов, выделять общий принцип построения системы и ее интегративные свойства, конструировать на основе заданных интегративных свойств новую систему. Приведём ниже примеры этих задач. Примеры задач для оценки умений видеть систему как иерархическую структуру взаимодействующих между собой элементов: 1. Расположите в иерархическом порядке: Солнечная система, галактика, Венера, созвездие, Земля, метагалактика, Марс, Вселенная. 2. В какую систему входят следующие объекты: река, исток, озеро, дельта, русло, водоросли, рыбы? Изобразите эту систему в иерархическом порядке. 3. Из каких подсистем состоит система «дом»? Изобразите систему «дом» в виде иерархической структуры. Примеры задач для оценки умений выделять общий принцип построения системы и ее интегративные свойства: 1. Известно, что радиоприемник состоит из деталей. Ни одна из них не может превращать радиоволны в звук, а радиоприемник может. Почему? 2. Перечислите как можно больше систем, в которые входит человек. Обоснуйте, почему вы считаете, что это системы? 3. Назовите как можно больше систем, в которые входит яблоко. Обоснуйте, почему вы считаете, что это системы? Примеры задач для оценки умений конструировать на основе заданных интегративных свойств новую систему: 1. Составьте полезные системы, используя некоторые из следующих предметов: стол, иголка, книга, резинка, стакан, стул, нитка, очки, носки, полка. Почему вы считаете, что это системы? 106 2. Опишите, какие положительные и отрицательные последствия для Сибири может принести глобальное потепление климата на планете. 3. На берегу озера, окруженного большими массивами леса, решили построить бумажный комбинат. Выскажите все предположения о том, к чему может привести постройка бумажного комбината. Приведённые выше задачи опираются на базовые системные понятия и основные системные умения учащихся. С целью выявления степени важности тех или иных базовых системных понятий методом экспертных оценок был получен следующий ряд: 1) система; 2) структура системы; 3) подсистема; 4) компонент (элемент) системы; 5) связь; 6) иерархия; 7) модель; 8) интегративное свойство системы; 9) объект; 10) процесс; 11) управление; 12) информация; 13) функция; 14) обратная связь; 15) среда; 16) прогноз. Таким образом, из приведенного выше списка можно сделать вывод, что наиболее важными с точки зрения формирования системного мышления являются понятия системы, структуры системы (включая понятия подсистемы, компонента и связи), модели и интегративных свойств системы. Этим понятиям, впоследствии, уделялось наибольшее внимание на занятиях со старшеклассниками, соответственно корректное и адекватное условию задачи применение терминологии системного подхода оценивалось при диагностике уровня системности мышления. В ходе пилотажного исследования выяснилось, что значение выделенных нами умений в структуре системного мышления также неодинаково, поэтому методом экспертных оценок выявлена значимость тех или иных умений для характеристики системности мышления – были определены весовые коэффициенты по каждому из умений (таблица 6). Чтобы привести данные к одной шкале, количество баллов – число решенных задач, которые набрал каждый учащийся, мы разделили на максимально возможное «эталонное» количество баллов по каждому из умений. В результате были получены показатели развития умений системного мышления, подобные «коэффициентам качества усвоения» В.П. Беспалько [14]. Общий показатель системности мышления был вычислен как средневзвешенное четырех показателей развития умений системного мышления. Пусть П1, П2, П3, П4 – показатели соответствующих умений, характеризующие системное мышление. Тогда общий показатель системности мышления Побщ будет вычислен по следующей формуле: П общ = 0,5П1 + 0,7 П 2 + 0,9П 3 + П 4 0,5 + 0,7 + 0,9 + 1 107 Таблица 6 Экспертные оценки значимости основных системных умений для их формирования в структуре системного мышления учащихся Основные системные умения Умение узнавать системные объекты и отличать их от несистемных Умение видеть систему как иерархическую структуру взаимодействующих между собой элементов Умение выделять общий принцип построения системы и ее интегративные свойства Умение конструировать на основе заданных интегративных свойств новую систему или разрабатывать и использовать модель системы Экспертные оценки 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Средний ранг Весовые коэф. 2 3 4 3 4 4 5 3 4 3,56 0,5 5 5 5 4 5 5 4 5 5 4,78 0,7 7 6 6 5 6 6 6 6 7 6,11 0,9 7 7 7 6 7 7 7 6 6 6,67 1,0 Далее, в зависимости от значения общего показателя системности мышления каждому испытуемому был поставлен в соответствие уровень системности мышления. Граничные значения общего показателя системности мышления для каждого уровня были установлены в соответствии с рекомендациями В.П. Беспалько [14] и приведены в таблице 7. Таблица 7 Граничные значения общего показателя системности мышления для каждого уровня системности мышления Граничные значения Уровень системности мышления общего показателя системности мышления Досистемный От 0 до 0,5 Эмпирико-системный От 0,5 до 0,7 Интегративно-системный От 0,7 до 0,9 Конструктивно-системный Более 0,9 По В.П. Беспалько процесс обучения считается завершенным при превышении коэффициента качества усвоения значения 0,7 [14] – оценка 108 «хорошо». В нашем случае это соответствует интегративно-системному уровню. В процессе пилотажного исследования и апробации методики с целью оценки согласованности показателей системности мышления нами были вычислены коэффициенты корреляции Спирмена между всеми показателями (таблицы 8, 9). Все корреляции оказались значимыми на уровнях значимости p < 0,01 (в таблицах 8, 9 такие корреляции помечены «**») или p < 0,05 («*»); что указывает на тесную взаимосвязь выделенных нами умений в структуре системного мышления и согласованность отдельных показателей системности мышления. Критические значения коэффициентов корреляции Спирмена для контрольной и экспериментальной выборок приведены в таблице 10 [102, с. 364]. Эти данные позволяют, в первую очередь, сделать вывод о том, что все выделенные нами умения выступают как различные, но тесно взаимосвязанные составляющие системного мышления. Кроме того, это означает, что все задачи из диагностического набора направлены на измерение именно системного мышления, и, следовательно, их оценки можно суммировать (с учетом весовых коэффициентов) для получения интегрального показателя. Таблица 8 Коэффициенты корреляции Спирмена между показателями развития умений системного мышления в экспериментальной группе П1 П2 П3 П4 П1 0,52** 0,56** 0,58** П2 0,56** 0,38* П3 0,43** П4 Таблица 9 Коэффициенты корреляции Спирмена между показателями развития умений системного мышления в контрольной группе П1 П2 П3 П4 П1 0,44** 0,44** 0,59** П2 0,39** 0,38** П3 0,42** П4 - 109 Таблица 10 Критические значения коэффициента корреляции Спирмена Экспериментальная группа Контрольная группа (объём выборки N=39) (объём выборки N=45) Уровень значимости p < 0,05 p < 0,01 p < 0,05 p < 0,01 Критические значения коэффициента 0,32 0,41 0,29 0,38 корреляции Спирмена Для косвенного подтверждения эффективности процедуры оценки системности мышления была проведена диагностика общей продуктивности интеллектуальной сферы. Поскольку системное мышление является одним из частных проявлений интеллектуальной деятельности, продуктивность системного мышления должна показывать умеренную статистическую связь с уровнем интеллекта. Для проверки этого предположения нами была проведена диагностика интеллекта учащихся с помощью теста структуры интеллекта (TSI) Р. Амтхауэра [50]. Тест структуры интеллекта является одной из наиболее авторитетных и, вместе с тем, достаточно экономичных методик диагностики интеллекта. Его предназначение заключается в диагностике уровня и структуры интеллекта испытуемых в возрасте от 13 до 61 года. Входящие в структуру данного теста задания и субтесты позволяют дать разностороннюю и достаточно полную характеристику интеллектуальной сферы, включая такие её составляющие как вербальный, счетноматематический, пространственный и мнемический компоненты. Тест включает в себя 9 субтестов, каждый из которых выполняется с ограничением во времени (от 3 до 10 минут), общая продолжительность тестирования составляет около 90 минут с учетом инструктирования. Ввиду того, что в дальнейшем мы опираемся на интерпретацию субтестов, здесь приводится список и психологический смысл каждого из них [50]. Субтест 1: «ДП» (дополнение предложений): возникновение рассуждения, здравый смысл, акцент на конкретно-практическое, чувство реальности, сложившаяся самостоятельность мышления. Субтест 2: «ИС» (исключение слова): чувство языка, индуктивное речевое мышление, точное выражение словесных значений, способность чувствовать, прибавляется повышенная реактивность, которая у взрослых скорее относится к вербальному плану. Субтест 3: «АН» (аналогии): способность комбинировать, подвижность и непостоянство мышления, понимание отношений, 110 обстоятельность мышления, удовлетворенность приблизительными решениями. Субтест 4: «Об» (обобщение): способность к абстракции, образование понятий, умственная образованность, умение грамотно выражать и оформлять содержание своих мыслей. Субтест 5: «Пм» (память): высокая способность к запоминанию, сохранению в условиях помех и логическому, осмысленному воспроизведению. Хорошая сосредоточенность внимания. Субтест 6: «A3» (арифметические задачи): практическое мышление, способность быстро решать формализуемые проблемы. Субтест 7: «ЧР» (числовые ряды), теоретическое, индуктивное мышление, вычислительные способности, стремление к упорядоченности, соразмерности отношений, определенному темпу и ритму. Субтест 8: «ПВ» (пространственное воображение) умение решать геометрические задачи, богатство пространственных представлений, конструктивные практические способности, наглядно-действенное мышление. Субтест 9: «ПО» (пространственное обобщение) умение не только оперировать пространственными образами, но и обобщать их отношения. При обработке результатов подсчитываются оценки по каждому из субтестов, характеризующие продуктивность соответствующей компоненты интеллектуальной деятельности. Полученные по каждому из субтестов оценки сопоставлялись нами с результатами диагностики системного мышления. В ходе решения второй задачи – организации констатирующего эксперимента – нами были сформированы контрольная и экспериментальная группы. Для этого из четырёх 10-х классов случайным образом два класса были отнесены в контрольную группу, а два – в экспериментальную. Статистическое сравнение результатов диагностики сформированности системного мышления в контрольной и экспериментальной группах показало их статистическую однородность. Это означает, что выборки принадлежат одной генеральной совокупности и между ними нет существенных различий в сформированности системного мышления. Решая следующую – третью задачу мы проводили обучение по курсу «Информатика и ИКТ» в экспериментальной группе в соответствии с разработанной нами технологией формирования системного мышления учащихся. Контрольная группа при этом обучалась по традиционной программе. Технология формирования системного мышления была описана в параграфе 3.1. 111 Так как основой предлагаемой технологии являлась система специально подобранных задач, ориентированных на формирование системного мышления учащихся, то далее приведём примеры этих задач, подразделяя их по типам в рамках описанной нами в параграфе 3.1 классификации. Задачи первого типа на узнавание и различение систем достаточно просты. Эти задачи использовались с целью начальной диагностики системных представлений у учащихся. Примеры задач первого типа: 1. Приведите пример любой системы. Почему вы считаете это системой? 2. Из каких элементов состоит система, пример которой вы привели? 3. Каким образом связаны элементы системы, пример которой вы привели? 4. В чем отличие системы от набора элементов? Задачи второго типа были ориентированы на анализ и выделение системных свойств и взаимодействий. Примеры задач этого типа: 1. Предприятие A выпускало в течение года X единиц продукции. Предприятие B – Y единиц продукции. Какой объём продукции будет выпускать предприятие после объединения предприятий A и B. Варианты: а) меньше чем X+Y; б) ровно X+Y; в) больше чем X+Y. Ответ обоснуйте. 2. Допустим, что один работник решает x задач в день. Есть еще два работника такой же квалификации, которые работают отдельно друг от друга. Сколько задач будут выполнять эти три работника, работая вместе в одной команде? Варианты: а) меньше чем 3x; б) ровно 3x; в) больше чем 3x. Ответ обоснуйте. В рамках этого типа были рассмотрены также задачи на построение иерархий и классификаций. Например: 1. Расположите в иерархическом порядке: компьютер, системный блок, системная плата, жесткий диск, дисковод компакт-дисков, оперативная память, микропроцессор. 2. Классифицируйте перечисленные виды растений и назовите признаки классификации: ель, крыжовник, ромашка, арбуз, рожь, дуб, апельсин, лиственница, акация, ячмень, картофель, лимон, малина [61, с. 75]. 112 Решение некоторых задач на построение классификаций выполнялось путем построения графов [61, с. 84]. Такое представление, помимо наглядности, позволило познакомить учащихся с элементами теории графов. Для решения других задач второго типа учащиеся должны были рассмотреть систему с различных позиций, с различных точек зрения. Приведём примеры таких задач из задачника-практикума под редакцией И.Г. Семакина, Е.К. Хеннера [61, с. 70]: 1. Выберите из данного списка элементы, входящие в состав системы «Обед», если смотреть на неё с точки зрения мамы и с точки зрения сына: стол, тарелки, котлета, кастрюля, газовая плита, вилка, разделочная доска, суп, ложка, мясорубка, средство для мытья посуды, кулинарная книга, компот, скатерть, магазин, водопровод, холодильник, сковорода, цены на продукты, сушилка для посуды, нож. 2. Выберите из приведённого ниже списка элементы системы «Фонтан», если смотреть на неё с точки зрения: а) мальчишек, которые купаются в фонтане; б) водопроводчика; в) электрика; г) архитектора. Бассейн, прожектора, вода в бассейне, мостик над бассейном, струи воды, трубы, бумажные кораблики, украшения на бортиках бассейна, электрические провода, краны, островок посреди бассейна, рубильник для включения прожекторов, ласты, сливные отверстия, насосы, дерево на островке. В процессе решения задач третьего типа осуществляется усвоение учащимися основных системных понятий, принципов и закономерностей в совместной с преподавателем учебной деятельности. Приведём описание некоторых, базовых для курса информатики задач, которые использовались в исследовании. Выбор классических задач, известных каждому преподавателю информатики, должен облегчить повторяемость предлагаемой технологии. Задача 1. Моделирование движение тела, брошенного под углом к горизонту Тело подбрасывается под углом α к горизонту со скоростью υ. Какую скорость υ и угол α необходимо задать телу для попадания в мишень определенного размера (lм, hм,), находящуюся на высоте h от земли и на известном расстоянии от мишени S? 113 Решение задачи, в общем виде, сводится к следующим шагам [90, с. 111]: 1. Определяем горизонтальную υx и вертикальную υy составляющие скорости υ движения тела по формулам: (1) υ x = υ ⋅ cos α , υ y = υ ⋅ sin α . (2) 2. Координаты тела в горизонтальном (x) и вертикальном (y) направлении будут определяться по формулам: (3) x = υx ⋅ t, y = υy ⋅ t − g ⋅ t2 . 2 (4) 3. Таким образом, попадание тела в мишень произойдет, если: (5) h ≤ y ≤ h + hм . S ≤ x ≤ S + lм . (6) Для учащихся задача может быть сформулирована на естественном языке следующим образом: Во время игры в бадминтон порывом ветра волан унесло на ветки дерева на высоту h от земли. Для того чтобы сбить волан камнем отошли на некоторое расстояние от дерева S и бросили камень под углом α с начальной скоростью υ. Длина волана составляет lм, ширина волана hм. Попадёт ли камень в цель? [90, c. 109]. Можно сформулировать и обратную задачу: Под каким углом α и с какой начальной скоростью υ необходимо бросить камень, чтобы сбить упавший на ветки деревьев волан размера (lм, hм), расположенный на высоте h от земли и на расстоянии S от того, кто бросает камень. Результат решения задачи представляет в самом простейшем виде прогноз («Попадёт ли камень в цель?»), но, несколько усложнив условие, получаем задания для исследовательской работы учащихся [90, c. 113]: 1. Исследовать процесс движения тела при изменении начальной скорости в заданных пределах. 2. Исследовать процесс движения тела при изменении угла бросания в заданных пределах. Решение задачи возможно как посредством языка программирования, так и в среде Microsoft Excel или «Stratum 2000». Последние два средства нагляднее в плане графического оформления результатов вычислительного эксперимента. Рассмотрим методические аспекты решения данной задачи с точки зрения формирования системного 114 мышления, при этом будем придерживаться изложенной нами ранее последовательности этапов моделирования. 1. Анализ условия задачи и определение целей моделирования Прежде всего, учащимся задавались вопросы следующего характера: «Где вы видите в этой задаче системы?», «Почему названные вами объекты являются системами?», «Какие системные (интегративные) свойства можно выделить у этих систем?» и т. п. Определённая трудность для учащихся состояла в том, что задача представляет собой исследование динамической системы – процесса движения тела брошенного под углом к горизонту. Соответственно ни само тело (например, камень), ни мишень (волан) в данном конкретном случае не являются системами, а системные свойства возникают в процессе изменения взаимного расположения тела и мишени. Следовательно, в структуре исследуемой системы можно выделить два компонента – тело и мишень, а также связь между ними, которая определяет интегративное свойство – движение тела в пространстве. Без понимания всеми учащимися системных взаимодействий в этой задаче начинать её решение, на наш взгляд, нецелесообразно. Так как условие задачи было изложено на естественном языке, а формулировки дополнительных вопросов предлагались во множественном числе, учащиеся были дезориентированы и, в качестве систем, сначала, предлагали тело (камень), цель (волан) и даже дерево (как обосновал один старшеклассник: «дерево поддерживает волан, следовательно, дерево – это система, или, по крайней мере, её элемент»). В итоге, напоминание школьникам об интегративных свойствах системы позволило достаточно быстро найти в этой задаче системные взаимодействия и соответственно определить исходную систему. Выделив систему и описав системные взаимодействия можно переходить к определению цели моделирования. К цели моделирования школьники «подводились» также через интегративные свойства. Так как интегративное свойство системы – движение тела, то цель моделирования в самом общем случае – создать модель для исследования этого свойства. Цель может формулироваться и более конкретно в зависимости от условия задачи, например: «Подобрать такие значения исходных параметров, чтобы брошенное тело попало в цель». Выявляя цель моделирования, желательно сразу же определить какие параметры системы будут отражены в модели. Для начала, не касаясь математического описания, в проблемной беседе выяснялись параметры, которые могут определять процесс движения любого объекта под действием силы тяжести. При выделении параметров модели актуализировались не только знания учащихся по физике, но и их 115 эмпирические представления. В случае, когда возникал конфликт между разными точками зрения, преподаватель обращал внимание на определение модели, как заместителя оригинала обладающего не всеми, а только некоторыми наиболее существенными его свойствами. Вопрос о том, какие свойства считать существенными в данной модели, а какими свойствами можно пренебречь будет определять дальнейшие этапы моделирования, сложность и точность модели, поэтому учащиеся должны были чётко определить те параметры, от которых необходимо абстрагироваться. В частности, вопрос: «Необходимо ли учитывать сопротивление воздуха?» вызвал у учащихся оживлённое обсуждение. В процессе дискуссии можно «подбросить» учащимся проблемный вопрос: «Если сопротивление воздуха незначительно, тогда почему стремятся придать обтекаемую форму автомобилям?». В итоге, опираясь как на знание физики, так и на собственные эмпирические представления школьники приходят к выводу, что сопротивлением воздуха при низких скоростях движения тела можно пренебречь. После выявления наиболее существенных параметров системы цель моделирования может еще более конкретизироваться, например: «Подобрать такие значения начальной скорости тела и угла подбрасывания, чтобы брошенное тело попало в цель». Общая логика подведения учащихся к цели моделирования строится по принципу «от общего к частному, от абстрактного к конкретному», что соответствует выделенному нами в первой главе принципу содержательного обобщения. 2. Составление списка параметров модели, разделение их на входные и выходные параметры, константы Анализ параметров модели мы начинали с напоминания учащимся одного из основных системных принципов – принципа системной детерминации, суть которого в том, что вместо единственной причины, непосредственно вызывающей некоторое следствие, в системах выделяют, как правило, целую группу факторов. Список параметров модели учащиеся представляли в форме таблицы. Табличное представление позволяет систематизировать, наглядно представить список переменных и констант, кроме того, при использовании для моделирования электронных таблиц значения параметров из этой таблицы могут непосредственно использоваться в вычислениях. Приведём пример таблицы параметров (таблица 11): 116 Таблица 11 Параметры математической модели движения тела, брошенного под углом к горизонту Единица Название параметра Обозначение Значение измерения Начальная скорость тела υ ? м/c Угол подбрасывания α ? град. Расстояние до цели S 10 м Высота мишени h 7 м Размер мишени l м = hм 7 см Ускорение свободного g 9,81 м/c2 падения Необходимо еще раз акцентировать внимание школьников на том, что результат моделирования определяется целой группой параметров, которые важно не упустить при разработке модели. Например, некоторые учащиеся забыли поместить в список параметров ускорение свободного падения, хотя это понятие хорошо знакомо школьникам из курса физики. У некоторых школьников возник вопрос – зачем приводить в таблице обозначение параметров, не является ли это излишним? Как показывает опыт, значительное количество ошибок учащихся связано с элементарной путаницей на следующем этапе – этапе формализации в обозначениях тех или иных переменных или констант. Заполняя столбец «Значение» школьники сразу увидели, какие параметры являются заданными в условии задачи – «входными», а какие требуется определить в результате вычислительного эксперимента – «выходные» (такие ячейки в таблице 11 содержат «?»). Необходимо отметить, что мы специально не предлагали школьникам сразу отсортировать параметры по этим признакам – это легко осуществить позже, но мы обязательно задавали учащимся вопрос: «Что является в вашей модели входными, а что будет выступать в качестве выходных параметров?». Графа «Единица измерения» в таблице параметров необходима для тех переменных, для которых необходимо выполнить перевод из одних единиц измерения в другие. В общем случае параметры модели могут быть выражены в различных единицах измерения, в данном примере мы обращали на это внимание учащихся. Например, размер мишени (волана) составляет 7 см, а высота мишени 7 м – одно и то же число должно подчеркнуть учащимся различия между значениями этих параметров. Согласно цели исследования на этом этапе мы старались подчеркнуть, что поведение системы может определяться большим количеством 117 различных факторов – параметров, которые могут иметь разное значение, тип, а также могут выражаться в различных единицах измерения. Следует отметить, что при условии внимательного прочтения условия задачи, понимания цели моделирования, а также имея соответствующие представления из курса физики, составление списка параметров данной модели у учащихся, как правило, не вызывало особых затруднений. 3. Построение математической модели Разработка математической модели в данной задаче базируется на межпредметных связях информатики с физикой. Особенности формализации модели определяются выбранной средой моделирования, но при использовании любых средств целесообразно выделить промежуточные параметры, такие как горизонтальную (υx) и вертикальную составляющую (υy) начальной скорости. В исследовании мы подчёркивали, что в процессе функционирования сложных систем, в общем случае, могут изменяться не только входные и выходные переменные, но и большое количество промежуточных параметров. 4. Вычислительный эксперимент На этом этапе проводилось исследование математической модели, варьировались входные параметры, анализировались значения промежуточных переменных и результатов. В процессе вычислительного эксперимента было введено понятие прогноза как одного из фундаментальных понятий системного подхода. Учащимся предлагалось предсказать, на какое расстояние (максимальную высоту) улетит тело при подбрасывании с заданной начальной скоростью и углом броска. Так как в задаче рассматривалась динамическая система, то есть система, параметры которой изменяются в определённом временном интервале, возникла проблема – как выбрать этот интервал, а также шаг ∆t, через который мы будем вычислять координаты х и y. Выбор временных границ, а в особенности шага ∆t является для школьников крайне непростой задачей. В исследовании мы лишь отмечали важность дискретизации как «одной из фундаментальных идей информатики» [62, с. 173], а интервал и шаг ∆t задавали директивно в соответствии с рекомендациями в учебной литературе [62; 90]. Несколько большую сложность для учащихся представляет обратная задача – задача определения начальной скорости и угла подбрасывания, при котором будет обеспечено попадание в мишень. В этой задаче имеем целый набор выходных параметров, поэтому прогноз выполнялся посредством варьирования этих параметров с целью попадания в мишень, то есть так, чтобы выполнялись одновременно условия: h ≤ y ≤ h + hм и S ≤ x ≤ S + l м . 118 Для решения обратной задачи в Microsoft Excel можно воспользоваться либо элементами интерфейса – счетчиками, либо дополнительной возможностью «Поиск решения». Можно подвести учащихся к использованию новой для них возможности следующим образом: уменьшаем размер цели – подобрать исходные параметры с помощью счетчиков уже не представляется возможным. «Поиск решения» скрывает все вычислительные процедуры и мгновенно подбирает требуемые исходные данные. В данном примере подбираем как значение начальной скорости, так и угол подбрасывания. Далее пробуем выполнить подбор при разных значениях времени. Таким образом, учащиеся могут наглядно увидеть важное свойство многих обратных задач – у таких задач, как правило, существует множество решений. Наглядным представлением, отчётом по проведённому вычислительному эксперименту могут быть подготовленные учащимися таблицы результатов и графики (рисунок 6). 12,00 10,00 y 8,00 6,00 4,00 2,00 0,00 0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00 12,00 x Рисунок 6. График движения тела, брошенного под углом к горизонту 5. Анализ адекватности модели При обсуждении адекватности модели учащиеся вернулись к вопросу о том, все ли факторы учтены в разработанной модели, можно ли использовать эту модель на практике. Совместный с учащимися анализ показал достаточно высокую адекватность разработанной модели. Так как процесс моделирования охвачен обратными связями, обсуждение адекватности модели позволило вернуть школьников на этап анализа 119 условия задачи и определения целей – это было необходимо для общей оценки выполненной работы. Задача 2. Моделирование изменения численности биологического вида Условие задачи, в общем виде, можно сформулировать следующим образом: «Моделирование изменения численности биологического вида при заданных начальных значениях и использование моделей для исследования динамики популяций». Приведём, ниже, основные виды моделей динамики популяций [156, c. 150] и формулы, описывающие эти модели: 1. Модель неограниченного роста: xn +1 = a ⋅ xn (7) 2. Модель ограниченного роста: xn+1 = (a − b ⋅ xn ) ⋅ xn (8) 3. Модель ограниченного роста с отловом: x n +1 = ( a − b ⋅ x n ) ⋅ x n − c (9) 4. Модель «жертва- хищник»: x n +1 = ( a − b ⋅ x n ) ⋅ x n − c − f ⋅ x n ⋅ y n y n +1 = d ⋅ y n + g ⋅ x n ⋅ y n (10) (11) В приведенных выше формулах a, b, c, f, d, g – коэффициенты, которые учитывают влияние среды на численность популяции [156, с. 150]: a – коэффициент роста; b – коэффициент перенаселенности; c – коэффициент, учитывающий ежегодный отлов; f – коэффициент, который характеризует возможность гибели жертвы при встрече с хищниками d – коэффициент, который характеризует скорость уменьшения популяции хищников; g – коэффициент, который характеризует величину роста численности хищников за счёт жертв. Формулировки задачи для учащихся могут быть следующими: 1. Начальная численность популяции зайцев в некотором лесу составляет xn. Определить численность популяции зайцев в этом лесу через десять лет, используя модели неограниченного роста, ограниченного роста, ограниченного роста с отловом. 120 2. Начальная численность популяции зайцев и волков в некотором лесу составляет xn и yn соответственно. Определить численность популяции зайцев и волков через десять лет, используя модель «жертвахищник». Варианты заданий для самостоятельной исследовательской работы: 1. Через сколько лет произойдёт катастрофическое возрастание численности популяции зайцев при использовании модели неограниченного роста? 2. Через сколько лет отлов зайцев не будет влиять на численность популяции? 3. Через сколько лет количество волков резко возрастёт, а количество зайцев уменьшится практически до нуля? 4. Через сколько лет количество волков уменьшится практически до нуля, а количество зайцев резко возрастёт? Поскольку в задаче чрезвычайно важным является графическое представление результатов моделирования, то в качестве среды моделирования целесообразно выбирать Microsoft Excel или «Stratum 2000». Рассмотрим методические аспекты моделирования динамики популяций с точки зрения формирования системного мышления. 1. Анализ условия задачи и определение целей моделирования После решения предыдущей задачи у учащихся, как правило, не возникало вопросов, связанных с выявлением системы, в задаче исследуется процесс изменения численности популяции. Вместе с тем, вопрос: «В чём состоит интегративное свойство этой системы?» вызвал у учащихся некоторые затруднения. Действительно, в данной задаче необходимо рассмотрение популяции как сложной, развивающейся системы, системы в которой можно выделить обратные связи, а такой взгляд на систему представляет некоторую новизну и сложность для школьников. Попытки актуализировать имеющиеся знания и межпредметные связи позволили подвести учащихся к цели функционирования системы и, одновременно, интегративному её свойству – увеличению численности популяции. Причём, если в первой модели это увеличение является практически неограниченным, то в последующих трёх действуют определённые ограничения. Кроме того, в модели «жертва-хищник» взаимодействуют два процесса – увеличение численности зайцев и увеличение численности волков, и целью такого взаимодействия является поддержание системы в равновесном состоянии [107]. При описании структуры системы школьники сразу же увидели в последней модели взаимодействующие компоненты «жертва-хищник», но характер взаимодействий между этими компонентами был рассмотрен позже, на этапе вычислительного эксперимента. 121 Интегративные свойства системы детерминируются коэффициентами роста (а), перенаселённости (b), ежегодного отлова (с) и др. Повидимому, существуют и другие факторы, определяющие численность популяции. Для выявления этих дополнительных факторов мы обращали внимание учащихся на содержание школьного курса биологии. В данной задаче, в отличие от предыдущей, условие обладает некоторой информационной недостаточностью, таким образом, школьники, исходя из собственных системных представлений, пытались определить какие еще дополнительные факторы могут регулировать численность популяции в какой-либо среде. Цель моделирования задаётся в условии задачи – построение и использование моделей изменения численности популяций. 2. Составление списка параметров модели, разделение их на входные и выходные параметры, константы Определение параметров модели в этой задаче имеет некоторые особенности, связанные с использованием рекуррентных формул. В рекуррентных формулах входными параметрами на каком-либо шаге вычислений являются выходные параметры с предыдущего шага. Опыт работы показал, что понятие рекуррентной формулы учащиеся лучше всего усваивают на конкретных примерах на этапе вычислительного эксперимента. 3. Построение математической модели Разработка математической модели базируется на межпредметных связях информатики с биологией и, за исключением рекуррентных соотношений, не представляет для учащихся особой сложности. 4. Вычислительный эксперимент В процессе вычислительного эксперимента, прежде всего, мы обращали внимание школьников на нелинейные соотношения в модели, а также на то, чем были обусловлены эти соотношения. Многие учащиеся сами отмечали тот факт, что в моделях ограниченного роста при достижении некоторого значения рост численности популяции прекращался, наступали «пределы роста» [107]. Это явление учащиеся объясняли влиянием различных факторов среды, таких как: перенаселённость, нехватка питания, болезни и т. п. (рисунок 7). 122 12,0 10,0 Количество 8,0 6,0 Огран. рост С отловом Жертвы 4,0 Хищники 2,0 0,0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 -2,0 Годы Рисунок 7. График изменения численности популяции биологического вида В модели «жертва-хищник» выступает на первый план понятие обратной связи. Обратные связи периодически изменяют численность, как жертв, так и хищников, причём увеличение количества хищников ведёт к уменьшению количества жертв и наоборот, это отчётливо было видно на графике, который школьники готовили в виде отчёта. У некоторых учащихся возникла аналогия с маятником – действительно в функционировании и развитии сложных, самоорганизующихся систем можно выделить подобные «колебания», которые смещают состояние системы к цели к равновесному состоянию [107]. В модели «жертва-хищник» наиболее ярко проявляется принцип диалектических противоречий, который гласит, что в основе функционирования и развития сложных систем лежит взаимодействие противоположностей. После наглядной демонстрации этого принципа учащимся предлагалось самим придумать примеры, где могла бы иметь место подобная модель. В итоге учащиеся переносили полученные знания на другие области и убеждались в универсальности системных закономерностей. В качестве отчёта по проведённому эксперименту учащиеся могут предоставить таблицы результатов и графики (рисунок 7, 8, 9). 123 Рисунок 8. Моделирование изменения численности популяции в «Stratum 2000» Рисунок 9. Моделирование изменения численности популяции в Microsoft Excel 124 5. Анализ адекватности модели В некоторых источниках [53, с. 93] указывают на неустойчивость, непредсказуемость моделей ограниченного роста, обусловленную нелинейной зависимостью результатов от значений коэффициентов. Действительно, для многих систем незначительные изменения входных параметров приводят к существенным изменениям в результатах. Обсуждая с учащимися адекватность модели, мы отмечали этот факт как одну из закономерностей функционирования и развития сложных систем. Задачи четвертого типа представляют собой творческие проекты и исследовательские работы на моделирование систем на основе заданных системных свойств и взаимодействий: 1. Лист плотной бумаги складывается вдвое, затем это действие повторяется еще три раза. После четвертого складывания получается толщина листа 1 см. Постройте математическую модель прироста толщины листа бумаги при дальнейшем складывании его в два раза. Какова будет толщина листа после 33 складываний [23]? 2. Разработайте компьютерную модель игры «орёл или решка». Исследуйте вероятность выпадения орла в 10, 20, 30 испытаниях [112]. 3. Разработайте модель биоритмов для конкретного человека от указанной даты на месяц вперед. Спрогнозируйте благоприятные и неблагоприятные дни для разного рода деятельности [90]. 4. Составьте модель Солнечной системы с целью определения скоростей движения планет по орбитам. Предположим, что учёными была открыта новая планета с периодом обращения вокруг Солнца 500 лет и скоростью движения по орбите 10 000 км/ч. На каком расстоянии от Солнца будет находиться эта планета [112]? Задачи пятого типа – творческие проекты и исследовательские работы на перенос построенных для одних систем моделей, на другие системы: 1. Разработайте модель распространения слуха на основе следующего явления – число людей узнавших новость за сутки пропорционально число встреч людей, знающих и незнающих новость. Предположительно, укажите другие факторы, влияющие на распространение слуха. 2. Постройте компьютерную модель колебаний маятника. Исследуйте зависимость частоты колебаний маятника от длины нити подвеса [62]. 3. Постройте компьютерную модель броуновского движения заданного числа частиц в замкнутом прямоугольном объеме. Исследуйте последствия уменьшения или увеличения количества частиц в разработанной модели [112]. 125 4. Разработайте компьютерную модель игры, в которой случайным образом задаются координаты мишени, а игрок должен подобрать угол броска и скорость снаряда так, чтобы попасть в мишень с определённой точностью. При этом программа должна информировать о недолёте или перелёте снаряда относительно мишени. Необходимо отметить, что предлагаемые учащимся творческие проекты опирались на несложные математические закономерности, что позволило нам сосредоточиться при анализе и формализации на системных свойствах и взаимодействиях. Кроме того, при решении физических задач в рамках нашего исследования допускалось абстрагирование от некоторых «несущественных» (с точки зрения построения учебной модели) свойств реальной системы, например, рассматривая колебания маятника, мы строили простейшую модель колебаний с малой амплитудой. На этапе оценки адекватности модели мы возвращались к анализу оригинальной системы с тем, чтобы оценить насколько разработанная модель соответствует реальным системам или процессам. В ходе решения итоговой задачи, связанной с оценкой эффективности технологии, нами была проведена повторная диагностика сформированности системного мышления в конце курса обучения. Результаты диагностики в контрольной и экспериментальной группах были сопоставлены с помощью соответствующих статистических методов. Чтобы обеспечить достоверность выводов по результатам количественного анализа данных, полученных на констатирующем и контрольном этапах, нами были использованы методы математической статистики. Для оценки достоверности различий между показателями сформированности системного мышления экспериментальной и контрольной групп нами использовался U-критерий Манна-Уитни [102]. Данный непараметрический критерий предназначен для проверки нулевой гипотезы относительно статистической однородности двух независимых выборок. Выбор непараметрических критериев различия обусловлен их большей универсальностью и тем, что для экспериментальных данных не требуется проверка на соответствие нормальному распределению. С целью оценки согласованности отдельных показателей системного мышления были вычислены попарные коэффициенты корреляции. Для этого нами использовался ранговый коэффициент корреляции Спирмена, который является одной из наиболее универсальных и удобных статистических мер взаимной связи двух признаков [36; 102]. Этот коэффициент также использовался нами для исследования связи 126 показателей системного мышления с результатами диагностики интеллекта с помощью теста Р. Амтхауэра. Статистические вычисления выполнялись с помощью электронных таблиц Microsoft Excel и в среде пакета STATISTICA. Таким образом, опытно-экспериментальная работа в данном исследовании включала в себя ряд последовательных этапов: разработка диагностического материала для процедуры оценки системности мышления, констатирующий, формирующий и контрольный этапы эксперимента. 3.3. Результаты экспериментального исследования по формированию системного мышления учащихся старших классов в курсе «Информатика и ИКТ» Проведённое нами экспериментальное исследование включало три этапа, на каждом из которых решались соответствующие задачи. На констатирующем этапе нами были сформированы контрольная и экспериментальная группы и в них проведена диагностика сформированности системного мышления учащихся с помощью предложенной нами методики. Мы оценивали продуктивность системного мышления на основе анализа ответов на ряд вопросов и задач. Эти вопросы и задачи таковы, что они не имеют однозначного ответа, а требуют рассуждений учащихся. Поэтому качество ответов в значительной мере зависело от способности учащегося самостоятельно проанализировать природу тех системных объектов, о которых идет речь. Результаты констатирующего этапа показали, что большинство учащихся как экспериментальной, так и контрольной группы находились на досистемном или эмпирико-системном уровне мышления. В ответах учащихся часто не прослеживалось видение сущностного качества системы – несводимости системы к сумме составляющих ее элементов. Как правило, учащиеся считали, что система – это только набор взаимосвязанных элементов. Лишь у некоторых было интуитивное представление об интегративных свойствах системы. Школьники отмечали, что система не будет функционировать, если убрать тот или иной компонент. Задачи на умение видеть системы как иерархические структуры также вызвали некоторые затруднения у учащихся. Некоторые школьники не понимали термина «иерархия» и просто изменяли определённым образом порядок слов – элементов иерархической структуры в строке. Вместе с тем, с классификациями в виде иерархических структур учащиеся постоянно сталкиваются в различных школьных дисциплинах – яркий 127 пример тому из курса «Информатика и ИКТ» – иерархическая файловая структура. Задачи на конструирование систем или разработку моделей систем, на первый взгляд, достаточно простые. Но эта кажущаяся простота обусловлена актуализацией уже имеющихся знаний, а точнее шаблонных представлений по соответствующей тематике. Например: «На берегу озера, окруженного большими массивами леса, решили построить бумажный комбинат. Выскажите все предположения о том, к чему может привести постройка бумажного комбината». В приведенной выше задаче почти все учащиеся в качестве ответа назвали только негативные последствия строительства предприятия. Ни один не отметил положительные моменты: развитие инфраструктуры, строительство дорог, дополнительные рабочие места и т. д. В процессе решения таких задач каждый учащийся, фактически, выстраивал модель явления, о котором идёт речь в условии задачи и, соответственно, в рассуждениях учащихся оценивалась адекватность и полнота этой модели. Кроме того, оценивалось проявление основных характеристик системного мышления, описание которых в сравнении с характеристиками механистического мышления приведено в таблице 1. По каждому из показателей системного мышления, а также по общему показателю на констатирующем этапе для сравнения средних значений в экспериментальной и контрольной группе были вычислены непараметрические U-критерии Манна-Уитни для независимых выборок. Все значения U-критериев оказались незначимыми, что говорит об однородности контрольной и экспериментальной выборок (таблица 12, критические значения Z-критерия приведены в таблице 13 [36, с. 243]). Таблица 12 Сравнение показателей развития умений системного мышления в контрольной и экспериментальной группах на констатирующем этапе эксперимента Показатели системности мышления П1 П2 П3 П4 Побщ Среднее значение в 0,75 0,51 0,48 0,33 0,48 экспериментальной группе Среднее значение в 0,74 0,53 0,49 0,29 0,48 контрольной группе U-критерий Манна-Уитни 861 825 835,5 773 850 Z-критерий 0,15 -0,47 -0,38 0,94 0,25 p-уровень незначим незначим незначим незначим незначим 128 Таблица 13 Критические значения Z-критерия Уровень значимости p < 0,05 Критические значения Z-критерия 1,96 p < 0,01 2,58 Для косвенного подтверждения эффективности методики оценки системного мышления был проведен тест структуры интеллекта (TSI) Р. Амтхауэра. Затем были вычислены корреляции между общим показателем системности мышления и результатами по отдельным субтестам TSI. Результаты вычислений приведены в таблице 14. Таблица 14 Коэффициенты корреляции Спирмена между общим показателем системности мышления и результатами теста структуры интеллекта (TSI) Р. Амтхауэра (по субтестам) Коэффициент корреляции Спирмена Наименование субтеста 1. Дополнение предложений (ДП) 0,21 2. Исключение слова (ИС) 0,28 3. Аналогии (АН) 0,44** 4. Обобщение (Об) 0,49** 5. Память (Пм) 0,01 6. Арифметические задачи (AЗ) 0,17 7. Числовые ряды (ЧР) 0,15 8. Пространственное воображение (ПВ) 0,21 9. Пространственное обобщение (ПО) 0,40* В итоге были получены достаточно высокие корреляции введенного нами показателя системности мышления с данными субтестов «Аналогии» (коэффициент корреляции Спирмена r = 0,44; p < 0,01), «Обобщение» (r = 0,49; p < 0,01), «Пространственное обобщение» (r = 0,40; p < 0,05). Прежде всего, это может быть объяснено тем, что в субтестах аналогии и обобщения наиболее полно проявляется общая продуктивность аналитико-синтетической деятельности, сформированность умственных действий анализа, синтеза, обобщения, способность строить умозаключения по аналогии. 129 Корреляция сформированности системного мышления с показателями по вербальным субтестам «Аналогии» и «Обобщение» также свидетельствует о том, что системное мышление в значительной мере использует словесные средства и требует наличия хорошо отработанных навыков обобщения и суждения по аналогии. Эти результаты отражают, по-видимому, и тот факт, что для понимания системных принципов и закономерностей большое значение имеет высокая сформированность действия обобщения, позволяющая учащемуся легко оперировать абстрактными понятиями и категориями, рассуждать на достаточно высоком уровне обобщения и абстракции. Тесная взаимосвязь системного мышления с оценками по субтесту «Аналогии» подчеркивает особое значение навыков мышления по аналогии, лежащих в основе моделирования. Корреляция показателя системного мышления с результатами субтеста «Пространственное обобщение» отражает тот факт, что в системном мышлении, по-видимому, существенную роль играют не только словесные, но наглядные компоненты. Особенно значимым является навык пространственного обобщения, то есть обобщения в наглядно-образном, пространственном плане, который, по-видимому, особенно необходим при анализе компонентной структуры реальных систем и их моделей, как правило, имеющих наглядную форму представления. Этим подтверждается правильность выбора визуальных дидактических средств, например, таких как пакет «Stratum 2000», который в максимальной степени позволяет визуализировать процесс моделирования, исследования и использования моделей. Поскольку у нас не было теоретических оснований предполагать повышение продуктивности выполнения тестов интеллекта в результате опытно-экспериментальной работы, то повторная диагностика с помощью теста Р. Амтхауэра на контрольном этапе нами не проводилась. Формирование системного мышления не должно привести, по нашему мнению, к существенному росту показателей по интеллектуальным тестам ввиду того, что такого рода тесты чаще всего состоят из достаточно искусственных, элементарных, несистемных по содержанию задач и вопросов. В таких тестах как тест Р. Амтхауэра измеряется не столько продуктивность мышления, сколько сформированность отдельных умственных действий или операций [124]. Вместе с тем, хотя формирование системного мышления вряд ли повышает показатели по тестам интеллекта, в реальной мыслительной деятельности, связанной с решением реальных, а не искусственных тестовых задач субъект с высокой сформированностью системного мышления будет демонстрировать, по нашему мнению, существенно большую 130 интеллектуальную продуктивность, что подтверждается, например, в исследовании Д. Дернера [45]. Контрольный этап исследования выявил следующую картину: если в контрольной группе распределение учащихся по уровням системности мышления практически не изменилось – лишь трое учащихся подтянулись с досистемного уровня на эмпирико-системный, то в экспериментальной группе большая часть учащихся находилась уже на эмпирико-системном и интегративно-системном уровнях, а двое учащихся показали конструктивно-системный уровень (таблица 15). Таблица 15 Сравнение показателей развития умений системного мышления в контрольной и экспериментальной группах на контрольном этапе эксперимента Показатели системности мышления П1 П2 П3 П4 Побщ Среднее значение в экспериментальной 0,85 0,70 0,62 0,42 0,61 группе Среднее значение в 0,76 0,58 0,51 0,33 0,51 контрольной группе U-критерий Манна616,5 551,5 586 592,5 494,5 Уитни Z-критерий 2,34 2,92 2,61 2,56 3,44 p-уровень p < 0,05 p < 0,01 p < 0,01 p < 0,05 p < 0,01 Обобщая результаты контрольного этапа можно сделать вывод о том, что традиционное обучение формирует в основном лишь эмпирикосистемный уровень системности мышления. Однако, на наш взгляд, наиболее важным и базовым для развития умений конструирования и моделирования систем является интегративно-системный уровень. Этот уровень представлен такими характеристиками мышления, как умением видеть иерархическую структуру элементов, выделять общий принцип построения системы, её интегративные свойства. Основной задачей формирующего системное мышление обучения должно быть выведение учащихся к этому уровню системности мышления. Формирование следующего – конструктивно-системного уровня системности мышления – возможно на задачах моделирования реальных систем в конкретных предметных областях. Это достаточно высокий уровень системности мышления, основанный на глубоком понимании учащимися содержания дисциплины и для старшеклассников, в силу их 131 недостаточной подготовленности, этот уровень является зоной ближайшего развития. Реализовать возможности развития системного мышления, как показывают результаты контрольного этапа, возможно при использовании соответствующей модели и технологии обучения. На контрольном этапе для сравнения средних значений в экспериментальной и контрольной группе по каждому из показателей были также вычислены непараметрические U-критерии Манна-Уитни для независимых выборок. Все значения U-критериев оказались значимыми с уровнями значимости p < 0,05 и p < 0,01 (таблица 15). Значимыми оказались и различия в среднем приросте по каждому из показателей, кроме первого, и по общему показателю в экспериментальной и контрольной группах (таблица 16). Таблица 16 Сравнение прироста показателей развития умений системного мышления от констатирующего этапа к контрольному Показатели системности мышления П1 П2 П3 П4 Побщ Среднее значение прироста в 0,10 0,19 0,14 0,09 0,13 экспериментальной группе Среднее значение прироста в 0,02 0,05 0,01 0,04 0,03 контрольной группе U-критерий Манна685 504,5 500,5 675 389,5 Уитни Z-критерий 1,73 3,35 3,38 1,97 4,38 p-уровень незначим p < 0,01 p < 0,01 p < 0,05 p < 0,01 Отсутствие значимых различий по первому показателю (таблица 16), ориентированному на выявление эмпирико-системного уровня, указывает лишь на перераспределение учащихся с одного уровня на другой. Часть учащихся с досистемного уровня перешла на эмпирико-системный, другая же часть с эмпирико-системного перешла на интегративносистемный уровень. В качестве иллюстрации результатов исследования приводим гистограммы, отображающие распределение учащихся экспериментальной и контрольной группы по уровням, характеризующим системность мышления на различных этапах эксперимента: констатирующем (рисунок 10) и контрольном 132 (рисунок 11). Распределение учащихся мышления приводится также в таблице 17. по уровням системности Таблица 17 Распределение учащихся контрольной и экспериментальной группы по уровням системности мышления на констатирующем и контрольном этапах исследования Контрольная группа Экспериментальная группа Уровень (объём выборки N= 45) (объём выборки N= 39) системности Констати- Контрольный Констати- Контрольный мышления рующий этап этап рующий этап этап Досистемный 25 22 18 5 Эмпирико19 21 19 24 системный Интегративно1 2 2 8 системный Конструктивно2 системный Число учащихся 30 25 20 15 10 5 0 Досистемный Эмпирикосистемный Интегративносистемный Конструктивносистемный Уровень системности мыш ления Экспериментальная группа Контрольная группа Рисунок 10. Распределение учащихся экспериментальной и контрольной групп по уровням, характеризующим системность мышления учащихся на констатирующем этапе эксперимента 133 Число учащихся 30 25 20 15 10 5 0 Досистемный Эмпирикосистемный Интегративносистемный Конструктивносистемный Уровень системности мышления Экспериментальная группа Контрольная группа Рисунок 11. Распределение учащихся экспериментальной и контрольной групп по уровням, характеризующим системность мышления учащихся на контрольном этапе эксперимента Таким образом, результаты опытно-экспериментальной работы показывают эффективность предлагаемой технологии формирования системного мышления средствами информационно-коммуникационных технологий в курсе «Информатика и ИКТ». 134 ЗАКЛЮЧЕНИЕ Изучение отечественных и зарубежных исследований, а также психолого-педагогической и методической литературы показало недостаточный анализ понятия «системное мышление», его структуры, базовых характеристик. Не выявлено место, роль системного мышления среди других видов мышления. Несмотря на то, что принцип единства сознания и деятельности является базовым в современных психологопедагогических исследованиях, не выделены основные системные умения в структуре мыслительной деятельности. Отсутствует чёткая уровневая классификация для оценки системности мышления учащихся. Вместе с тем, проблема формирования системного мышления в процессе обучения привлекает всё большее внимание как отечественных, так и зарубежных исследователей, что подтверждает актуальность данного исследования. В соответствии с целью было проведено исследование, в котором были обоснованы следующие условия формирования системного мышления учащихся старших классов, на примере дисциплины «Информатика и ИКТ»: • акцентирование внимания учащихся на содержании раздела «Моделирование и формализация» дисциплины «Информатика и ИКТ». При изложении других разделов курса «Информатика и ИКТ» желательно постоянно опираться на системные представления – излагать материал, демонстрируя системный стиль мышления; • выявление основных системных умений в структуре мыслительной деятельности учащихся старших классов, систематическое и последовательное их формирование при изложении теоретического материала и в процессе решения задач; • использование учащимися специально разработанного комплекса задач. При анализе, формализации и решении задач учащиеся опираются на системные представления и развивают основные системные умения в структуре мыслительной деятельности; • применение в учебном процессе специально подобранного программное обеспечение, способствующего формированию системного мышления в рамках содержательной линии «Моделирование и формализация». В ходе изучения проблемы исследования были проанализированы представления о системном мышлении в зарубежных и отечественных психолого-педагогических работах, а также рассмотрено состояние проблемы исследования в теории и практике образования. Анализ 135 представлений о системном мышлении показал недостаточно глубокую разработку проблемы исследования как в работах зарубежных авторов, так и исследованиях отечественных учёных; выявил недостаточную разработку методических вопросов формирования системного мышления на материале различных дисциплин. В результате анализа было уточнено понятие системного мышления, выделены его базовые характеристики и описана структура, разработаны и обоснованы уровни и соответствующие им критерии для оценки системности мышления. Далее была теоретически обоснована и разработана модель и технология формирования системного мышления на примере курса «Информатика и ИКТ». Выполненная опытно-экспериментальная проверка и анализ результатов предлагаемой технологии формирования системного мышления учащихся подтвердили возможность использования нашей технологии для достижения данной цели. Анализ результатов опытно-экспериментальной работы показал эффективность предлагаемой модели и технологии формирования системного мышления учащихся. Таким образом, в результате работы были получены результаты, обосновывающие и подтверждающие основные положения, выносимые на защиту. Подводя итог проведенному исследованию, можно сформулировать следующие выводы: 1. Формирование системного мышления учащихся старших классов (на материале курса «Информатика и ИКТ») базируется на целенаправленном и поэтапном обучении школьников основным системным понятиям и развитии у них системных умений в структуре мыслительной деятельности. 2. Разработанная технология формирования системного мышления, основанная на использовании комплекса задач, сформулированных, преимущественно, на естественном языке и специально подобранного программного обеспечения показала высокую эффективность в ходе опытно-экспериментальной работы. 3. Формирование системного мышления в рамках предлагаемой технологии было результативным, вследствие опоры на системные понятия и умения в ходе анализа условий, формализации и решении учащимися задач. Полученные результаты позволяют наметить некоторые дальнейшие направления исследований в рамках поставленной проблемы. В перспективе предметом специального изучения могут стать, например, такие вопросы как возрастная динамика процесса формирования системного мышления разного уровня и выявление сензитивного периода для начала систематической работы по формированию элементов системного мышления. 136 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. Аверьянов, А.Н. Системное познание мира: Методологические проблемы [Текст] / А.Н. Аверьянов. – М.: Политиздат, 1985. – 263 с. Адамар, Ж. Исследование психологии процесса изобретения в области математики [Текст] / Ж. Адамар. – М.: Изд-во «Советское радио», 1970. – 152 с. Акофф, Р.Л. Искусство решения проблем [Текст] / Р.Л. Акофф. – М.: Мир, 1982. – 220 с. Алексеева, М.Б. Основы теории систем и системного анализа [Текст] : Учебное пособие / М.Б. Алексеева, С.Н. Балан. – СПб.: СПбГИЭУ, 2002. – 144 с. Антипенко, Л.Г. О теоретических основаниях системного мышления [Текст] / Л.Г. Антипенко // Проблемы философской методологии. – М.: 1989. – С. 58-76. Асманова, И.Ю. Развитие системного мышления студента как условие фундаментализации и профессионализации усваиваемых знаний [Текст] : Дис. ... канд. пед. наук : 13.00.08 / И.Ю. Асманова ; Ставропольский государственный университет. – Ставрополь, 2004. – 178 с. Атанов, Г.А. Деятельностный подход в обучении [Текст] / Г.А. Атанов. –Донецк: ЕАИ-пресс, 2001. – 160 с. Афанасьев, В.Г. Общество : системность, познание и управление [Текст] / В.Г. Афанасьев. – М.: Политиздат, 1981. – 432 с. Бабанский, Ю.К. Оптимизация процесса обучения. Общедидактический аспект [Текст] / Ю.К. Бабанский. – М.: Педагогика, 1977. – 254 с. Балл, Г.А. Теория учебных задач: Психолого-педагогический аспект [Текст] / Г.А. Балл. – М.: Педагогика, 1990. – 184 с. Безусова, Т.А. Некорректные задачи как средство развития культуры математического естественнонаучного мышления школьников [Текст] : Автореф. канд. пед. наук : 13.00.01 / Т.А. Безусова ; Тюменский государственный университет. – Тюмень, 2008. – 27 с. Берталанфи, Л. фон. Общая теория систем: критический обзор [Текст] / Л. фон Берталанфи // Исследования по общей теории систем. Сборник переводов. Общая редакция В. Н. Садовского, Э. Г. Юдина. – М.: «Прогресс», 1969. – С. 23-82. 137 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. 24. 25. Берулава, Г.А. Диагностика и развитие мышления подростков [Текст] / Г.А. Берулава. – Бийск: Научно-издательский центр Бийского пединститута, 1993. – 240 с. Беспалько, В.П. Слагаемые педагогической технологии [Текст] / В.П. Беспалько. – М.: Педагогика, 1989. – 192 с. Бешенков, С.А. Информатика : единый курс от школы до вуза [Текст] / С.А. Бешенков, Е.А. Ракитина // Информатика и образование. – 2002. – № 7. – C. 2-4. Бешенков, С.А. Моделирование и формализация [Текст] : Методическое пособие / С.А. Бешенков, Е.А. Ракитина. – М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2002. – 336 с. Библер, В.С. Мышление как творчество: Введение в логику мысленного диалога [Текст] / В.С. Библер. – М.: Политиздат, 1975. – 399 с. Блауберг, И.В. Философский принцип системности и системный подход [Текст] / И.В. Блауберг, В.Н. Садовский, Э.Г. Юдин // Вопросы философии. – 1978. – № 8. – С. 39-52. Большой психологический словарь [Текст] / Под ред. Б.Г. Мещерякова, В.П. Зинченко. – 3-е изд. – СПб.: ПраймЕВРОЗНАК, 2007. – 672 с. Брунер, Дж. Психология познания. За пределами непосредственной информации [Текст] / Дж. Брунер. – М.: Прогресс, 1977. – 412 с. Брушлинский, А.В. Мышление и прогнозирование [Текст] / А.В. Брушлинский // Субъект : мышление, учение, воображение. – М.: Институт практической психологии ; Воронеж : МОДЭК, 1996. – С. 103-339. Брушлинский, А.В. Психология мышления и проблемное обучение [Текст] / А.В. Брушлинский // Субъект : мышление, учение, воображение. – М. : Институт практической психологии ; Воронеж: МОДЭК, 1996. – С. 31-102. Бут Свини, Л. Сборник игр для развития системного мышления [Текст] / Л. Бут Свини, Д. Медоуз; под. ред. Г.А. Ягодина, Н.П. Тарасовой. – М.: Просвещение, 2007. – 285 с. Васильев, И.А. Эмоции и мышление [Текст] / И.А. Васильев, В. Л. Поплужный, О. К. Тихомиров. – М.: Издательство МГУ, 1980. – 192 с. Веденов, М.Ф. Проблема стилей мышления в естествознании [Текст] / М.Ф. Веденов, Ю.В. Сачков. – М.: Знание, 1971. – 32 с. 138 26. 27. 28. 29. 30. 31. 32. 33. 34. 35. 36. 37. 38. 39. Величковский, Б.М. Когнитивная наука : Основы психологии познания [Текст] : в 2 т. – Т. 2 / Б.М. Величковский. – М.: Смысл: Издательский центр «Академия», 2006. – 432 с. Вертгеймер, М. Продуктивное мышление [Текст] / М. Вертгеймер. – М.: Прогресс, 1987. – 336 с. Веряев, А.А. Педагогика информатики [Текст] : Учебное пособие / А.А. Веряев. – Барнаул: Издательство БГПУ, 1998. – 477 с. Винер, Н. Кибернетика или управление и связь в животном и машине [Текст] / Н. Винер. – М.: Советское радио, 1968. – 324 с. Выготский, Л.С. Мышление и речь [Текст] / Л.С. Выготский // Психология. – М.: ЭКСМО-Пресс, 2000. – с. 262-509. Выготский, Л.С. Педагогическая психология [Текст] / Л.С. Выготский. – М.: Педагогика, 1991. – 480 с. Гальперин, П.Я. К учению об интериоризации [Текст] / П.Я. Гальперин // Введение в психологию: Учебное пособие для вузов. – М.: Книжный дом «Университет», 1999. – С. 239-252. Гарднер, Г. Структура разума: теория множественного интеллекта / Г. Гарднер. – М.: Вильямс, 2007. – 512 с. Георгиева, Р.И. Моделирование информационных систем в ходе проектной деятельности школьников [Текст] : Дис. ... канд. пед. наук : 13.00.02 / Р.И. Георгиева ; Москва, 2007. – 140 с. Гилфорд, Дж. Три стороны интеллекта [Текст] / Дж. Гилфорд // Психология мышления / Под ред. А.М. Матюшкина. – М.: Прогресс, 1965. – С. 433–456. Гласс, Дж. Статистические методы в педагогике и психологии [Текст] / Дж. Гласс, Дж. Стэнли. – М.: Прогресс, 1976. – 495 с. Городецкая, Н.В. Развитие системного мышления студентов вуза с использованием информационный и коммуникационный технологий [Текст] : Дис. ... канд. пед. наук : 13.00.08 / Н.В. Городецкая ; Российский государственный профессиональнопедагогический университет. – Екатеринбург, 2004. – 172 с. Гороховцева, Л.А. Формирование умений информационного моделирования в процессе решения учебных задач [Текст] : Дис. ... канд. пед. наук : 13.00.01 / Л.А. Гороховцева ; Оренбургский государственный педагогический университет. – Оренбург, 2004. – 173 с. Громыко, Ю.В. Мыследеятельностная педагогика (теоретикопрактическое руководство по освоению высших образцов педагогического искусства) [Текст] / Ю.В. Громыко. – Минск: Технопринт, 2000. – 375 с. 139 40. 41. 42. 43. 44. 45. 46. 47. 48. 49. 50. 51. 52. Гуревич, К.М. Принцип нормативности в изучении и диагностировании мышления [Текст] / К.М. Гуревич // Проблемы дифференциальной психологии. – М. : Издательство «Институт практической психологии», Воронеж: НПО «МОДЭК», 1998. – С. 256-271. Гухман, Г.А. Проектно-проблемный подход в формировании творческого мышления [Текст] / Г.А. Гухман, М.Г. Трошина, В.Н. Шпичко // Образование в современной школе. – 2000. – № 1112. – С. 33-35. Давыдов, В.В. Виды обобщения в обучении : Логикопсихологические проблемы построения учебных предметов [Текст] / В.В. Давыдов. – М.: Педагогическое общество России, 2000. – 480 с. Давыдов, В. В. Теория развивающего обучения [Текст] / В.В. Давыдов. – М.: ИНТОР, 1996. – 544 с. Данилов, Д.О. Формирование системного мышления учащихся в процессе обучения физике на основе исследовательского метода [Текст] : Дис. ... канд. пед. наук : 13.00.02 / Д.О. Данилов ; Томский государственный педагогический университет. – Томск, 2007. – 140 с. Дернер, Д. Логика неудачи [Текст] / Д. Дернер. – М.: Смысл, 1997. – 240 с. Деулин, Д.В. Развитие системности мышления у детей 6-9 лет в процессе обучения [Текст] : Автореф. дис. ... канд. псих. наук : 19.00.07 / Д.В. Деулин; Психологический институт Российской академии образования. – М., 2007. – 31 с. Деулин, Д.В. Развитие системности умственных действий дошкольников (экспериментальное исследование) [Текст] / Д.В. Деулин // Психология обучения. – 2007. – № 2. – С. 88-97. Дуничев, В.М. Чтобы геология стала наукой, фрагментарное мышление геологов должно смениться системным [Текст] / В.М. Дуничев // Успехи современного естествознания. – 2005. – № 3. – С. 33-36. Дьюи, Дж. Психология и педагогика мышления (Как мы мыслим) [Текст] / Дж. Дьюи. – М.: Лабиринт, 1999. – 192 с. Елисеев, О.П. Практикум по психологии личности [Текст] / О.П. Елисеев. – СПб.: Питер, 2001. – 560 с. Ершов, А.П. Кибернетика. Становление информатики [Текст] / А.П. Ершов. – М.: Наука, 1986. – 267 с. Есипов, Б.П. Самостоятельная работа учащихся на уроке [Текст] / Б.П. Есипов. – М.: Учпедгиз, 1961. – 239 с. 140 53. 54. 55. 56. 57. 58. 59. 60. 61. 62. 63. Жилин, Д.М. Теория систем : Опыт построения курса [Текст] / Д.М. Жилин. – 4-е изд., испр. – М.: Издательство ЛКИ, 2007. – 184 с. Жильцова, О.А. Реализация принципов психологической теории деятельности А.Н. Леонтьева в естественнонаучном образовании школьников [Текст] / О.А. Жильцова, Ю.А. Самоненко // Вопросы психологии. – 2007. – № 1. – С. 136-144. Загвязинский, В.И. Методология и методы психологопедагогического исследования [Текст] : Учебное пособие / В.И. Загвязинский, Р. Атаханов. – М.: Издательский центр «Академия», 2001. – 208 с. Загвязинский, В.И. Теория обучения: современная интерпретация [Текст] / В.И. Загвязинский. – М.: Издательский центр «Академия», 2001. – 192 с. Зиновкина, М.М. Креативная педагогическая система непрерывного формирования системного мышления и развития творческих способностей учащихся во всех звеньях образования [Текст] / М.М. Зиновкина // Креативная педагогика. – М.: 1998. – C. 20-27. Зорина, Л.Я. Дидактические основы формирования системности знаний старшеклассников [Текст] / Л.Я. Зорина. – М. : Педагогика, 1978. – 128 с. Иваньшина, Е.В. Развитие системного мышления учащихся при изучении курса «Естествознание» [Текст] : Автореф. дис. ... канд. пед. наук : 13.00.02 / Е.В. Иваньшина; Российский государственный педагогический университет им. А. И. Герцена. – СПб., 2005. – 20 с. Ильницкая, И.А. Проблемные ситуации и пути их создания на уроке [Текст] / И.А. Ильницкая. – М.: Знание, 1985. – 80 с. Информатика. Задачник-практикум в 2 т. [Текст] / Л.А. Залогова, М.А. Плаксин, С.В. Русаков и др. Под ред. И.Г. Семакина, Е.К. Хеннера : Том 1. – 3-е изд., испр. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2006. – 309 с. Информатика. Задачник-практикум в 2 т. [Текст] / Л.А. Залогова, М.А. Плаксин, С.В. Русаков и др. Под ред. И.Г. Семакина, Е.К. Хеннера : Том 2. – 3-е изд., испр. и доп. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2006. – 294 с. Казиев, В.М. Основы математического и инфологического моделирования в примерах [Текст] / В.М. Казиев, К.В. Казиев // Информатика и образование. – 2004. – № 1. – C. 39-46. 141 64. 65. 66. 67. 68. 69. 70. 71. 72. 73. 74. 75. 76. 77. 78. Калмыкова, З.И. Продуктивное мышление как основа обучаемости [Текст] / З.И. Калмыкова. – М.: Педагогика, 1981. – 200 с. Капра, Ф. Паутина жизни. Новое научное понимание живых систем [Текст] / Ф. Капра ; пер. с англ. под ред. В. Г. Трилиса. – К. : «София» ; М.: ИД «София», 2003. – 336 с. Китайгородская, Г.И. Структура системного профессиональнопедагогического мышления учителя физики / Г.И. Китайгородская // Наука и школа. – 2010. – № 1. – С. 35-39. Клочко, В.Е. Самоорганизация в психологических системах: проблемы становления ментального пространства личности (введение в трансспективный анализ) [Текст] / В.Е. Клочко. – Томск : Томский государственный университет, 2005. – 174 с. Клочко, В.Е. Эмоциональная регуляция мыслительной деятельности [Текст] / В.Е. Клочко // Вопросы психологии. – 1980. – № 5. – С. 23-31. Князева, Е.Н. Синергетика как новое мировидение : диалог с И. Пригожиным [Текст] / Е.Н. Князева, С.П. Курдюмов // Вопросы философии. – 1992. – № 12. – С. 3-20. Кон, И.С. Психология старшеклассника [Текст] : Пособие для учителей / И.С. Кон. – М.: Просвещение, 1980. – 191 с. Концепция модернизации российского образования на период до 2010 года [Электронный ресурс] – Режим доступа http://www.kremlin.ru/text/docs/2002/04/57884.shtml. Корнилов, Ю.К. Психология практического мышления [Текст] : Монография / Ю.К. Корнилов. – Ярославль, 2000. – 205 с. Краевский, В.В. Проблемы научного обоснования обучения: (Методологический анализ) [Текст] / В.В. Краевский. – М.: Педагогика, 1977. – 260 с. Кудрявцев, В.Т. Проблемное обучение : истоки, сущность, перспективы [Текст] / В.Т. Кудрявцев. – М.: Знание, 1991. – 79 с. Кудрявцев, Т.В. Психология технического мышления (Процесс и способы решения технических задач) [Текст] / Т. В. Кудрявцев. М.: Педагогика, 1975. - 304 с. Кузнецов, А.А. Современный курс информатики : от элементов к системе [Текст] / А.А. Кузнецов, С.А. Бешенков, Е.А. Ракитина // Информатика и образование. – 2004. – № 1. – C. 2-9. Кузьмин, В.П. Гносеологические проблемы системности знания [Текст] / В.П. Кузьмин. – М.: Знание, 1983. – 64 с. Кулюткин, Ю.Н. Эвристические методы в структуре решений [Текст] / Ю.Н. Кулюткин. – М.: Педагогика, 1970. – 232 с. 142 79. 80. 81. 82. 83. 84. 85. 86. 87. 88. 89. 90. 91. 92. Куписевич, Ч. Основы общей дидактики [Текст] / Ч. Куписевич ; Перевод с польского и предисловие О.В. Долженко. – М.: Высшая школа, 1986. – 367 с. Курганов, С.Ю. Ребенок и взрослый в учебном диалоге [Текст] : Книга для учителя / C.Ю. Курганов. – М.: Просвещение, 1989. – 126 с. Лапчик, М.П. Методика преподавания информатики [Текст] : учеб. пособие для студ. пед. вузов / М.П. Лапчик, И.Г. Семакин, Е.К. Хеннер ; под общей ред. М.П. Лапчика. – 4-е изд., стер. – М.: Издательский центр «Академия», 2007. – 624 с. Леднев, B.C. Содержание образования [Текст] / В.С. Леднев. – М.: Высшая школа, 1989. – 360 с. Леонтьев, А.Н. Деятельность. Сознание. Личность [Текст] / А.Н. Леонтьев. – М.: Политиздат, 1975. – 304 с. Леонтьев, А.Н. Образ мира [Текст] / А.Н. Леонтьев // Избранные психологические произведения. – М.: Педагогика, 1983. – С. 251261. Леонтьев, А.Н. Проблемы развития психики [Текст] / А.Н. Леонтьев. – М.: Издательство Московского университета, 1981. – 584 с. Лернер, И.Я. Дидактические основы методов обучения [Текст] / И.Я. Лернер. – М.: Педагогика, 1981. – 186 с. Лернер, И.Я. Проблемное обучение [Текст] / И.Я. Лернер. – М.: Высшая школа, 1974. – 125 с. Лернер, И.Я. Процесс обучения и его закономерности [Текст] / И.Я. Лернер. – М.: Знание, 1980. – 96 с. Ломов, Б.Ф. О системной детерминации психических явлений и поведения [Текст] / Б.Ф. Ломов // Принцип системности в психологических исследованиях. – М.: Наука, 1990. – С. 10-18. Макарова, Н.В. Информатика и ИКТ : Задачник по моделированию : 9-11 класс : Базовый уровень [Текст] : Учебное пособие / Н.В. Макарова, Г.С. Николайчук, Ю.Ф. Титова ; Под ред. Макаровой Н.В. – СПб.: Питер, 2007. – 192 с. Макарова, Н.В. О подходах к определению базовых понятий раздела «Моделирование» в школьном курсе информатики [Текст] / Н.В. Макарова, Ю.Ф. Титова // Информатика и образование. – 2004. – № 9. – C. 2-10. Макарова, Н.В. Развитие системного мышления на уроках информатики [Электронный ресурс] – Режим доступа http://www.bytic.ru/cue99M/ce6nkln81o.html. 143 93. 94. 95. 96. 97. 98. 99. 100. 101. 102. 103. 104. 105. 106. Маланов, С.В. Психологические механизмы мышления человека : мышление в науке и учебной деятельности [Текст] / C.В. Маланов. – М.: МПСИ, 2004. – 480 с. Матвеева, Т.В. Психологические основы формирования профессионального системного мышления в процессе профессиональной подготовки дизайнеров [Текст] / Т.В. Матвеева // Современные проблемы науки и образования. – 2006. – № 5. – С. 82-83. Матюшкин, А.М. Проблемные ситуации в мышлении и обучении [Текст] / А.М. Матюшкин. – М.: Педагогика, 1972. – 168 с. Махмутов, М.И. Организация проблемного обучения в школе [Текст] / М.И. Махмутов. – М.: Просвещение, 1977. – 240 с. Махмутов, М.И. Принцип проблемности в обучении [Текст] / М.И. Махмутов // Вопросы психологии. – 1984. – № 5. – С. 30-36. Мендель, А.В. Роль системного мышления в формировании системы управления на предприятии [Текст] / А.В. Мендель // Вестник Саратовского государственного технического университета. – 2009. – Т. 1. – № 1. – С. 223-229. Могилев, А.В. Информатика [Текст] : Учебное пособие для пед. вузов / А.В. Могилев, Н.И. Пак, Е.К. Хеннер ; под ред. Е.К. Хеннера. – 4-е изд., стереотип. – М.: Академия, 2007. – 848 с. Могилев, А.В. О понятии «Информационное моделирование» [Текст] / А.В. Могилев, Е.К. Хеннер // Информатика и образование. – 1997. – № 8 – C. 3-7. Молотков, Г.С. Технология формирования системного мышления студентов информационных специальностей при обучении проектированию баз данных [Текст] : Дис. … канд. пед. наук : 13.00.02 / Г.С. Молотков ; Красноярский государственный педагогический университет. – Красноярск, 2006. – 225 с. Наследов, А.Д. Математические методы психологического исследования. Анализ и интерпретация данных. Учебное пособие [Текст] / А.Д. Наследов. – СПб.: Речь, 2004. – 392 с. Ничкович, Р. Проблемное обучение как фактор формирования положительного отношения к учению [Текст] / Р. Ничкович // Вопросы психологии. – 1972. – № 2. – С. 39-44. Новик, И.Б. Вопросы стиля мышления в естествознании [Текст] / И.Б. Новик. – М.: Политиздат, 1975. – 144 с. Новик, И.Б. О моделировании сложных систем [Текст] / И.Б. Новик. – М.: Мысль, 1965. – 258 с. Новик, И.Б. Системный стиль мышления [Текст] / И.Б. Новик. – М.: Знание, 1986. – 64 с. 144 107. 108. 109. 110. 111. 112. 113. 114. 115. 116. 117. 118. 119. 120. О’Коннор, Дж. Искусство системного мышления : Необходимые знания о системах и творческом подходе к решению проблем [Текст] / Дж. О’Коннор, Иан Макдермотт. – М.: Альпина Бизнес Букс, 2006. – 256 с. Ойзерман, Т.И. Эмпирическое и теоретическое : различие, противоположность, единство [Текст] / Т.И. Ойзерман // Вопросы философии. – № 12. – 1985. – С. 49-50. Оконь, В. Основы проблемного обучения [Текст] / В. Оконь. – М.: Просвещение, 1968. – 208 с. Окулов, С.М. Информатика. Развитие интеллекта школьников [Текст] / С.М. Окулов. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2008. – 212 с. Орел, А.М. Формирование системного мышления мануальных терапевтов при изучении рентгеноанатомии позвоночника [Текст] / А.М. Орел // Мануальная терапия. – 2008. – Т. 4. – № 32. – С. 8589. Пак, Н.И. Компьютерное моделирование в примерах и задачах [Текст] : Учебное пособие / Н.И. Пак. – Красноярск: Издательство КПГУ, 1994. – 120 с. Пак, Н.И. Нелинейные технологии обучения в условиях информатизации [Текст] : Монография / Н.И. Пак. – Красноярск: РИО КГПУ, 2004. – 224 с. Паламарчук, В.Ф. Школа учит мыслить [Текст] : Пособие для учителей / В.Ф. Паламарчук. – М.: Просвещение, 1979. – 144 с. Пахомова, Н.Ю. Метод учебного проекта в образовательном учреждении [Текст] : Пособие для учителей и студентов педагогических вузов / Н.Ю. Пахомова. – М.: АРКТИ, 2003. – 110 с. Перевозчикова, Е.Н. Системность мира и мышления человека [Текст] / Е.Н. Перевозчикова // Современная высшая школа: инновационный аспект. – 2010. – № 4. – С. 104-106. Петухов, В.В. Образ мира и психологическое изучение мышления [Текст] / В.В. Петухов // Вестник Московского Университета. Серия 14. Психология. – 1984. – № 4. – С. 13-20. Пиаже, Ж. Психология интеллекта [Текст] / Ж. Пиаже. – СПб.: Питер, 2003. – 191 с. Пидкасистый, П.И. Самостоятельная познавательная деятельность школьников в обучении [Текст] : Теоретико-экспериментальное исследование / П.И. Пидкасистый. – М.: Педагогика, 1980. – 240 с. Полат, Е.С. Новые педагогические и информационные технологии в системе образования [Текст] : Учебное пособие / Е.С. Полат, 145 121. 122. 123. 124. 125. 126. 127. 128. 129. 130. М.Ю. Бухаркина, М.В. Моисеева, А.Е. Петров. – М.: Издательский центр «Академия», 1999. – 224 с. Поливанова, Н.И. Диагностика системного мышления детей 6-9 лет [Текст] / Н.И. Поливанова, И.В. Ривина // Психологическая наука и образование. – 1996. – № 1. – С. 82-89. Попова, О.Н. Формирование у старшеклассников в процессе изучения информатики умений принимать оптимальные решения [Текст] : Дис. ... канд. пед. наук : 13.00.02 / О.Н. Попова ; Уральский государственный педагогический университет. – Екатеринбург, 2003. – 200 с. Поспелов, Н.Н. Формирование мыслительных операций у старшеклассников [Текст] / Н.Н. Поспелов, И.Н. Поспелов. – М : Педагогика, 1989. – 189 с. Психологическая диагностика: учебник для вузов [Текст] / Под ред. М.К. Акимовой, К.М. Гуревича. – СПб.: Питер, 2003. – 652 с. Психологический словарь [Текст] / Под ред. В.В. Давыдова, А.В. Запорожца, Б.Ф. Ломова и др. ; Научно-исследовательский институт общей и педагогической психологии Академии педагогических наук СССР. – М.: Педагогика, 1983. – 448 с. Раскина, И.И. Изучение моделирования и формализации в школьном курсе информатики как компонентов научных основ информационных технологий [Текст] / И.И. Раскина // Информатика и образование. – 2004. – № 7. – С. 109-112. Решетова, З.А. Психологическая теория деятельности и деятельностный подход к обучению [Текст] / З.А. Решетова // Психологическая теория деятельности: вчера, сегодня, завтра / Под ред. А.А. Леонтьева. – М.: Смысл, 2006. – С. 242-250. Рожина, И.В. Обучение учащихся объектно-ориентированному программированию и технологии визуального программирования в базовом курсе информатики : дис. … канд. пед. наук : 13.00.02 / И. В. Рожина ; Уральский государственный педагогический университет. – Екатеринбург, 2002. – 176 с. Рубинштейн, С.Л. Основы общей психологии [Текст] / С.Л. Рубинштейн. – СПб.: Питер Ком, 1998. – 668 с. Сагателова, Л.С. Формирование системного стиля мышления старшеклассников в условиях интегрального образовательного пространства [Текст] : Автореф. канд. пед. наук : 13.00.01 / Л.С. Сагателова ; Волгоградский государственный педагогический университет. – Волгоград, 2006. – 27 с. 146 131. 132. 133. 134. 135. 136. 137. 138. 139. 140. 141. 142. 143. Семакин, И.Г. Информационные системы и модели : Элективный курс [Текст] : Методическое пособие / И.Г. Семакин, Е.К. Хеннер. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2006. – 71 с. Семенова, З.В. Использование задач по информатике для развития продуктивного мышления обучаемых [Текст] / З.В. Семенова, И.В. Кирьянова // Информатика и образование. – 2006. – № 10. – C. 14-20. Сенько, Ю.В. Формирование научного стиля мышления учащихся в процессе обучения [Текст] : Учебное пособие / Ю.В. Сенько. – М.: МГПИ им. В.И. Ленина, 1985. – 102 с. Скаткин, М.Н. Методология и методика педагогических исследований: (В помощь начинающему исследователю) [Текст] / М.Н. Скаткин. – М.: Педагогика, 1986. – 150 с. Скаткин, М.Н. Проблемы современной дидактики [Текст] / М.Н. Скаткин. – 2-е изд. – М.: Педагогика, 1984. – 96 с. Скибицкий, Э.Г. Стиль мышления как стратегия решения задач с использованием компьютера [Текст] / Э.Г. Скибицкий, О.В. Шкабура // Информатика и образование. – 2000. – № 10. – C. 11-18. Смирнов, С.Д. Мир образов и образ мира [Текст] / С.Д. Смирнов // Вестник Московского Университета. Серия 14. Психология. – 1981. – № 3. – С. 15-29. Смирнов, С.С. Роль инструментальных экспертных систем в развитии системного мышления и раскрытии творческого потенциала студентов [Текст] / С.С. Смирнов // Искусственный интеллект : философия, методология, инновации. Материалы первой Всероссийской конференции студентов аспирантов и молодых ученых. – М.: ИИнтеЛЛ, 2006. – С. 309-311. Советов, Б.Я. Моделирование систем [Текст] / Б.Я. Советов, С.А. Яковлев. – М.: Высшая школа, 2007. – 343 с. Соловьева, Ю.В. Система задач как дидактическое средство развития культуры мышления обучаемых [Текст] : Автореф. канд. пед. наук : 13.00.01 / Ю.В. Соловьева ; Пермский государственный педагогический университет. – Пермь, 2006. – 22 с. Софронова, Н.В. Формирование системного мышления у учащихся младших классов [Электронный ресурс] – Режим доступа www.bytic.ru/cue/2000/sl/5.htm. Спицнадель, В.Н. Основы системного анализа [Текст] : Учеб. пособие / В.И. Спицнадель. – СПб.: Изд. дом «Бизнес-пресса», 2000. – 326 с. Ставрова, О.Б. Использование компьютеров в школьных проектах [Текст] / О.Б. Ставрова. – М. : Интеллект-Центр, 2006. – 96 с. 147 144. 145. 146. 147. 148. 149. 150. 151. 152. 153. 154. 155. 156. Ставцева, Л.М. Формирование у учащихся старших классов умения оценивать адекватность компьютерных математических моделей при обучении информатике [Текст] : Автореф. дис. ... канд. пед. наук : 13.00.02 / Л.М. Ставцева ; Уральский государственный педагогический университет. – Екатеринбург, 2007. – 20 с. Стандарт среднего (полного) образования по информатике и информационным технологиям. Базовый уровень. Профильный уровень [Текст] // Информатика и образование. – 2004. – № 4. – С. 18-35. Степин, В.С. Теоретическое знание [Текст] / В.С. Степин. – М.: УРСС, 2003. – 744 с. Стернберг, Р. Практический интеллект [Текст] / Р. Стернберг. – СПб.: Питер, 2002. – 272 с. Талызина, Н.Ф. Управление процессом усвоения знаний [Текст] / Н.Ф. Талызина. – М.: Издательство МГУ, 1984. – 344 с. Теплов, Б.М. Ум полководца [Текст] / Б.М. Теплов // Проблемы индивидуальных различий. – М.: Издательство АПН РСФСР, 1961. – С. 252-344. Терский, Н.Л. Теоретическое мышление и его проникновение в дидактику и школу [Текст] : учебное пособие / Н.Л. Терский. – Красноярск: Красноярский государственный педагогический университет, 1990. – 137 с. Тихомиров, O.K. Структура мыслительной деятельности (опыт теоретического и экспериментального исследования) [Текст] / О.К. Тихомиров. – М.: Издательство МГУ, 1969. – 304 с. Тихомиров, О.К. Психология мышления [Текст] : Учебное пособие для вузов / О.К. Тихомиров. – М.: Издательство МГУ, 1984. – 270 с. Тихомиров, О.К. Язык программирования и развитие творческого мышления [Текст] / О.К. Тихомиров, Н.Ю. Повякель // Вестник высшей школы. – 1990. – № 8. – С. 47-51. Толкачев, В.К. Роскошь системного мышления: руководствопрактикум по развитию мышления [Текст] / В.К. Толкачев. – СПб.: Центр практической психологии «Эмпатия», 1999. – 348 с. Туленов, Ж.Т. Диалектика и стиль научного мышления [Текст] / Ж.Т. Туленов. – Ташкент: Узбекистан, 1985. – 276 с. Угринович, Н.Д. Исследование информационных моделей : Элективный курс [Текст] : Учебное пособие / Н.Д. Угринович. – 2е изд., испр., доп. –М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2006. – 200 с. 148 157. 158. 159. 160. 161. 162. 163. 164. 165. 166. 167. 168. Уемов, А.И. Системный подход и общая теория систем [Текст] / А.И. Уемов. – М.: Мысль, 1978. – 272 с. Ускова, Н.Н. Формирование элементов системного мышления учащихся средствами информационного моделирования [Текст] : На материале 2-3 классов : Дис. ... канд. пед. наук : 13.00.01 / Н.Н. Ускова ; Марийский государственный педагогический институт. – Йошкар-Ола, 2005. – 229 с. Учебно-методический комплекс «Компьютерное моделирование» [Электронный ресурс] – Режим доступа http://informatika.kspu.ru/mproj/umk_modeling. Фомин, А.Е. Ум практика: от проблемы к плану, от плана к действию [Текст] : Учебно-методическое пособие к спецкурсу / А.Е. Фомин. – Калуга: Калужский государственный педагогический университет им. К. Э. Циолковского, 2007. – 185 с. Формирование личности в переходный период от подросткового к юношескому возрасту [Текст] / Под ред. И.В. Дубровиной ; НИИ общей и педагогической психологии АПН СССР. – М.: Педагогика, 1987. – 184 с. Формирование системного мышления в обучении [Текст] : Учебное пособие / Под ред. З.А. Решетовой. – М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2002. – 344 с. Фридланд, А.Я. О методологии моделирования [Текст] / А.Я. Фридланд, И.А. Фридланд // Педагогическая информатика. – 2004. – № 3. – С. 96-102. Хеннер, Е.К. Курс «Математическое моделирование» [Текст] / Е.К. Хеннер, А.П. Шестаков // Информатика и образование. – 1996. – № 4. – С. 17-23. Холодная, М.А. Психология интеллекта. Парадоксы исследования [Текст] / М.А. Холодная. – 2-е изд., перераб. и доп. – СПб.: Питер, 2002. – 272 с. Хуторской, А.В. Развитие одаренности школьников : Методика продуктивного обучения [Текст] : Пособие для учителя / А.В. Хуторской. – М.: Гуманитарный издательский центр ВЛАДОС, 2000. – 320 с. Цыбикова, Т.С. Педагогические основы использования метода проектов в условиях информационного общества [Текст] : Автореф. дис... канд. пед. наук : 13.00.01 / Т.С. Цыбикова ; Бурятский государственный университет. – Улан-Удэ, 2001. – 18 с. Черников, В.В. Необходимость и возможность формирования системного стиля мышления в средней общеобразовательной 149 169. 170. 171. 172. 173. 174. 175. 176. 177. 178. 179. 180. школе [Электронный ресурс] – Режим доступа http://www.ito.su/1995/a/chernik.html. Черников, В.В. Формирование системного мышления у учащихся старших классов общеобразовательных учреждений [Текст] : Дис. ... канд. пед. наук : 13.00.01 / В.В. Черников ; Институт повышения квалификации и переподготовки работников народного образования Московской области. – М., 1998. – 153 с. Чошанов, М.А. Малая группа в учебном процессе. О кооперативных методах обучения [Текст] / М.А. Чошанов // Директор школы. – 1999. – № 4. – С. 65-72. Чошанов, М.А. Малая группа в учебном процессе. О кооперативных методах обучения [Текст] / М.А. Чошанов // Директор школы. – 1999. – № 5. – С. 75-78. Чудинова, Е.В. Особенности моделирования в учебной деятельности подростка [Текст] / Е.В. Чудинова // Вопросы психологии. – 2005. – № 4. – С. 107-117. Шабельников, В.К. Формирование быстрой мысли : Психологические механизмы «непосредственного» понимания объектов [Текст] / В.К. Шабельников. – Алма-Ата: Мектеп, 1982. – 210 с. Шадриков, В.Д. Интеллектуальные операции [Текст] / В.Д. Шадриков. – М.: Логос, 2006. – 108 с. Шаров, А.С. Рефлексивный подход в обучении информатике [Текст] : Монография / А.С. Шаров, Д.А. Шаров. – Омск: Издательство ОмГПУ, 2007. – 202 с. Ширяева, В.А. Развитие системно-логического мышления учащихся в процессе изучения теории решения изобретательских задач (ТРИЗ) [Текст] : Дис. ... канд. пед. наук : 13.00.01 / В.А. Ширяева ; Саратовский государственный университет. им. Н.Г. Чернышевского. – Саратов, 2000. – 241 с. Шпер, В.Л. Кому и зачем нужны системное и статистическое мышление [Текст] / В.Л. Шпер // Сертификация. – 2008. – № 3. – С. 30-35. Штофф, В.А. Роль моделей в познании [Текст] / В.А. Штофф. – Л.: Издательство Ленинградского университета, 1963. – 213 с. Щедровицкий, Г.П. Процессы и структуры в мышлении [Текст] / Г.П. Щедровицкий. – М.: Путь, 2003. – 320 с. Эльконин, Д.Б. О структуре учебной деятельности [Текст] / Д.Б. Эльконин // Избранные психологические труды. – М.: Педагогика, 1989. – 560 с. 150 181. 182. 183. 184. 185. 186. 187. 188. 189. 190. 191. 192. 193. 194. 195. Юдин, Э.Г. Системный подход и принцип деятельности : Методологические проблемы современной науки [Текст] / Э.Г. Юдин. – М.: Наука, 1978. – 391 с. Argyris, C. Teaching smart people how to learn [Text] / C. Argyris // Harvard Business Revue. – 1991, May-June. – P. 99-109. Baker, J. Systems Thinking and Counterinsurgencies [Text] / J. Baker // US Army War College. – 2006. – Vol. 36, № 4. – P. 26-43. Barton, J. Analysis, Synthesis, Systems Thinking and the Scientific Method: Rediscovering the Importance of Open Systems [Text] / J. Barton, T. Haslett // Systems Research and Behavioral Science. – 2007. – № 24. – P. 143-155. Bierema, L.L. Systems Thinking : A new Lens for Old Problems [Text] / L.L. Bierema // Journal of Continuing Education in the Health Professions. – 2003. – Vol. 23, Spring, Supplement. – P. 27-33. Bloom, B.S. Taxonomy of educational objectives: The classification of educational goals: Handbook I, cognitive domain [Text] / B.S. Bloom. – New York: Longmans Green, 1956. – 207 p. Cavaleri, S.A. Systems Thinking for Knowledge [Text] / S.A. Cavaleri // Journal of General Evolution. – 2005. – Vol. 61, № 5. – P. 378-396. Checkland, P. Systems thinking, Systems practice [Text] / P. Checkland. – New York: Wiley. 1981. – 224 p. Evans, J. Dual-processing accounts of reasoning, judgment, and social cognition [Text] / J. Evans // Annual Review of Psychology. – 2008. – Vol. 59. – P. 255–278. Fordyce, D. The Development of Systems Thinking in Engineering Education : an interdisciplinary model [Text] / D. Fordyce // European Journal of Engineering Education. – 1988. – Vol. 13, № 3. – P. 283292. Frank, M. Engineering Systems Thinking and Systems Thinking [Text] / M. Frank // Systems Engineering. – 2000. – Vol. 3, № 3. – P. 163-168. Holger, A. Enhancing System Thinking in Education Using System Dynamics [Text] / A. Holger // SIMULATION. – 2006. – Vol. 82, № 11, – P. 795-806. Jackson, M.C. Systems thinking : creative holism for managers [Text] / M.C. Jackson. – Chichester: John Wiley and Sons Ltd., 2003. – 376 p. Laporta, J. Systems Thinking : when engineering education calls itself into question [Text] / J. Laporta // European Journal of Engineering Education. – 1988. – Vol. 13, № 3. – P. 293-306. Maani, K.E. Links between systems thinking and complex decision making [Text] / K.E. Maani, V. Maharaj // System Dynamics Review. – 2004. – Vol. 20, № 1. – P. 21-48. 151 196. 197. 198. 199. 200. 201. 202. 203. 204. 205. Mulej, M. Informal systems thinking or systems theory [Text] / M. Mulej, M. Bastic, J. Belak, J. Knez-Riedl, M. Pivka, V. Potocan, M. Rebernik, D. Ursic, Z. Zenko, N. Mulej // Cybernetics and Systems : An International Journal. – 2003. – Vol. 34. – P. 71-92. Nehdi, M. Raising the Bar for Civil Engineering Education : Systems Thinking Approach [Text] / M. Nehdi, R. Rehan // Journal of Professional Issues in Engineering Education & Practice. – 2007. – Vol. 133, № 2. – P. 116-125. Richmond, B. Systems thinking: critical thinking skills for the 1990s and beyond [Text] / B. Richmond // System Dynamics Review. – 1993. – Volume 9. – № 2. – P. 113-133. Richmond, B. The «thinking» in systems thinking: Seven essential skills [Text] / B. Richmond. – MA, Pegasus Communications, 2000. – 26 p. Rosenthal, A.T. Teaching systems thinking and practice through environmental art [Text] / A.T. Rosenthal // Ethics & the Environment. – 2003. – Vol. 8, № 1. – P. 153-168. Saarinen, E., Hamalainen R.P. Systems Intelligence: Connecting Engineering Thinking with Human Sensitivity [Text] / E. Saarinen, R.P. Hamalainen // Systems Intelligence - Discovering a Hidden Competence in Human Action and Organizational Life. – Helsinki University of Technology, Systems Analysis Laboratory, Research Reports A88, – 2004. – P. 9-37. Saarinen, E., Hamalainen R.P. The Originality of Systems Intelligence [Text] / E. Saarinen, R.P. Hamalainen // Essays on Systems Intelligence / Ed. by Raimo P. Hamalainen and Esa Saarinen. – Aalto University, School of Science and Technology, Espoo, Finland, 2010. – P. 9-28. Sarkikoski, T. Re-orientation in Systems Thinking? Some remarks on the methodological and ideological traits of technological reproduction [Text] / T. Sarkikoski // European Journal of Engineering Education. – 1988. – Vol. 13, № 3. – P. 341-349. Senge, P. The fifth discipline : The art and practice of the learning organization [Text] / P. Senge. – New York: Random House Business Books. – 1993. – 432 p. Systems Thinking in School. A Waters Foundation Project [Electronic resource] / URL: http://www.watersfoundation.org/ index.cfm?fuseaction=content.display&id=120 (Retrieve date: 28.03.2011) 152 206. 207. Thornton, B. Systems Thinking A Skill to Improve Student Achievement [Text] / B. Thornton, G. Peltier, G. Perreault // Clearing House. – 2004. – Vol. 77, № 5. – P. 222-227. Waldman, J.D. Thinking Systems Need Systems Thinking [Text] / J.D. Waldman // Systems Research and Behavioral Science. – 2007. – № 24. – P. 271-284. 153 ПРИЛОЖЕНИЯ ПРИЛОЖЕНИЕ 1 КОМПЛЕКТ ЗАДАЧ ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ СИСТЕМНОСТИ МЫШЛЕНИЯ НА КОНСТАТИРУЮЩЕМ ЭТАПЕ ЭКСПЕРИМЕНТА 1. 2. 3. 4. 5. 1. 2. 3. 4. 5. Умение узнавать системные объекты и отличать их от несистемных Приведите пример любой системы. Почему вы считаете это системой? Из каких элементов состоит система, пример которой вы привели? Каким образом связаны элементы системы, пример которой вы привели? Является ли системой молекула воды? Ответ обоснуйте. Приведите пример любой модели системы. Почему вы считаете это моделью? Умение видеть систему как иерархическую структуру взаимодействующих между собой элементов Расположите в иерархическом порядке: Солнечная система, галактика, Венера, созвездие, Земля, метагалактика, Марс, Вселенная. В какую систему входят следующие объекты: река, исток, озеро, дельта, русло, водоросли, рыбы? Изобразите эту систему в иерархическом порядке. Из каких подсистем состоит система «дом»? Изобразите систему «дом» в виде иерархической структуры. Перечислите как можно больше общих подсистем, характерных одновременно для животных и растений. Назовите как можно больше общих надсистем, характерных одновременно для города и села. 154 1. 2. 3. 4. 5. 1. 2. 3. 4. 5. Умение выделять общий принцип построения системы и её интегративные свойства Известно, что радиоприемник состоит из деталей. Ни одна из них не может превращать радиоволны в звук, а радиоприемник может. Почему? Перечислите как можно больше систем, в которые входит человек. Обоснуйте, почему вы считаете, что это системы? Назовите как можно больше систем, в которые входит яблоко. Обоснуйте, почему вы считаете, что это системы? Выберите в перечисленном ниже списке системы: а) живая клетка; б) груда камней; в) компьютер; г) грядка овощей. Ответ обоснуйте. Допустим, что один работник решает x задач в день. Есть еще два работника такой же квалификации, которые работают отдельно друг от друга. Сколько задач будут выполнять эти три работника, работая вместе в одной команде. Варианты: а) меньше чем 3x; б) ровно 3x; в) больше чем 3x. Ответ обоснуйте. Умение конструировать на основе заданных интегративных свойств новую систему или разрабатывать и использовать модель системы Составьте полезные системы, используя некоторые из следующих предметов: стол, иголка, книга, резинка, стакан, стул, нитка, очки, носки, полка. Почему вы считаете, что это системы? Опишите, какие положительные и отрицательные последствия для Сибири может принести глобальное потепление климата на планете. На берегу озера, окруженного большими массивами леса, решили построить бумажный комбинат. Выскажите все предположения о том, к чему может привести постройка бумажного комбината. Перечислите как можно больше условий, которыми необходимо руководствоваться при выборе места для строительства металлургического комбината. Перечислите как можно больше вероятных причин, по которым не запускается на компьютере новая, только что установленная, игра. 155 КОМПЛЕКТ ЗАДАЧ ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ СИСТЕМНОСТИ МЫШЛЕНИЯ НА КОНТРОЛЬНОМ ЭТАПЕ ЭКСПЕРИМЕНТА 1. 2. 3. 4. 5. 1. 2. 3. 4. 5. Умение узнавать системные объекты и отличать их от несистемных Попытайтесь дать определение понятию «система». В чем отличие системы от набора элементов? Приведите пример любой системы. Почему вы считаете, что это система? Попытайтесь дать определение понятию «модель». Приведите примеры из любой области знаний, когда моделирование систем или явлений помогало лучше понять их суть, предсказать их поведение. Умение видеть систему как иерархическую структуру взаимодействующих между собой элементов Классифицируйте и расположите в иерархическом порядке: подорожник, лес, зверобой, иголки, сосна, земляника, черника, лисички, клубника, ветви, береза, мухоморы, ромашка, брусника, листья. В какую систему входят следующие подсистемы и компоненты: виртуальная память, подсистема ввода-вывода, файловая система, драйверы, подсистема управления памятью? Изобразите эту систему в иерархическом порядке. Из каких подсистем состоит система «армия»? Изобразите систему «армия» в виде иерархической структуры. Назовите как можно больше общих подсистем, характерных одновременно для сотового телефона и компьютера. Назовите как можно больше общих надсистем для сердца и почек. 156 1. 2. 3. 4. 5. 1. 2. 3. 4. 5. Умение выделять общий принцип построения системы и её интегративные свойства Укажите общее полезное свойство для таких объектов как утюг, холодильник, магнитофон, телевизор, электроплита, стиральная машина? Перечислите как можно больше систем, в которые входит книга. Обоснуйте, почему вы считаете, что это системы? Является ли системой компьютер без программного обеспечения? Ответ обоснуйте. Выберите в перечисленном ниже списке системы: а) галактика; б) группа людей на улице; в) автомобиль без колес; г) пирамида Хеопса. Ответ обоснуйте. Предприятие A выпускало в течение года X единиц продукции. Предприятие B – Y единиц продукции. Какой объём продукции будет выпускать предприятие после объединения предприятий A и B. Варианты: а) меньше чем X+Y; б) ровно X+Y; в) больше чем X+Y. Ответ обоснуйте. Умение конструировать на основе заданных интегративных свойств новую систему или разрабатывать и использовать модель системы Какие подсистемы системы «фонтан» могут включать в себя некоторые из следующих элементов: бассейн, прожектора для освещения фонтана, вода в бассейне, электрический щит для включения прожекторов и насосов, трубы, скульптуры в бассейне, насосы для подачи воды, водопроводные краны. Составьте полезные системы, используя некоторые из следующих предметов: полка, иголка, книга, резинка, стакан, стул, нитка, очки, носки, стол. Почему вы считаете, что это системы? Какими вероятными причинами может быть обусловлен резкий рост численности грызунов в некотором регионе? Перечислите как можно больше последствий установки дополнительного вентилятора в системный блок персонального компьютера. Опишите последствия строительства крупной гидроэлектростанции в какой-либо местности. 157 ПРИЛОЖЕНИЕ 3 БЛАНК ЭКСПЕРТНОЙ ОЦЕНКИ ЗНАЧИМОСТИ СИСТЕМНЫХ ПОНЯТИЙ В СТРУКТУРЕ МЫСЛИТЕЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ УЧАЩИХСЯ ФИО_________________________________________________________ Дата ____________ Ученая степень_______________Стаж препод. работы_______________ Инструкция: проранжируйте, пожалуйста, каждое из перечисленных ниже системных понятий, в соответствие с их значимостью в структуре мыслительной деятельности учащихся. Понятие Ранг 1. Система 2. Модель 3. Интегративное свойство системы 4. Структура системы 5. Объект 6. Информация 7. Подсистема 8. Компонент 9. Функция 10. Связь 11. Иерархия 12. Процесс 13. Управление 14. Обратная связь 15. Среда Если Вы считаете необходимым, впишите, пожалуйста, другие понятия и категории, которые Вы считаете существенными для системного мышления и оцените их значимость. _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ 158 ПРИЛОЖЕНИЕ 4 БЛАНК ЭКСПЕРТНОЙ ОЦЕНКИ ЗНАЧИМОСТИ СИСТЕМНЫХ УМЕНИЙ В СТРУКТУРЕ МЫСЛИТЕЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ УЧАЩИХСЯ ФИО_________________________________________________________ Дата ____________ Ученая степень_________________Стаж препод. работы_______________ Инструкция: оцените, пожалуйста, значимость каждого из перечисленных ниже умений в структуре мыслительной деятельности, отметив знаком √ в соответствующей ячейке. 1) Умение узнавать системные объекты и отличать их от несистемных. 1 2 3 4 5 6 7 Малозначимо Очень значимо 2) Умение видеть систему как иерархическую взаимодействующих между собой элементов. 1 2 3 4 5 6 структуру 7 Малозначимо Очень значимо 3) Умение выделять общий принцип построения системы и ее интегративные свойства. 1 2 3 4 5 6 7 Малозначимо Очень значимо 4) Умение конструировать на основе заданных интегративных свойств новую систему. 1 2 3 4 Малозначимо 5 6 7 Очень значимо 159 Если Вы считаете необходимым, впишите, пожалуйста, другие умения, которые Вы считаете существенными элементами системного мышления и оцените их значимость. 5) ____________________________________________________________ 1 2 3 4 5 6 7 Малозначимо Очень значимо 6) _____________________________________________________________ 1 2 3 4 Малозначимо 5 6 7 Очень значимо 160 ПРИЛОЖЕНИЕ 5 ЭКСПЕРТНЫЕ ОЦЕНКИ ЗНАЧИМОСТИ БАЗОВЫХ СИСТЕМНЫХ ПОНЯТИЙ ДЛЯ ИХ ФОРМИРОВАНИЯ В СТРУКТУРЕ МЫСЛИТЕЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ УЧАЩИХСЯ Базовые системные понятия Система Структура системы Подсистема Компонент Связь Иерархия Модель Интегративное свойство системы Объект Процесс Управление Информация Функция Обратная связь Среда 1 2 4 15 14 6 7 3 2 3 1 8 12 14 2 9 Экспертные оценки 3 4 5 6 7 8 1 1 1 1 1 1 3 2 3 10 2 2 5 5 4 2 6 3 6 6 5 3 4 4 7 9 2 4 5 7 12 7 15 7 3 6 2 4 6 6 13 12 9 9 6 2 1 4 3 10 5 11 4 3 13 5 11 7 11 1 12 10 8 9 11 13 15 14 8 11 10 12 13 10 7 5 4 13 6 15 8 9 10 11 13 15 14 161 7 10 11 8 14 12 9 11 8 9 13 12 14 15 12 8 10 15 9 7 14 5 8 9 13 10 11 14 5 8 13 12 7 15 14 Средний ранг 2,22 3,67 5,56 6,11 6,44 6,89 7,22 7,78 8,22 9,33 9,44 10,56 10,78 11,44 13,44 Научное издание Игорь Анатольевич Сычёв, Олег Анатольевич Сычёв ФОРМИРОВАНИЕ СИСТЕМНОГО МЫШЛЕНИЯ В ОБУЧЕНИИ СРЕДСТВАМИ ИНФОРМАЦИОННО-КОММУНИКАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ Монография ISBN 978-5-85127-670-5 Сдано в набор 17.10.2011. Подписано в печать 28.11.2011. Формат 60х90/16. Гарнитура Times. Бумага офсетная. Печать оперативная. Усл. печ. л. 10. Тираж 300 экз. Заказ 3011, с. (сп.) 2763 Редакционно-издательский отдел Алтайской государственной академии образования им. В.М. Шукшина – 659333, г. Бийск, ул. Короленко, 53. УППЛ Алтайской государственной академии образования им. В.М. Шукшина – 659333, г. Бийск, ул. Короленко, 55/1 162
