Роль комп’ютерного моделювання у формуванні системного мислення старшокласників

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Відділ технологій відкритого навчального середовища

Інституту інформаційних технологій і засобів навчання НАПН України

Роль комп'ютерного моделювання у формуванні системного мислення старшокласників

Слободяник Ольга Володимирівна -

кандидат педагогічних наук, старший науковий співробітник

Вступ

Постановка та обґрунтування актуальності проблеми. Сучасний світ, що оточує нас, є поєднанням багатьох компонентів, які взаємодіють як єдине ціле, тобто утворюють таку собі систему, а процеси і явища, що відбуваються всередині мають системний характер. Для їх дослідження необхідно використовувати системний аналіз, а як наслідок має бути сформовано системне мислення.

Аналіз останніх досліджень і публікацій. Дослідженням системного мислення займаються вітчизняні та зарубіжні вчені протягом багатьох років. Одним із основоположників такого підходу є австрійський біолог Людвіг фон Берталанфі (Ludwig von Bertalanffy), який розглядав системне мислення як метод наукового дослідження. Завдяки цьому вченому сьогодні відомо, що такий підхід передбачає розгляд проблеми загалом, підкреслюючи взаємозв'язки між її компонентами, а не самі компоненти, всупереч традиційному підходу, що ґрунтується на аналізі її окремих частин. За загальною теорією систем (GST - General System Theory) Берталанфі [1], застосування теорії до однієї конкретної наукової галузі допомагає вирішувати проблеми та пояснювати явища й процеси в інших галузях.

На думку вітчизняних дослідників (В. П. Безпалько, В.І. Борисов, В.І. Гінеценський, С.У. Гончаренко, Л. Я. Зоріна, Т. В. Фролова та ін.) в організації навчального процесу у вищій школі ефективним є системний підхід до структурування змісту навчальних дисциплін, основою якого є інтегративні підходи у процесі їх вивчення. Ці дослідження стосуються методологічних проблем навчального процесу у вищій школі при підготовці фахівців різних напрямів. Більшість дослідників віддають перевагу системному підходу, в основі якого лежить відмова від односторонніх, лінійно- причинних методів дослідження та зосередження уваги на інтегрованих властивостях об'єкта, його походженні, зв'язках і структурі.

Системний підхід (англ. systems thinking - системне мислення), як зазначає Д.М. Стеченко [10], виокремлюється в методологічний підхід, тобто є напрямом методології досліджень, що передбачає дослідження об'єкта як цілісної множини елементів в сукупності відношень і зв'язків між ними. Досліджуючи категорію «системний підхід», доцільно також навести його розгорнуте визначення. Р. А. Фатхутдінов у своїй праці [11] визначає системний підхід до управління в якості підходу, при якому будь-яка система (об'єкт) розглядається як сукупність взаємопов'язаних елементів (компонентів), що має «вхід» (ресурси), «вихід» (мету), зв'язок із зовнішнім середовищем, зворотний зв'язок і «процес» у системі.

Як зазначають автори посібника [2] системним підходом може бути категорія, без чіткого визначення, адже трактується дуже широко і неоднозначно. Щодо найпопулярніших трактувань системного підходу можна виділити наступні [7]: А. Холл зазначає, що це інтеграція, синтез розгляду різних сторін явища або об' єкта; С. Оптнер наголошує на тому, що це адекватний засіб дослідження і розробки не будь-яких об'єктів, що довільно називаються системою, а лише таких, котрі є органічним цілим; В. Садовський зазначає, що це не що інше, як вираження процедур подання об'єкта як системи та способів їх розробки; на думку Д. Бурчфільда, це широкі можливості для одержання різноманітних тверджень та оцінок, які передбачають пошук різних варіантів виконання певної роботи з подальшим вибором оптимального варіанта.

Внаслідок застосування системного підходу в навчанні в учнів активніше формується системне мислення. Джим Даніель з Kentucky Educational Foundation зазначає, що коли системне мислення створює нову культуру в шкільній системі, то зміни в кінцевому результаті повинні перетворитися на системне мислення, яке викладається у класі як підхід до вирішення проблем.

Науковець Пітер Сенге (Peter Senge) описує системне мислення як бачення цілісностей, межі бачення взаємозв'язків та закономірностей змін, а не статичних картинок. Автор виокремлює системне мислення в окрему дисципліну, що дозволяє бачити ціле. Її зміст полягає в здатності бачити взаємозв'язки внаслідок зміни мислення, розуміти процес зміни явищ, а не лише причину-наслідок [8].

Крім вище зазначених зарубіжних науковців, дослідженням формування та розвитку системного мислення займалися Р. Акофф, Ч. Барнард, Ст. Бір, Д. Діксон, Р. Джонсон, Ф. Каст, Е. Квейд, Д. Кліланд, В. Кінг, Дж. Клір, Е. Кунц, О. Ланге, Е. Ласло, Р. Розенцвейг, Ешбі У.Рос, Р. Саймон, Дж. Форрестер, Ф. Емері, С. Янг і багато інших.

Чимало праць, «легенди» у галузі методики навчання фізики С.У.Гончаренка, присвячено формуванню та розвитку системного мислення на уроках фізики. Автор зазначає, що саме задачі через формування внутрішньої мотивації сприяють розвитку системного мислення. «Розв'язуючи задачі, учень повинен не лише розуміти фізичну суть станів тіл і процесів, що відбуваються в них, а й виявити вміння розкрити взаємозв'язки між явищами, причинність і хід фізичних явищ» [4].

Мета статті. Теоретично обґрунтувати позитивний вплив використання комп'ютерних моделей під час вивчення дисциплін природничо - математичного циклу на формування та розвиток системного мислення учнів.

комп'ютерна модель системне мислення

Методи дослідження

У процесі дослідження використовувались методи аналізу педагогічної і методичної літератури та дисертаційних досліджень; здійснювалося узагальнення результатів вітчизняного і зарубіжного досвіду з питань формування та розвитку системного мислення; досліджувався вплив комп'ютерних моделей на формування системного мислення старшокласників. Це дослідження виконувалося в рамках науково-дослідної роботи «Система комп'ютерного моделювання пізнавальних завдань для формування компетентностей учнів з природничо-математичних предметів» (НДР №0118U003160).

Виклад основного матеріалу дослідження

Як показує практика, системне мислення на сьогоднішній день потрібне спеціалістам не тільки природничих, а й соціальних наук, інженерії, управління та інших. Нові професії виникають на перетині декількох галузей, а отже - майбутнім випускникам потрібно розуміти, як відбуваються різні процеси та явища.

Системне мислення - це вища форма людського пізнання, коли процеси відображення об'єктивної реальності базуються на цілісному відображенні досліджуваного об'єкта з позиції досягнення поставлених цілей дослідження на підставі знань, досвіду, інтуїції і передбачення що системне мислення стає найважливішим фактором досягнення успіху в різних сферах практичної діяльності [3].

Як зазначає Дьоміна І., на перший погляд, не зовсім зрозуміло, які саме шкільні предмети здатні сприяти розвитку системного мислення, але, занурившись глибше, зрозумілою стає велика роль математики, інформаційних технологій, природничих наук, історії та інших. Але це можливо, якщо вийти за межі традиційної фронтальної роботи і максимального залучення учнів до роботи, застосовуючи проблемно-орієнтоване, проєктне, навчання на основі гри, а також інтегроване навчання, яке варто використовувати після отримання учнями фундаментальних знань. [6]

Проаналізувавши стан вивчення дисциплін природничо-математичного циклу в закладах загальної середньої освіти та результати ЗНО з фізики, математики, хімії за останні 5 років, ми дійшли висновку, що рівень фізико-математичної освіти в Україні досить низький і з кожним наступним роком покращення не спостерігається.

Ще академік Ю. Бабанський зазначав, що причинами неуспішності учнів є слабкий розвиток мислення - 27 %; низький рівень навичок навчальної праці - 18, негативне ставлення до навчання - 14, негативний вплив сім'ї, однолітків - 13, великі прогалини у знаннях - 11, слабке здоров'я, втомлюваність - 9, слабка воля, недисциплінованість - 8%. До наведеного переліку факторів, що негативно впливають на успішність учнів ми вважаємо доцільним додати досить низький рівень сформованості саме системного мислення в учнів. Погоджуємося з думкою Шагабутдинової О., що не сформованість системного мислення є однією з причин невміння учнями розв'язувати задачі з фізики, математики, хімії, проводити експериментальні дослідження. Тому першочерговим завданням школи є створення відповідного середовища, яке сприятиме формуванню та розвитку системного мислення. Як зазначає автор [12] створення таких умов можливе лише через реалізацію компетентнісного підходу та впровадження активних, діяльнісних форм навчання. Як зазначає Данилов Д., на сьогодні актуальним є залучення учнів до дослідницької діяльності, яка впливає на розвиток здібностей до продуктивної діяльності, формує самостійність, незалежність умовиводів, критичність та системність мислення, формує вміння самостійно ставити та вирішувати дослідницькі задачі [5]

До основних ознак сформованості достатнього рівня системного мислення можна віднести такі: спроможність об'єктивного самооцінювання, вміння застосовувати знання на практиці, здатність до самоосвіти, пошуку та критичного аналізу інформації; вміння сформувати апарат дослідження, підібрати інструментарій для вдалого проведення дослідження; здатність оцінити результати, отримані в ході дослідження, виокремити основне та другорядне.

Досягти вище зазначеного можна використовуючи різний інструментарій, ми пропонуємо реалізувати системний підхід, використовуючи комп'ютерні моделі в навчальному процесі.

Застосування комп'ютерного моделювання на уроках природничо-математичних дисциплін стимулює навчальну та науково-пізнавальну діяльність учнів, активізує творчу діяльність та позитивно впливає на успішність, розширює межі розуміння фізичних явищ та процесів, що відбуваються в навколишньому середовищі; дають можливість учням на вищому рівні зрозуміти природні явища, поняття, формули, а, отже, формувати системне мислення. Використання комп'ютерних моделей у навчанні забезпечує високий ступінь наочності та можливість самостійно впливати на перебіг експерименту, змінювати умови його проведення, що сприяє розвитку мотивації, зацікавленості та бажання експериментувати, проводити самостійні дослідження в галузі природничих наук. Комп'ютерне моделювання є важливою складовою освітнього процесу.

Використання засобів інформаційних технологій має беззаперечно позитивний вплив на процес навчання лише в тому випадку, коли буде дотримуватися баланс між реальним та віртуальним. [9 ]

Розвиваючи системне мислення учнів, ми забезпечуємо всебічний розвиток особистості, цілісність у сприйнятті фізичної картини світу, взаємопов'язаність системних об'єктів, багатоаспектність. До факторів, які позитивно впливають на розвиток системного мислення та є невід'ємним складником слід віднести:

У Розвиток критичного мислення (вміння працювати з інформацією, фільтрувати та аналізувати);

У Формування пізнавальних інтересів;

У Розвиток творчих здібностей;

У Формування наукового світогляду.

Висновки з дослідження і перспективи подальших розробок

Узагальнюючи вище сказане, можна зробити висновок, що мати сформоване системне мислення означає бачити цілісність системи та взаємодію її складників. Основна умова це формування цілісності знань, як запоруки успішного всебічного розвитку особистості. Ефективним засобом для реалізації зазначеного підходу є комп'ютерні моделі та моделювання загалом.

Для досягнення максимально позитивного ефекту у формуванні системного мислення важливо дотримуватися принципу єдності, адже, формувати і розвивати необхідні навички можливо лише за умови спільного використання методик та засобів під час навчання різних дисциплін. До того ж має бути створене відповідне навчальне середовище, яке спонукатиме розвиток навичок системного та критичного мислення. Не менш важливо навчити учнів мислити, аналізувати і формулювати висновки.

Перспективи подальших досліджень вбачаємо у визначенні передумов створення відповідного середовища для ефективного формування системного мислення.

Список джерел

1. Bertalanffy L. von. General System Theory. A Critical Review. General Systems. Vol. VII. 1962. P. 1-20.

2. Важинський С.Е., Щербак ТІ. Методика та організація наукових досліджень: Навч. посіб. Суми: СумДПУ імені А. С. Макаренка. 2016. 260 с.

3. Системний аналіз інформаційних процесів: Навч. посіб. / Варенко В.М. та ін. К.: Університет “Україна”, 2013. 203 с.

4. Гончаренко С. У. Формування наукового світогляду учнів під час вивчення фізики: посібн. для вчителя. К.: Радянська школа, 1990. 208 с

5. Данилов Д.О. Формирование системного мышления учащихся в процессе обучения физике на основе исследовательского метода: дис... канд. ист. наук: 07.00.02: Томск, 2007

6. Дьоміна І. Для чого учням навчатися системного

мислення або думати як інженери. URL:

https://nus.org.ua/view/dlya-chogo-uchnyam-navchatysya- systemnogo-myslennya-abo-dumaty-yak-inzhenery/ (дата

звернення 02.09.2020)

7. Корбутяк В. І. Методологія системного підходу та

наукових досліджень: Навчальний посібник. Рівне:

НУВГП, 2010. 176 с

8. Пітер Сенге П'ята дисципліна. Видавництво:

Олимп-Бизнес Переклад І. Татарінова, Б. Пінскер 2011. 448 с. URL: https://www.yakaboo.ua/ua/pjataja-disciplina-

iskusstvo-i-praktika-obuchajuschejsja-organizacii.html (дата звернення 02.09.2020)

9. Слободяник О.В. Використання комп'ютерних

моделей під час індивідуальної роботи учнів з фізики. Фізико-математична освіта URL: https://fmo-

journal.fizmatsspu.sumy.ua/journals/2019-v4-22/2019_4-22- Slobodyanyk_FMO.pdf (дата звернення 02.09.2020).

10. Стеченко Д. М. Методологія наукових досліджень: підруч. 2-ге вид. К.: Знання, 2007. 317 с.

11. Фатхутдинов Р.А. Стратегический маркетинг. М.: ЗАО «Бизнес-школа «ИнтелСинтез», 2000. 640 с.

12. Шагабутдинова Е.И., Батькаева Г. А.

Формирование системного мышления учащихся на уроках физики URL: http://orleu-uko.kz/journal/?p=336 (дата звернення 02.09.2020).

References

1. Bertalanffy, L. von. (1962) General System Theory. A Critical Review.

2. Vazhynskyi, S.E., Shcherbak, T.I. (2016) Metodyka ta orhanizatsiia naukovykh doslidzhen [Methodology and organization of scientific research]. Sumy.

3. Varenko, V.M., Bratus, I.V., Doroshenko, V.S., Smolnikov, Yu.B., Yurchenko, V.O. (2013) Systemnyi analiz informatsiinykh protsesiv [System analysis of information processes]. Kyiv.

4. Honcharenko, S.U. (1990) Formuvannia naukovoho svitohliadu uchniv pid chas vyvchennia fizyky: posibn. dlia vchytelia [Formation of scientific worldview of students during the study of physics: manual. for the teacher]. Kyiv.

5. Danylov, D.O. (2007) Formyrovanye systemnoho mbishlenyia uchashchykhsia v protsesse obuchenyia fyzyke na osnove yssledovatelskoho metoda [Formation of students' system thinking in the process of teaching physics on the basis of a research method]. Tomsk.

6. Domina, I. Dlia choho uchniam navchatysia systemnoho myslennia abo dumaty yak inzhenery [Why do students learn systems thinking or think like engineers].

7. Korbutiak, V.I. (2010) Metodolohiia systemnoho pidkhodu ta naukovykh doslidzhen [Methodology of systems approach and research]. Rivne.

8. Senhe, Piter (2011) Piata dystsyplina [Fifth discipline].

9. Slobodianyk, O.V. (2019) Vykorystannia

kompiuternykh modelei pid chas indyvidualnoi roboty uchniv z

fizyky [The use of computer models in the individual work of physics students].

10. Stechenko, D.M. (2007) Metodolohiia naukovykh doslidzhen [Methodology of scientific research]. Kyiv.

11. Fatkhutdynov, R.A. (2000) Stratehycheskyi marketynh [Strategic marketing].

12. Shahabutdynova, E.Y., Batkaeva, H. A. Formyrovanye systemnoho myshlenyya uchashchykhsya na urokakh fyzyky [Formation of systemic thinking of students in physics lessons].

Размещено на Allbest.ru