Методы развития продуктивного мышления на уроках математики

На второй стадии преобладает наглядно-образное мышление; оно позволяет решать задачи на основе оперирования уже не реальными предметами, а образами восприятия и представлений, содержащимися в детском опыте. Связь мышления с практическими действиями хоть и сохраняется, но не является такой прямой, непосредственной, как раньше, чтобы решать задачи ребенок должен отчетливо воспринимать, наглядно представлять рисуемую в них ситуацию.

На третьей, высшей, ступени развития ведущую роль в мыслительной деятельности приобретает отвлеченное, абстрактно-теоретическое мышление.

Мышление выступает здесь в форме отвлеченных понятий и рассуждений, отражающих существенные стороны окружающей действительности, закономерные связи между ними. Овладение в ходе усвоения основ наук понятиями, законами, теориями оказывает значительное влияние на умственное развитие школьников. Оно раскрывает богатые возможности самостоятельного творческого приобретения знаний, их широкого применения на практике.

Полученная в исследованиях характеристика стадий мышления позволила наметить основную линию его развития -- от практического мышления, скованного конкретной ситуацией, к отвлеченному абстрактно-теоретическому мышлению, безгранично расширяющему сферу познания, позволяющему выходить далеко за пределы непосредственного чувственного опыта.

Под влиянием всевозрастающих требований к школьному образованию психологи начали исследовать «зону ближайшего развития» детей. Была поставлена задача выяснить, каковы возможности мышления детей, если так изменить содержание и методы обучения, чтобы они активизировали развитие отвлеченного, абстрактно-теоретического мышления (В.В. Давыдов, С.Ф. Жуйков, Л.В. Занков, А.В. Запорожец, А.А. Люблинская, Н.А. Менчинская, А.В. Скрипченко, Д.Б. Эльконин и др.).

Эксперименты блестяще подтвердили гипотезу о гораздо больших, чем считалось ранее, возможностях интеллекта детей. Оказалось, что уже первоклассники могут оперировать отвлеченными символами, решать задачи на основе формул, овладевать грамматическими понятиями и т. д.

Вместе с тем установка на более раннее развитие отвлеченного, понятийного мышления, на его формирование на основе движения «от абстрактного к конкретному» -- вероятно, вследствие подчас ошибочного понимания сущности этого процесса -- на практике нередко приводит к недооценке роли наглядности, конкретизации знаний, а также к значению деятельности и других видов мышления.

Нельзя забывать о том, что и отвлеченное, абстрактно-теоретическое мышление, далеко выходя за пределы чувственного опыта, только тогда обладает действенной силой, позволяет проникать в суть познаваемой действительности, когда оно неразрывно связано с наглядно-чувственными данными.

Форсированное развитие отвлеченного мышления, без достаточной конкретизации усваиваемого материала, без связи с наглядно-практическим и наглядно-образным мышлением может привести к формальному усвоению знаний, к образованию пустых абстракций, оторванных от живой действительности.

Гармоничное развитие личности предполагает активизацию всех видов мышления, их совершенствование.

Необходимость развивать различные виды мыслительной деятельности вытекает из специфики продуктивного, творческого мышления. Процесс открытия новых знаний и у ребенка, впервые познающего давно открытые человечеством истины, и у ученого, впервые проникающего за пределы известного, не происходят в виде строгих логических рассуждений, непосредственно опирающихся на знакомые закономерности. Решение проблемы нередко происходит интуитивно, и в этом процессе существенную роль играют и практическое и образное мышление, непосредственно связанное с чувственной опорой.

Решение проблемы в словесном плане, на основе теоретических рассуждений развертывается постепенно, звено за звеном, человеку невозможно при этом охватить все необходимые звенья, что затрудняет установление взаимосвязи между ними.

Включение в этот процесс наглядно-образного мышления дает возможность сразу, «одним взглядом» охватить все входящие в проблемную ситуацию компоненты, а практические действия позволяют установить взаимосвязь между ними, раскрыть динамику исследуемого явления и тем самым облегчают поиск решения.

Преобладание практических, образных или понятийных видов мыслительной деятельности определяется не только спецификой решаемой проблемы, но и индивидуальными особенностями самих людей.

Вот почему мы полагаем, что одним из важнейших принципов развития творческого мышления является оптимальное (отвечающее целям обучения и психическим особенностям индивида) развитие разных видов мыслительной деятельности: и абстрактно-теоретического, и наглядно-образного, и наглядно-действенного, практического мышления.

2.4 Специальное формирование как алгоритмических, так и эвристических приемов умственной деятельности

Исследование процесса усвоения и применения знаний показали, что обычно учащиеся усваивают содержательную сторону знаний и непосредственно с ней связанные конкретные приемы решения довольно узкого круга задач. Лишь у школьников с высокой обучаемостью на основе решения единичных задач формируются обобщенные приемы, методы решения целого класса задач.

Формирование такого рода обобщенных приемов умственной деятельности чрезвычайно важно, так как оно означает существенный сдвиг в интеллектуальном развитии, расширяет возможности переноса знаний в относительно новые условия. Поскольку основная масса учащихся самостоятельно не овладевает более обобщенными приемами умственной деятельности, их формирование должно стать важной задачей обучения.

В соответствие с этим одним из принципов развития творческого, продуктивного мышления является специальное формирование обобщенных приемов умственной деятельности.

Обобщенные приемы умственной деятельности делятся на две большие группы -- приемы алгоритмического типа и эвристические.

Остановимся сначала на характеристике приемов алгоритмического типа.

Это приемы рационального, правильного мышления, полностью соответствующего законам формальной логики. Точное следование предписаниям, даваемым такими приемами, обеспечивает безошибочное решение широкого класса задач, на который эти приемы непосредственно рассчитаны.

Вооружение учащихся правильными, рациональными приемами мышления, обучение тому, как определять понятия, классифицировать их, строить умозаключения, решать в соответствии с данным алгоритмом задачи, оказывает положительное влияние и на самостоятельное, продуктивное мышление, обеспечивает возможность решения задач-проблем.

Формирование приемов мыслительной деятельности алгоритмического типа, ориентирующих на формально-логический анализ задач, является необходимым, но не достаточным условием развития мышления. Необходимо оно, во-первых, потому, что содействует совершенствованию репродуктивного мышления, являющегося важным компонентом творческой деятельности (особенно на начальном и конечном этапах решения проблем). Во-вторых, эти приемы служат тем фондом знаний, из которых ученик может черпать «строительный материал» для создания, конструирования методов решения новых для него задач. Недостаточным формирование алгоритмических приемов является потому, что не соответствует специфике продуктивного мышления, не стимулирует интенсивное развитие именно этой стороны мыслительной деятельности.

Вот почему формирование таких приемов должно сочетаться со специальным вооружением учащихся приемами эвристического типа.

Приемы другого типа назвали эвристическими потому, что они непосредственно стимулируют поиск решения новых проблем, открытие новых проблем, открытие новых для субъекта знаний и тем самым соответствуют самой природе, специфике творческого мышления.

В отличие от приемов алгоритмического типа, эвристические приемы ориентируют не на формально-логический, а на содержательный анализ проблем. Они направляют мысль решающих на проникновение в суть описываемого в условии предметного содержания, на то, чтобы за каждым словом они видели его реальное содержание и по нему судили о роли в решении того или иного данного.

Многие эвристические приемы стимулируют включение в процесс решения проблем наглядно-образного мышления, что позволяет использовать его преимущество перед словесно логическим мышлением -- возможность целостного восприятия, видения всей описываемой в условии ситуации. Тем самым облегчается течение характерных для продуктивного мышления интуитивных процессов.

Часть этих приемов направляет решающего на использование весьма характерного для творческой деятельности мыслительного эксперимента, который облегчает постановку и предварительную проверку гипотез и пути решения проблем. Включая имеющиеся в условии задачи данные в различные связи, в новые ситуации, решающий тем самым «вычерпывает» их новые признаки, используя оптимальный для творческого процесса «анализ через синтез».

К эвристическим приемам относится конкретизация, когда ученик придает абстрактным данным условия более конкретную форму.

Так, в задаче сказано, что при продаже товара получено 1260 рублей прибыли. Ученик уточняет: «Это магазин купил за какую-то цену, а потом продал товар и за него получил на 1260 рублей больше». Этот прием дополняется приемом графического анализа, вводящего наглядные опоры различной степени символизации.

Противоположным является прием абстрагирования, когда решающий отбрасывает конкретные детали, «оголяя» данные и соотношения между ними. «На 4800 рублей больше и вдвое дороже» -- вот и все, что выделено учеником в одной из задач, и на этом сосредотачивает он внимание.

Наиболее распространенным приемом, облегчающим выявление функциональных связей между данными, является варьирование. Этот прием заключается в том, что ученик произвольно отбрасывает или изменяет величину одного из данных (а иногда и нескольких) и на основе логического рассуждения выясняет, какие следствия вытекают из такого преобразования, как отразилась изоляция данного на остальных. По этим изменениям легче судить о связи выделенного данного с другими.

Например, в одной из задач испытуемый последовательно отбрасывает содержащиеся в ней данные. «Если отбросить 1 руб. 50 коп., т. е. разницу между литра кислоты и литра раствора, то стало бы дешевле… А у нас получено 3 рубля прибыли… Забудем о трех рублях…» Решающий отбрасывает три рубля, потом пять литров воды, добавленные в кислоту, и это последовательное мысленное экспериментирование приводит его к верному решению.

Широко используются при решении проблем приемы аналогии, постановка аналитических вопросов.

Проблеме эвристических приемов решения задач посвящена книга Д. Пайя «Как решать задачу». Автор рекомендует хорошо понять условие задачи, последовательно ставя себе вопросы: «Что известно? Что дано? Достаточно ли этих данных, чтобы определить искомое?» И т. п. Далее он советует сделать чертеж, кратко записать условие, разбить его на части. Полезно вспомнить похожую задачу и попробовать использовать метод её решения или же применить аналогию.

Владеют ли эвристическими приемами школьники, с какого примерно возраста? Как они ими овладевают? Исследования показывают, что эти приемы при решении новых задач используют лишь наиболее развитые школьники.

Очевидно, необходимо специально обучать эвристическим приемам.

Имеются работы, направленные на решение этой задачи. Такое исследование, например, проведено Ю.Н. Кулюткиным. В нем были использованы элементы программированного обучения, составлены программы, предусматривающие описание эвристических приемов. К ним относятся следующие приемы:

Первоначальная схематизация имеющихся в условии задачи отношений (т. е. краткое её содержание с выделением исходных данных).

Перевод условия с житейского языка, на котором оно нередко дано, на язык научных терминов, понятий.

Привлечение наглядности, в том числе наглядных аналогий, как опоры для поиска решения.

Условное упрощение анализируемой системы.

Уточнение идеи решения, когда она найдена (т. е. точное определение того типа соотношений, которое содержится в данной ситуации).

Ю.Н. Кулюткин указывает, что положительным итогом проведенного обучения явилось изменение самого подхода к учению. Школьников стала привлекать самостоятельная познавательная деятельность, т. е. у них изменилась мотивация учения. Очевидно, существенное влияние оказали положительные эмоции, возникающие при самостоятельном открытии, которое оценивается решающим, как его интеллектуальная победа.

Итак, алгоритмические приемы обеспечивают правильное решение задач известных учащимся типов; они учат школьников логике рассуждений, служат фоном, который возможно использовать при поисках решения проблем. Эвристические приемы позволяют действовать в условиях неопределенности, в принципиально новых ситуациях, облегчая поиск решения новых проблем.

Следовательно, одним из принципов развития творческого мышления должно быть специальное формирование как алгоритмических, так и эвристических приемов умственной деятельности.

2.5 Специальная организация мнемической деятельности

В психологических работах, непосредственно связанных с проблемами продуктивного, творческого мышления, немалое внимание уделяется описанию отрицательной роли прошлого опыта, который может препятствовать, тормозить движение в принципиально новом направлении, подчеркивается необходимость преодоления «барьера прошлого опыта».

Эти исследования отражают известный прогресс в решении проблемы продуктивного мышления и путей его развития и оказывают свое положительное влияние на практику обучения.

Однако, как это нередко бывает, усиленное внимание к одной стороне мыслительной деятельности (продуктивному мышлению) в практике обучения может привести к недооценке другой ее стороны -- репродуктивного мышления и неразрывно связанной с ней мнемической деятельности, обеспечивающей прочность знаний, их готовность к актуализации в соответствии с требованиями задачи, вместо этого у школьников подчас не формируется прочной системы знаний основ изучаемого материала, из-за чего тормозится и интеллектуальное развитие.

Нередко полагают, например, что не следует заботиться о знании формул, их всегда можно воспроизвести по справочникам. Ответ на вопрос, надо ли запоминать формулы, в частности, получен в исследовании С.И. Шапиро.

Результаты экспериментов показали, что в простых ситуациях, когда зависимости используются всегда одинаково (т. е. когда требуется репродуктивное мышление), их предварительное специальное запоминание не обязательно, вполне возможно использование внешних средств (справочников и т. п.).

Напротив, в сложных ситуациях, при решении нестандартных задач, т. е. тогда, когда должно активизироваться продуктивное мышление, необходимо прочное закрепление основных формул в памяти.

Известный педагог В.Ф. Шаталов на аналогичный вопрос отвечает: «Ученик, который работает со справочником, отличается от ученика, который знает все формулы, так же как отличается начинающий шахматист от гроссмейстера. Он видит только один ход вперед».

Прямая установка на запоминание повышает уровень мыслительной активности при работе над подлежащим усвоению материалом, степень ее саморегуляции и самоконтроля, что значительно увеличивает эффект усвоения. Этому же способствует сознательное применение рациональных приемов мнемической деятельности (таких как группировка, классификация, составление плана, выделение смысловых опор и т. д.).

Продуктивное мышление предполагает выход за пределы имеющихся знаний. Однако именно эти знания -- опора в открытии нового. Чтобы открывать новое, отвергать уже известное, необходимо владеть этим старым, иметь достаточно широкий объем знаний (включая и их операционную сторону), достаточных для движения вперед и находящихся в состоянии готовности к актуализации в соответствии с поставленной перед субъектом целью.

Чтобы выполнить это чрезвычайно важное требование, нужно предусмотреть специальную организацию мнемической деятельности, обеспечивающую прочность усваиваемых знаний и их готовность к актуализации при решении проблем. Эта специальная организация -- один из важнейших принципов развития продуктивного мышления.

Для обеспечения достаточного уровня знаний авторы учебных программ и учебников стремятся вводить в них все новые и новые данные. Однако, чем больше объем подлежащих усвоению знаний, тем труднее обеспечить прочность их усвоения.

Следовательно, необходимо как-то ограничить тот круг знаний, которые подлежат усвоению и искать пути организации знаний в такую систему высокого уровня обобщения, в которой по относительно немногим прочно закрепленным ее звеньям на основе рассуждений ученик мог бы найти дополнительные звенья, необходимые для оперирования приобретенными знаниями.

Важно четко ограничить обязательный минимум знаний от второстепенного материала и ориентировать учащихся на тщательное закрепление именно основных знаний и способов оперирования ими, что лучше делать сразу же при введении нового материала.

Ориентация на выделение и обобщение существенного в материале, классификацию в зависимости от его значимости содействует формированию одного из важнейших качеств продуктивного мышления -- глубины ума.

В связи с большим объемом подлежащих усвоению знаний необходимо по возможности «сжать», «уплотнить» их, что может быть осуществлено на основе более раннего введения обобщенных знаний -- теорий, законов, общих методов решения широкого класса задач. Такие знания позволяют учащимся не запоминать множество отдельных частных закономерностей, способов решения, а самим на основе логических рассуждений «выводить» их из общих положений.

3. Условия и задачи развития продуктивного мышления в учебной деятельности

С целью практического обоснования выводов, полученных в ходе наблюдения за деятельностью учащихся седьмых классов средней школы нами было проведено исследование.

Работа велась с октября 1995 по март 1996 гг. и предусматривала несколько этапов.

На первом этапе проводился констатирующий эксперимент, направленный на выяснение уровня сформированности продуктивного мышления.

Вторым этапом работы было проведение серии экспериментальных занятий, направленных на формирование у учащихся рациональных приемов творческой мыслительной деятельности.

Заключительный, третий этап исследования, проводился теми же методами, что и первый. Целью этого этапа было -- выявить какие-либо индивидуальные изменения в развитии обучаемости.

Затем следовало подведение итогов исследования. Рассмотрим подробнее каждый из этапов.

Констатирующий этап исследования. В соответствии с целями исследования за основу методики на первом этапе был взят метод Калмыковой З.И. [Калмыкова З.И. Продуктивное мышление как основа обучаемости. -- М., 1981].

Нами была проведена модификация этого теста.

В связи с тем, что занятия по экспериментальной программе представилось возможным провести только в двух седьмых классах средней школы № 18, тестирование было проведено в трех классах: двух «экспериментальных» (52 чел.) и «контрольном» (28 чел.), т. е. в нем участвовало 80 человек.

В нашей методике моделировалось проблемное обучение, непосредственно направленное на развитие продуктивного мышления. Она была построена в виде естественного обучающего эксперимента, в котором школьники включаются в проблемные ситуации, рассчитанные на самостоятельное решение новых для них учебных задач.

В качестве задачи-проблемы в методике была использована известная физическая закономерность, отражающая условия равновесия рычага.

Для ее решения учащиеся располагают необходимыми знаниями. Они не раз встречались с простейшими случаями равновесия -- взвешивание на рычажных весах, качание на доске с опорой и т. д.

Кроме того, в эксперименте использовалась хорошая модель (демонстрационный рычаг), которая служила наглядной опорой при “открытии” учащимися закономерности.

Преимущества данной закономерности в том, что она может быть показана на ряде моделей (рычаг с опорой между линиями действия сил, ворот и т. д.). Тем самым есть возможность создать варианты методики, необходимые при повторных испытаниях, что важно для суждения об индивидуальных сдвигах в развитии обучаемости.

Остановимся кратко на характеристике структуры экспериментов и способов обработки получаемых на их основе данных.

Эксперимент включал три этапа: предварительный, основной и вспомогательный. На предварительном этапе экспериментатор обеспечивал школьникам исходный минимум знаний; создавалась установка на решение новой проблемы, вызывалось желание решить ее как можно лучше, без боязни ошибиться при поисках решения.

С этой целью на ряде простых арифметических задач экспериментатор напоминал школьникам в (практическом плане) о прямой и обратной зависимости. Далее им говорили, что в связи с работой над новыми вариантами хотят выяснить, возможно ли с учащимися VII класса решать задачи, которые ранее решались только старшеклассниками.

Благодаря такой мотивировке, школьники считали себя участниками эксперимента, не имеющего прямого отношения к их собственным способностям. Если школьник затруднялся в решении, то это ему объясняли трудностью решения задач для данного возраста.

После такой подготовке переходили к основному этапу эксперимента. Учащемуся показывали рычаг, его плечи и силы (гири по 100 г). Экспериментатор говорил школьнику, что тот должен решить ряд практических задач, в которых по величинам сил и плеч догадаться, будет ли рычаг в равновесии. Пользуясь моделью рычага или посмотрев ответ на обороте карточки, он мог проверить, верна ли его догадка.

После решения ряда задач ему следовало ответить на более общий вопрос: при каких условиях рычаг в равновесии, то есть самому «открыть» неизвестную ему закономерность, на основе которой можно безошибочно решать такие задачи.

Затем экспериментатор клал перед испытуемыми карточки с записанными на них величинами сил и плеч.

Всего испытуемый практически решал 30 задач, разделенных на 6 циклов. Нечетные циклы имели по 4 задачи, а четные -- по 6. Нечетные циклы получили название наглядно-действенных, так как в них от ученика, требовалось сделать заключение об условиях равновесия рычага на основе практических действий с реальной моделью рычага.

Получив карточку с условием задач, школьник в соответствии с ним вешал гирьки (каждая по 100 г) на указанном расстоянии от опоры. Экспериментатор в это время удерживал рычаг в равновесии. Учащийся высказывал свое предположение о том, будет ли рычаг в равновесии, после чего экспериментатор отпускал рычаг и учащийся мог проверить правильность своего предположения. Четные циклы названы числовыми, так как в них учащийся имел дело только с числовыми данными, сопоставляя которые он высказывал свою гипотезу о наличии или отсутствии равновесия, а проверял ее по ответу на обороте карточки.

Содержание всех 30 задач было идентичным, изменялись лишь числовые данные. Последние подбирались так, чтобы операции с ними не вызывали никаких трудностей.

После решения задач каждого из 6 циклов школьнику предлагалось попытаться сформулировать искомую закономерность, то есть ответить на вопрос: при каких условиях рычаг будет в равновесии? На основном этапе задачи решались самостоятельно, а подкреплением служило лишь сопоставление гипотезы испытуемого о наличии равновесия с верным ответом. Каждый испытуемый, вне зависимости от правильности ответов решал все 30 задач.

Вспомогательный этап экспериментов рассчитан только на тех, кто на основном этапе не решил проблему, то есть не дал верную формулировку условий равновесия рычага. Его цель -- определить меру помощи, которая требуется для решения проблемы.

Остановимся теперь на характеристике тех показателей, по которым мы судили при анализе собранного экспериментального материала о продуктивности мышления школьников, давая его качественную характеристику.

Самостоятельность ума мы определяли по тому, справился ли школьник с решением проблемы на основном этапе экспериментов, или ему потребовалась дополнительная помощь, предусмотренная на вспомогательном этапе, и какая именно. Было предусмотрено 4 степени помощи, от минимальной к максимальной.

По степени помощи, необходимой испытуемому для выделения искомой закономерности (условия равновесия рычага) определяли потенциальные возможности учащегося в решении проблемы.

Глубина ума, отражающая степень существенности абстрагируемых признаков и степени их обобщенности, определялась на основе анализа суждений испытуемых при их попытках сформулировать искомую закономерность.

Об осознанности мыслительной деятельности и характере ее реализации можно судить по соотношению хода практического решения задач с высказывании испытуемых о тех признаках, по которым, по их мнению, они определяли наличие или отсутствие равновесия. Отсутствие соответствия между ними дает основание для утверждения о слабой осознанности мыслительной деятельности, о преобладании интуитивно-практического мышления над словесно-логическим; их соответствие говорит об осознанности этой деятельности.

Гибкость ума проявляется в возможности формулировки двух вариантов искомой закономерности (по пропорциональности величин сил и плеч, и по моменту сил), в совершенствовании раз сформулированного суждения, в переходе к суждениям более высокой степени обобщенности, введении в них новых научных терминов вместо житейских, в легкости отказа от ошибочности суждений и т. д.

Устойчивость ума найдет свое выражение в воспроизведении и целесообразной ориентации на найденный в процессе анализа значимый признак равновесия, в возможности одновременной ориентации на оба признака равновесия.

Определяющее условие количественной оценки результатов экспериментов исследуемой стороны мышления -- адекватность этой оценке, качественной ее характеристике.

Качественный анализ продуктивного мышления школьников привел к выводу, что наиболее общим, суммарным показателем уровня его развития может служить экономичность мышления, как краткость пути к самостоятельному решению проблемы.

В определении показателя экономичности мышления при решении проблемы мы исходим из следующей гипотезы: чем раньше испытуемый выделит существенные признаки равновесия и будет ориентироваться на них, тем вернее он будет решать задачи. Следовательно, об уровне экономичности можно судить по совокупности баллов, начисленных за верно решенные задачи.

Показатели экономичности мышления располагались в интервале от 0 до 1, мы выделили три их уровня (на основе простого деления общего интервала на 3).

К низшему уровню были отнесены показатели от 0 до 0,33; к среднему от 0,34 до 0,67; к высшему от 0,68 до 1,00.

В ходе проведения эксперимента были получены следующие результаты. 18 человек (35 %) «экспериментальных» классов (классов, в которых в дальнейшем велись занятия по математике по экспериментальной методике) показали достаточно высокие результаты и были отнесены нами к высшему уровню экономичности мышления. По такому же принципу в «контрольном» классе к высшему уровню экономичности мышления были отнесены 10 учащихся (36 %).

Большая часть испытуемых из всех классов была отнесена нами к среднему уровню: 26 человек из «экспериментальных» классов и 14 из «контрольного»; или соответственно 50 % и 50 %. Наконец, по 4 человека из каждого класса были отнесены нами к низшему уровню показателя экономичности мышления (15 % и 14 % соответственно).

Следовательно, исходя из вышеперечисленных данных, общий уровень экономичности мышления можно считать достаточно высоким. При этом мы допускаем наличие возможных погрешностей в исполнении, обработке и трактовке данных.

Кроме того, сравнение результатов учащихся трех седьмых классов (так называемых «экспериментальных» и «контрольного») делает допустимым проведение в двух из них занятий по экспериментальной методике и проведение в дальнейшем повторных испытаний с целью выяснить влияние экспериментальной обучающей методики на развитие продуктивного мышления учащихся.

3.1 Обучающий эксперимент и анализ его результатов

Следующим этапом нашей работы было проведение серии экспериментальных занятий с учащимися 7-х классов средней школы г. Астрахани.

Мы не приводим в нашей работе описание каждого проведенного урока. Останавливаемся лишь на некоторых методических приемах, использовавшихся нами на уроках алгебры для активизации творческой мыслительной деятельности учащихся, и их теоретическом обосновании.

Зачем решают задачи в школе.

Мы считаем, что развитие творческого мышления у учащихся в процессе изучения ими математики является одной из актуальных задач, стоящих перед преподавателями математики в современной школе. Основным средством такого воспитания и развития математических способностей учащихся являются задачи.

Не случайно известный современный математик и методист Д. Пойа пишет: «Что значит владение математикой? Это есть умение решать задачи, причем не только стандартные, но и требующие известной независимости мышления, здравого смысла, оригинальности, изобретательности».

При обучении математике на решение задач отводиться большая часть учебного времени. Отсюда напрашивается вывод, что учебное время, отводимое на решение задач в школе, используется неэффективно, а это отрицательно сказывается на качестве обучения математике в целом.

Одна из главных причин затруднений учащихся, испытываемых ими при решении задач, заключается в том, что математические задачи, содержащиеся в основных разделах школьных учебников, как правило, ограничены одной темой.

Их решение требует от учащихся знаний, умений и навыков по какому-нибудь одному вопросу программного материала и не предусматривает широких связей между различными разделами школьного курса математики. Роль и значение таких задач исчерпываются в течение того непродолжительного периода, который отводиться на изучение (повторение) того или иного вопроса программы.

Функция таких задач чаще всего сводиться к иллюстрации изучаемого теоретического материала, к разъяснению его смысла. Поэтому учащимся нетрудно найти метод решения данной задачи. Этот метод иногда подсказывается названием раздела учебника или задачника, темой, изучаемой на уроке, указаниями учителя и т. д.

Самостоятельный поиск метода решения учеником здесь минимален. При решении задач на повторение, требующих знания нескольких тем, у учащихся, как правило, возникают определенные трудности.

К сожалению, в практике обучения математике решение задач чаще всего рассматривается лишь как средство сознательного усвоения школьниками программного материала. И даже задачи повышенной трудности специальных сборников, предназначенных для внеклассной работы, в основном имеют целью закрепление умений и навыков учащихся в решении стандартных задач, задач определенного типа. А между тем функции задач очень разнообразны: обучающие, развивающие, воспитывающие, контролирующие.

Каждая предлагаемая для решения учащимся задача может служить многим конкретным целям обучения. И все же главная цель задач -- развить творческое мышление учащихся, заинтересовать их математикой, привести к «открытию» математических фактов.

Достичь этой цели с помощью одних стандартных задач невозможно, хотя стандартные задачи, безусловно, полезны и необходимы, если они даны вовремя и в нужном количестве. Мы считаем, что следует избегать большого числа стандартных задач как на уроке, так и во внеклассной работе, так как в этом случае сильные ученики могут потерять интерес к математике и даже испытать отвращение к ней.

Ознакомление учащихся лишь со специальными способами решения отдельных типов задач создают, на наш взгляд, реальную опасность того, что учащиеся ограничатся усвоением одних шаблонных приемов и не приобретут умения самостоятельно решать незнакомые задачи («Мы такие задачи не решали», -- часто заявляют учащиеся, встретившись с задачей незнакомого типа).

В системе задач школьного курса математики, безусловно, необходимы задачи, направленные на отработку того или иного математического навыка, задачи иллюстративного характера, тренировочные упражнения, выполняемые по образцу.

Но не менее необходимы задачи, направленные на воспитание у учащихся устойчивого интереса к изучению математики, творческого отношения к учебной деятельности математического характера. Необходимы специальные упражнения для обучения школьников способам самостоятельной деятельности, общим приемам решения задач, для овладения ими методами научного познания реальной действительности и приемам продуктивной умственной деятельности, которыми пользуются ученые-математики, решая ту или иную задачу.

Осуществляя целенаправленное обучение школьников решению задач, с помощью специально подобранных упражнений, можно учить их наблюдать, пользоваться аналогией, индукцией, сравнениями, и делать соответствующие выводы. Необходимо, как мы считаем, прививать учащимся прочные навыки творческого мышления.

В школьных учебниках математики (и не только ныне действующих) мало задач, с помощью которых можно показать учащимся роль наблюдения, аналогии, индукции, эксперимента.

Мы исходим из того, что, несмотря на ошибочные гипотезы, которые можно получить в результате наблюдений и неполной индукции, учитель должен использовать все предоставляемые ему программой и учебниками (в том числе и ранее действующими, и пробными, экспериментальными) возможности, чтобы развить у учащихся навыки творческого мышления. С этой целью, например, мы предлагали учащимся следующую задачу: «Может ли сумма пяти последовательных натуральных чисел быть простым числом; сумма квадратов пяти последовательных натуральных чисел быть простым числом?»

Иногда для развития навыков творческого мышления мы посчитали нужным несколько изменять условия задач, встречающихся в школьных и других учебниках.

Перед решением задачи «Доказать, что если из трехзначного числа вычесть трехзначное число, записанное теми же цифрами, что и первое, но в обратном порядке, то модуль полученной разности будет делиться на 9 и 11» целесообразно для математического развития учащихся предложить им установить (с помощью индукции), каким свойством обладает рассматриваемая разность (делиться на 9, 11, 99), и только после этого доказать подмеченную на частных примерах закономерность в общем виде.

Задача «Докажите, что для того, чтобы найти квадрат двузначного числа, оканчивающегося цифрой 5 и имеющего п десятков достаточно число десятков п умножить на п + 1 и к результату приписать 25» безусловно имеет определенную познавательную ценность: учащиеся знакомятся с правилом возведения в квадрат двузначных чисел, оканчивающихся на 5. Но роль этой задачи возрастет, если ее сформулировать так: «Найдите и обоснуйте правило возведения в квадрат двузначных чисел, оканчивающихся на цифрой 5».

Полезно предложить учащимся VII класса самим установить с помощью наблюдений и индукции следующие формулы для подсчета сумм: 1 + 3 + 5 + … + (2п - 1) = п², 13 + 23 + 33 + … + п³ = (1 + 2 + 3 + … + п)².

Учащиеся, не знакомые с методом математической индукции, используемым для доказательства этих формул, именно с помощью такого рода задач понимали необходимость изучения этого метода в дальнейшем.

Приведенные задачи решались со всеми учащимися на уроках, в процессе изучения или повторения программного материала, а не только с отдельными, хорошо успевающими учениками во внеурочное время.

Мы исходим из того, что необходимо на уроках систематически использовать задачи, способствующие целенаправленному развитию творческого мышления учащихся, их математическому развитию, формированию у них познавательного интереса и самостоятельности. Такие задачи требуют от школьников наблюдательности, творчества и оригинальности.

Эффективное развитие математических способностей у учащихся невозможно без использования в учебном процессе задач на сообразительность, задач-шуток, математических ребусов, софизмов.

Как показали проведенные нами занятия, рассмотрения на уроке математического софизма, для разгадки которого недостаточно известного учащимся материала, вызывает естественный интерес к новой теме, осознание необходимости ее изучения и соответствующий настрой к преодолению предстоящих на пути приобретения новых знаний трудностей.

О методике обучения учащихся решению нестандартных алгебраических задач.

Какая задача называется нестандартной? «Нестандартные задачи -- это такие, для которых в курсе математики не имеется общих правил и положений, определяющих точную программу их решения» [Фридман Л.М., Турецкий Е.Н. Как научиться решать задачи. -- М.: Просвещение, 1989. -- С. 48.].

Однако следует заметить, что понятие «нестандартная задача» является относительным. Одна и та же задача может быть стандартной и нестандартной, в зависимости от того, знаком ли решающий задачу со способами решения задач такого типа или нет.

Например, задача «Представьте выражение 2х2 + 2у2 в виде суммы двух квадратов» является для учащихся нестандартной до тех пор, пока учащиеся не познакомились со способами решения таких задач. Но если после решения этой задачи учащимся предложить несколько аналогичных задач, такие задачи становятся для них стандартными.

Аналогично задача «При каких натуральных значениях х и у верно равенство 3х + 7у = 23?» является нестандартной для учащихся VII класса до тех пор, пока учитель не познакомит их со способами решения таких задач (что, кстати сказать, можно сделать при обучении учащихся математике уже в VI классе).

Таким образом, нестандартная задача -- это задача, алгоритм решения которой учащимся неизвестен, то есть учащиеся не знают заранее ни способа ее решения, ни того, на какой учебный материал опирается решение.

К сожалению, иногда учителя единственным способом обучения решению задач считают показ способов решения определенных видов задач, после чего следует порой изнурительная практика по овладению ими. Нельзя не согласиться с мнением известного американского математика и методиста Д. Пойа, что, если преподаватель математики «заполнит отведенное ему учебное время натаскиванию учащихся в шаблонных упражнениях, он убьет их интерес, затормозит их умственное развитие и упустит свои возможности».

Как же помочь учащимся научиться решать нестандартные задачи?

Универсального метода, позволяющего решить любую нестандартную задачу, к сожалению, видимо, нет, так как нестандартные задачи в какой-то степени неповторимы. Однако опыт работы многих передовых учителей, добивающихся хороших результатов в математическом развитии учащихся как у нас в стране, так и за рубежом, позволяет сформулировать некоторые методические приемы обучения учащихся способам решения нестандартных задач.

В литературе (отечественной и зарубежной) методические принципы обучения учащихся умением решать нестандартные задачи описаны неплохо. Наиболее удачными, на наш взгляд, в этом отношении являются книги Д. Пойа «Как решать задачу», «Математическое открытие», «Математика и правдоподобные рассуждения» Л.М. Фридмана, Е.Н. Турецкого «Как научиться решать задачу», Ю.М. Колягина, В.А. Оганесяна «Учись решать задачи». И хотя некоторые из них адресованы учащимся, желающим научиться решать задачи, они, без сомнения, могут быть использованы учителями при обучении школьников умению решать нестандартные задачи.

Прежде всего, отметим, что научить учащихся решать задачи (в том числе и нестандартные) можно только в том случае, если у учащихся будет желание их решать, то есть если задачи будут содержательными и интересными с точки зрения ученика. Поэтому проблема первостепенной важности, стоящая перед учителем,-- вызвать у учащихся интерес к решению той или иной задачи.

Необходимо тщательно отбирать интересные задачи и делать их привлекательными для учащихся. Как это сделать -- решать самому учителю.

Наибольший интерес вызывают у учащихся задачи, взятые из окружающей их жизни, задачи, естественным образом связанные со знакомыми учащимся вещами, опытом, служащие понятной ученику цели.

Учитель, как нам кажется, должен уметь находить интересные для учащихся задачи и своевременно предлагать их. Приведем примеры.

Учитель математики обратил внимание учащихся, что в фильме «Возвращение с орбиты», показанном накануне по телевизору, главный герой, узнав, что его невесте 24 года, говорит ей: «Когда тебе будет столько лет, сколько мне сейчас, мне будет 60». Вопрос учителя «Сколько лет герою фильма» вызвал у всех учащихся VII - VIII классов желание решить предложенную задачу, хотя от некоторых она потребовала настоящего усилия.

Большой интерес, являющийся для учащихся стимулом для приобретения умений и навыков решения неопределенных уравнений первой степени с двумя неизвестными в натуральных и целых числах, вызывает, как правило, у учащихся VII класса следующая задача:

«В комнате стоят стулья и табуретки. У каждой табуретки три ножки, у каждого стула четыре ножки. Когда на всех стульях и табуретках сидят люди, в комнате 39 «ног». Сколько стульев и табуреток в комнате?» (Если стульев х, табуреток у, то имеем уравнение 4х + 3у + 2 (х + у) = 39, откуда 5у = 39 - 6х, х = 4, у = 3.) Много интересных задач на соответствующую тематику имеется в журнале «Квант».

Мы понимаем, конечно, что нельзя приучать учащихся решать только те задачи, которые вызывают у них интерес. Но нельзя и забывать, что такие задачи учащийся решает легче и свой интерес к решению одной или нескольких задач он может в дальнейшем перенести и на «скучные» разделы, неизбежные при изучении любого предмета, в том числе и математики.

Таким образом, учитель, желающий научить школьников решать задачи, должен, на наш взгляд, вызвать у них интерес к задаче, убедить, что от решения математической задачи можно получить такое же удовольствие, как от разгадывания кроссворда или ребуса.

Задачи не должны быть слишком легкими, но и не должны быть слишком трудными, так как учащиеся, не решив задачу или не разобравшись в решении, предложенном учителем, могут потерять веру в свои силы. Не следует предлагать учащимся задачу, если нет уверенности, что они смогут ее решить.

Ну а как же помочь учащемуся научиться решать задачи, если интерес к решению задач у него есть и трудности решения его не пугают? В чем должна заключаться помощь учителя ученику, не сумевшего решить интересную для него задачу? Как эффективным образом направить усилия ученика, затрудняющегося самостоятельно начать или продолжить решение задачи?

Мы считаем, что не следует идти по самому легкому в этом случае пути -- познакомить ученика с готовым решением. Не следует и подсказывать, к какому разделу школьного курса математики относится предложенная задача, какие известные учащимся свойства и теоремы нужно применить при решении.

Решение нестандартной задачи -- очень сложный процесс, для успешного осуществления которого учащийся должен уметь думать, догадываться. Необходимо также хорошее знание фактического материала, владение общими подходами к решению задач, опыт в решении нестандартных задач.

В процессе решения каждой задачи и ученику, решающему задачу, и учителю, обучающему решению задач, целесообразно четко разделять четыре ступени:

· изучение условия задачи;

· поиск плана решения и его составление;

· осуществление плана, то есть оформление найденного решения;

· изучение полученного решения -- критический анализ результата решения и отбор полезной информации.

Даже при решении несложной задачи учащиеся много времени тратят на рассуждения о том, за что взяться, с чего начать.

Чтобы помочь учащимся найти путь к решению задач, учитель должен уметь поставить себя на место решающего задачу, попытаться увидеть и понять источник его возможных затруднений, направить его усилия в наиболее естественное русло.

Умелая помощь ученику, оставляющая ему разумную долю самостоятельной работы, позволит учащемуся развить математические способности, накопить опыт, который в дальнейшем поможет находить путь к решению новых задач.

“Лучшее, что может сделать учитель для учащегося, состоит в том, чтобы путем неназойливой помощи подсказать ему блестящую идею… Хорошие идеи имеют своим источником прошлый опыт и ранее приобретенные знания… Часто оказывается уместным начать работу с вопроса: «Известна ли вам какая-нибудь родственная задача?» (Пойа Д.). Таким образом, хорошим средством обучения решению задач, средством для нахождения плана решения являются вспомогательные задачи.

Умение подбирать вспомогательные задачи свидетельствует о том, что учащийся уже владеет определенным запасом различных приемов решения задач. Если этот запас не велик (что вполне очевидно для учащихся VII - VIII классов), то учитель, видя затруднения учащегося, должен сам предложить вспомогательные задачи.

Умело поставленные вспомогательные вопросы, вспомогательная задача или система вспомогательных задач помогут понять идею решения. Необходимо стремиться к тому, чтобы учащийся испытал радость от решения трудной для него задачи, полученного с помощью вспомогательных задач или наводящих вопросов, предложенных учителем.

Так, когда учащиеся затруднялись решить с помощью составления уравнения задачу «К некоторому двузначному числу слева и справа приписали по единице. В результате получили число в 23 раза большее первоначального. Найдите это двузначное число», то в качестве вспомогательных задач мы предлагали следующие:

К числу х приписали справа цифру 4. Представьте полученное число в виде суммы, если х: двузначное число или трехзначное число.

К числу у приписали слева цифру 5. Представьте полученное число в виде суммы, если у: двузначное число или трехзначное число.

Конечно, думающий ученик задастся вопросом: как самому, без помощи учителя, находить вспомогательные задачи?

Безусловно, учащихся следует приучать самим составлять вспомогательные задачи, или упрощать условия предложенных задач так, чтобы без помощи учителя найти способы их решения.

Умение находить вспомогательные задачи, как и вообще умение решать задачи, приобретается практикой. Предлагая учащимся задачу, следует посоветовать выяснить, нельзя ли найти связь между данной задачей и какой-нибудь задачей с известным решением или с задачей, решающейся проще.

Для приобретения навыков решения довольно сложных задач нужно приучать школьников больше внимания уделять изучению полученного решения. Для этого мы предлагали учащимся видоизменять условия задачи, чтобы закрепить способ ее решения, придумывать задачи аналогичные решенным, более или менее трудные, с использованием найденного при решении основной задачи способа решения.

Решив задачу «В двух бочках было воды поровну. Количество воды в первой бочке сначала уменьшилось на 10 %, а затем увеличилось на 10 %. Количество воды во второй бочке сначала увеличилось на 10 %, а затем уменьшилось на 10 %. В какой бочке стало больше воды?», мы посчитали нужным задать учащимся вопросы: если вместо 10 % взять 20 %, 30 %, а %? Какой вывод можно сделать?

Систематическая работа по изучению способов решения задач помогает учащимся не только научиться решать задачи, но и самим их составлять.

Так, после решения задачи «Докажите, что уравнение х2 - у2 = 30 не имеет решений в целых числах», можно предложить учащимся попытаться сформулировать рассмотренную задачу в общем виде. Это будет выглядеть так: «Докажите, что уравнение х2 - у2 = 4р + 2 (р -- простое число) не имеет решения в целых числах».

Конструирование задач -- интересное занятие, один из верных способов решать задачи.

Умение учащихся составлять нестандартные задачи, решаемые нестандартными способами, свидетельствует о культуре их мышления, хорошо развитых математических способностях.

При анализе решения задачи полезно сопоставить решение данной задачи с ранее решенными, установить возможность ее обобщения.

Мы думаем, учитель должен постоянно помнить, что решение задач является не самоцелью, а средством обучения. Обсуждение найденного решения, поиск других способов решения, закрепление в памяти тех приемов, которые были использованы, выявление условий возможности применения этих приемов, обобщение данной задачи -- все это дает возможность школьникам учиться на задаче.

Именно через задачи учащиеся могут узнать и глубоко усвоить новые математические факты, овладеть новыми математическими методами, накопить определенный опыт, сформировать умения самостоятельно, и творчески применять полученные знания.

О роли наблюдений и индукции при нахождении способов решения нестандартных алгебраических задач.

Общеизвестна роль, которая отводится индукции и наблюдениям при обучении математике учащихся младших классов. Позднее индуктивный метод уступает место дедуктивному. При этом часто индуктивный способ решения задачи не проводится, решение выполняется дедуктивным способом. В результате от учащихся ускользают пути поиска решения задачи, что отрицательно сказывается на математическом развитии.

К сожалению, как свидетельствуют данные нашего исследования, при обучении учащихся математике (в частности, при обучении учащихся способам решения нестандартных задач) наблюдение и индукция (в том числе и полная) не заняли еще должного места.

А между тем, учитель должен знать, и по возможности довести до сознания учащихся тот факт, что математика является экспериментальной, индуктивной наукой, что наблюдение и индукция играли и играют большую роль при открытии многих математических фактов. Еще Л. Эйлер писал, что свойства чисел, известные сегодня, по большей части были открыты путем наблюдения и открыты задолго до того, как их истинность была подтверждена строгими доказательствами.

Поэтому уже в младших классах школы при обучении математике (да и другим предметам) надо учить школьников наблюдениям, прививать им навыки исследовательской творческой работы, которые могут пригодиться в дальнейшем, какой бы вид деятельности они не избрали после окончания школы.

Этой цели может служить, например, такое задание:

«Число 6 представим в виде суммы всех его делителей, исключая из их состава само это число (6 = 1 + 2 + 3). Установите, сколько в первых двух десятках натуральных чисел (1, 2, 3, …, 20) существует чисел, равных сумме всех своих делителей (такие числа называют совершенными)».

Учащиеся путем перебора получают ответ.

При этом следует добиваться от них понимания того, что полученный вывод (в первых двух десятках натуральных чисел содержится одно «совершенное» число -- число 6, ближайшим следующим «совершенным» числом, которое можно обнаружить путем проб, является 28: 28 = 1 + 2 + 4 + 7 + 14) является строго (научно) обоснованным, так как примененный метод полной индукции (так называемый метод перебора) является научным и широко применяется в математике при доказательстве теорем и решении задач.