Развитие ментальных структур как основы специальных способностей

2. Сложная дифференцировка - базовый уровень концепта «вещество» (видовые признаки) классификация изображений веществ по принадлежности к определенному классу соединений (оксиды, кислоты, соли, основания).

3. Сложнейшая дифференцировка («химический пасьянс») - детализированный уровень - более сложная классификация классов соединений. Формулы веществ подбирались таким образом, чтобы испытуемые не могли воспользоваться известными им правилами.

2. Тест «GreatСhemist» построен на тех же методологических основаниях, что и предыдущая методика, но охватывает широкий круг базовых понятийных отношений, составляющих основу современной химии. Данный тест позволяет оценить адекватность, зрелость, форму упорядоченности и скорость (по числу проб, необходимых для безошибочного выполнения задания) формирования концептуальных структур химии. Тест включает 13 субтестов, в каждом субтесте две пробы по 42 стимула (задания на классификацию, установления тождества-различия, выявление причинно-следственных связей, вероятностное оценивание, др.).

Испытуемому предлагается как можно быстрее и точнее разделить появляющиеся на экране в случайном порядке стимулы на группы (2, 3, 4, 14). Учитывается число ошибок, время дифференцировок. Результаты тестирования представлены в двух шкалах: шкала «знания» (1-5 баллов; 5 баллов - 95% правильных ответов); шкала «способности» - оценка способности испытуемых выделять существенные инварианты химической реальности в разнообразном конфликтном стимульном материале при одинаковом уровне знаний. Тест стандартизован на выборке более 1000 человек, имеет сертификат качества.

3. Химический диктант ? оценивается способность сохранения в долговременной памяти семиотической системы химического языка.

4. Химическая память. Для анализа зависимости объема кратковременной памяти от особенностей семантического материала при слуховом запоминании были подготовлены 4 группы слов: А - обыденные слова (карандаш, груша..); В - закономерность расположения элементов в группах, С - периодическая закономерность расположения элементов, D - элементы разных групп и периодов.

5. Химическое кодирование - модифицированный вариант субтеста «кодирование» теста интеллекта Д. Векслера: лист А - произвольный порядок элементов; листы В, С - групповая последовательность элементов; лист D - периодическая последовательность элементов.

6. Методика прямого шкалирования компонентов общих и специальных способностей «МИКОСС». Испытуемым предлагалось оценить актуальный и желаемый уровень развития общих способностей (память, интуиция, мышление, языковые способности, умелые руки, математические способности, способности решать задачи по физике) и специальных химических способностей (химическая направленность ума, химическая память, химическая интуиция, химический язык, химическое мышление, экспериментальные способности, способности осуществлять химические расчеты, общие химические способности).

Кроме того, использовались методики других авторов:

7. Методика оценки интереса к химии: уровень интереса к химии определялся по рангу интереса к предмету по сравнению с 24 сферами деятельности, представленными в методике «Карта интересов» А.Е. Голомштока и по методике МИКОСС. Показатели уровня интереса по двум методикам коррелируют между собой (r=0,407***, 278 чел).

8. Тест Р.А. Лидина и Л.Л. Андреевой (1994) «Основные понятия химии» состоит из 70 теоретических и расчетных заданий с выбором ответа.

9. В качестве показателя успешности освоения химии подсчитывался средний балл по дисциплинам химического цикла.

ХИМИЧЕСКИЕ СПОСОБНОСТИ КАК ПСИХИЧЕСКАЯ РЕАЛЬНОСТЬ И ИХ РАЗВИТИЕ

На основе анализа философских проблем современной химии, анализа специфики химии как объекта деятельности, особенностей деятельности и личности великих химиков разных эпох, существующих психолого-педагогических и собственных эмпирических данных можно выдвинуть гипотезу о существовании специальных химических способностей.

Специфические особенности химической реальности как объекта деятельности

Познать природу тех или иных специальных способностей - значит понять, какие именно специфические особенности объекта запечатлеваются в субъекте и как при этом изменяются процессуально-результативные характеристики человека как целостной системы.

В параграфе рассматриваются аргументы, утверждающие невозможность редукции химии к физике (Hoffmann, Laszlo, 1991; Курашов, 2009). Теоретический анализ показывает, что уникальность химической реальности определяется особенностями химического взаимодействия, приводящего к изменению качественного состояния, характеризующегося жестко-детерминированной качественно-количественной определенностью (дискретностью, насыщаемостью, обобществлением электронов) и обусловливающего ограничения математических закономерностей (число атомов в молекуле должно быть только положительным целым числом; каждая физическая величина имеет конечное значение, которому присущ химический смысл, и др.).

Если в основе математических способностей лежат инвариантные логико-математические структуры, музыкальных - ладовые, мелодические, гармонические, ритмические структуры, то в основе химических способностей - структуры качественно-количественных отношений химии.

Химик как субъект деятельности

Химиками называют людей, чья деятельность непосредственно связана с веществом и его превращениями. Настоящий химик всегда «чувствует вещество» (Еремин, 2010). Химические способности существовали до становления химии как науки и проявлялись в склонности к профессиям «человек-вещество», к манипулированию веществом ради использования его полезных свойств (Коробейникова, Лисичкин, 2004, с. 69). Особенность химического мышления состоит в образных и модельных представлениях о веществах и химических реакциях на уровне микромира. Такое мышление плюс аккуратные, тонко чувствующие руки, плюс особое чувство вещества и химического процесса - основа психологического портрета химика, непосредственно работающего с веществом (Коробейникова, 1991).

Анализ исследований химиков (Эпштейн, 1963; Голубева, 1991; Борецка, 1993; Очирова, 1995; Коробейникова, 1991; Доманова, 1999; Рехтман, 2000; Волкова, 2002; Engelhart, 1927; Barke, 1993; Olsen, 1928; Clark, Riley, 2001; Bird, 2010; Harle, Towns, 2011; и др.) показывает правомерность употребления словосочетания «химические способности».

В рамках деятельностного подхода исследователями выделяется разное число компонентов химических способностей: три (Е.А. Коробейникова), шесть (М.А. Шаталов), семь (К. Борецка, Е.В. Волкова, Д.А. Эпштейн), двенадцать (Е.Е. Доманова). В большинстве случаев, содержание данных компонентов не позволяет понять, в чем же специфика, какова сущность химических способностей. Например, содержание компонентов «химическая голова», «чувство вещества», «химические руки» в равной степени применима и для других специальных способностей.

В рамках функционального подхода к раскрытию природы специальных способностей химиков исследователи пытаются сопоставить значимость тех или иных психических функций в деятельности физика, химика, ботаника, выделяя для химика в качестве важнейшей психической функции пространственное воображение (Лисичкин, Коробейникова, 2003).

Анализ биографий выдающихся химиков позволяет выделить такие особенности: способность видеть целое, прежде его частей; широкая химическая эрудиция; хорошая память на химическую информацию; универсальность восприятия веществ, процессов, методов (способность увидеть общность механизмов, общность строения, общие закономерности получения…); разносторонние интересы и способности; сочетание теоретических и экспериментальных способностей; способность разнородное объединять в единое целое, а сложное расчленять на простые элементарные части; оригинальность мышления; целеустремленность и высокая энергичность деятельности; особая тщательность проведения исследований; остроумность решений и т.д. Данный перечень свойств и качеств личности, вероятно, присущ многим выдающимся деятелям, за исключением одной важнейшей особенности - все эти свойства и качества памяти, ума, интуиции, воображения и пр. направлены на мир химических взаимодействий и опосредованы им.

В разные возрастные периоды химиков привлекали разные аспекты химической реальности: раннее детство - интерес к минералогии, к внешним свойствам вещества; отрочество и юношество - химический процесс; известны случаи проявления интереса к химии в зрелом возрасте.

Химическая направленность ума

Особенность химической направленности ума проявляется в том, что предметное содержание химии затрагивает всю сенсорно-перцептивную организацию человека. Химическая направленность ума - это особое «ощущение материи»; интерес к составу, свойствам, превращениям веществ и явлениям, сопровождающие эти превращения; способность от внешне наблюдаемых характеристик вещества и его изменений переходить к рассмотрению его внутреннего строения (и наоборот), способность замечать и объяснять химические процессы и явления в повседневной жизни и «включенность» в химический мир (Ломоносов, 1961; Эпштейн, 1963; Рехтман, 2000 и др.).

Если особенностью слуха музыканта является высокий уровень звуковысотной различительной чувствительности, восприятия художника - чувство формы, математика - обостренное внимание к математической стороне явлений безотносительно к их качественной специфике, то особенностью химика является чувство вещества и химического процесса. Поэтому ключевой особенностью химической направленности ума является высокий уровень сенсорно-перцептивной различительной чувствительности, что подтверждается результатами нашего эмпирического исследования: в группах испытуемых с разной успешностью освоения химии выявлены достоверные различия времени сенсорных и перцептивных дифференцировок (Волкова, 2008). В то время как на выборках испытуемых физиков, математиков, художников, музыкантов, филологов и др. статистически значимые различия выявлены в семантических дифференцировках (Ратанова, 2004). Таким образом, в становлении химической направленности ума ключевую роль может играть дискриминативная способность мозга в области сенсорных и перцептивных отношений. Своеобразие сенсорно-перцептивной организации поведения состоит в том, что на основе обонятельной, зрительной, осязательной, слуховой, вкусовой стимуляции химик реконструирует микромир химических взаимодействий.

Химический язык

В процессе развития науки, чем точнее отражалась химическая реальность в сознании ученых, тем точнее становился язык химии: от образного языка алхимии к более систематизированным формам тривиальных названий химических веществ. На сегодняшний день химики имеют свой, хорошо разработанный, понятный широкому кругу специалистов язык. В системе языковых названий веществ, их свойств или процессов отражается склад ума сообщества химиков, специфическое «химическое» расчленение реальности. Название вещества у образованного химика мгновенно вызывают зрительную ассоциацию - структурную формулу. Формула строения вещества вскрывает внутреннюю природу материи, из которой построено данное вещество (Вант-Гофф, 2008).

Сопоставление основных речевых функций и их содержание в «химическом языке» показывает, что функция экспликация «химического языка» направлена на вычленение специфически предметной информации, позволяющей понять сущность химической реальности; функция апелляции «химического языка» отражает специфику мышления химика, способы экспериментальной и коммуникативной деятельности; функция «экспрессии» ярко проявляется только у очень способных химиков и состоит в особом эстетическом отношении к действительности, способности чувствовать красоту веществ, химических процессов и отражать это в речи («жесткие»/«мягкие» условия, «изящный метод», «уходящая группа» и т.д.).

Имеются различия в кодировании: в языке буква (или комплекс букв) является символом звука, а в химии - символом определенного качества (Fe - железо) или особенности процесса (+Д Н - эндотермический процесс), т.е. химический знак «овеществлен». Знаковые записи формул соединений отличаются ситуативностью (для решения одних целей целесообразна структурная формула, для других - ионная и электронная, для третьих - молекулярная и др.) и гибкостью (степень окисления элемента может меняться в зависимости от роли и позиции данного элемента в общей иерархии элементов). Структура «языка химии» при помощи корня, префиксов, суффиксов и локантов осуществляет не только грамматическое оформление речи, но и кодирование качественного и количественного состава, строения вещества, принадлежности к определенному классу, а, следовательно, и прогнозирование возможных физико-химических свойств.

Химическое мышление

Специфика мышления химика определяется преобладанием целостного подхода к познанию вещества; обратимостью операций перехода от макроуровня наблюдений к микроуровню описания; логика химика отражает логику превращения веществ; отличается эвристичностью, гибкостью понятий химии; сочетанием абстрактных и наглядных представлений.

Логико-психологический анализ особенностей мыслительных процессов, задействованных при решении химических задач показал, что мыслительные операции (анализ, синтез, сравнение, классификация, установления тождества-различия, выявление причинно-следственных связей, вероятностное оценивание) опосредованы качественно-количественными отношениями химического взаимодействия (Волкова, 2008). Чем точнее отражается химическая реальность, тем продуктивнее мышление химика.

Концептуальные структуры, фиксирующие модель взаимодействия индивида с химической реальностью, имеют сложное иерархическое строение. Например, иерархическая система концепта «вещество» может быть представлена следующими уровнями:

Глобальный уровень иерархии (простая дифференцировка) - исходный конструкт «чистое вещество» дифференцируется на конструкты «простое соединение» и «сложное соединение»: если в формуле соединения один знак химического элемента - то данное вещество относится к «простым», если два и более - к «сложным».

Базовый уровень иерархии (сложная дифференцировка) - дифференциация конструкта «сложное вещество» на конструкты классов соединений, при различении которых помимо категорий признаков знаков и признаков тождества знаков для каждого класса добавляются категории признаков: количества; состава; положения или последовательности элементов и групп; условия. В целом, для четырех классов соединений количество таких категорий возрастает минимум в 4 раза (особенно по категории признаков «состав» - известно 117 химических элементов и множество их сочетаний, образующих разные функциональные группы).

Детализированный уровень (сложнейшая дифференцировка) - предполагает более тонкое различение стимулов. Вводятся дополнительные признаки классификации. Например, для кислой соли в формуле появляется атом водорода: Ме_m (Н_pK)_n-p; в основной соли - гидроксогруппа: Me_m-p(OH)_pK_n; для двойной - два и более катиона (при этом может быть катионы одного и того же металла, но с разными зарядами) M_mM^*_pK_n+р; в смешанной соли - два и более остатка разных кислот М_mK_pK*_n-p.

Анализ показателей зрелости концепта, релевантного понятию «вещество», показывает, что во всех группах испытуемых время сложнейших дифференцировок больше, чем время сложных и простых (правило формы) (табл. 1). По мере возрастного развития и освоения химии время дифференцировок уменьшается (правило роста формирующейся структуры). Формирование структур осуществляется от глобального к базовому, и затем - детализированному уровню. Структура концепта «вещество» в группах испытуемых с разной успешностью в химии отличается по форме упорядоченности концептуальных структур (разное количество уровней обобщенности).

Таблица 1

Показатели зрелости концептуальных структур в разных группах испытуемых (время и точность дифференцировок)

Химическая память

Способность запоминать химическую информацию характеризует «химическую память». Метод математического анализа для парных выборок позволил выявить достоверные различия между самооценками памяти и «химической памяти» (t=2,287^*). Лучше успевающие по химии студенты оценивают свою память на химическую информацию выше, а хуже успевающие - ниже по отношению к способности запоминать «вообще». Различия в субъективных оценках подтверждается данными объективного анализа: выявлены значимые различия между способностью запоминать слова русского языка и названия знаков химических элементов (р=0,000).

Данные корреляционного и дисперсионного анализа, а также результаты формирующего эксперимента показывают, что чем выше когнитивная дифференцированность концептуальных структур химии, тем выше продуктивность памяти на химическую информацию, выше скоростные показатели ее кодирования. Организация «химической памяти» в группах испытуемых с разным уровнем успешности имеет свои особенности. В выборках более способных химиков факторный анализ позволил выделить три фактора, описывающих 74,5 % общей дисперсии: 1) долговременная химическая память; 2) общие мнемические способности, отвечающие за сохранение и воспроизведение несвязной информации в разных форматах - слова, цифры, знаки химических элементов; 3) память на химические закономерности. В группах менее способных фактор «память на химические закономерности» не выделился, поскольку способность запоминать химические закономерности у этих испытуемых, по-видимому, в большей степени определяется общей мнемической способностью.

Качественно-содержательный анализ выполнения теста Равена в группах студентов с разным уровнем успешности по химии

В данном параграфе представлен качественно-содержательный анализ выполнения СПМ Равена в группах испытуемых с разным уровнем успешности в химии позволяющий зафиксировать проявление структур качественно-количественных отношений химии при выполнении разных серий данного интеллектуального теста.

Качественно-содержательный анализ выполнения методики Торренса в группах испытуемых с разным уровнем успешности по химии

Значимые различия показателей креативности в группах испытуемых с разным уровнем успешности по химии отсутствуют (374 студента-химика, 19 лет). В то же время число «химических образов» (пробирки, колбы, воронки, мерные цилиндры, осушители, химические формулы и знаки, графики химических процессов, гальванические элементы, электролиз и т.д.) при выполнении невербальной батареи Торренса у более успешных химиков значимо выше, чем у менее успешных (Т=3,253^**).

Сравнительный анализ показателей общих и специальных способностей в группах испытуемых, отобразивших и не отобразивших химические образы в невербальной батарее Торренса, выявил большее число достоверных различий по показателям специальных химических способностей, при этом различия по показателям интеллекта (ТИПС, СПМ Равена, тест Векслера) и креативности (тест Торренса) отсутствовали. Выявлены значимые связи между числом химических образов и временем химических дифференцировок (ANOVA). Следовательно, появление «химических образов» в невербальной батарее Торренса может служить надежным критерием для выявления потенциально способных химиков. Соответственно невербальную батарею теста Торренса можно использовать в качестве проективной методики.

Индивидуально-психологические особенности химиков

Природа химии, как объекта деятельности, выдвигает определенные требования к индивидуальности субъекта (Clark, Riley, 2001). Полученные нами эмпирические данные показывают, что такие формально-динамические особенности, как высокая активность нервной системы и низкая эмоциональность (сангвинистический и смешанный высокоактивный дифференциальный тип темперамента (ОФДСИ В.М. Русалова)), доминирование второй сигнальной системы (тест Б.Р. Кадырова) являются наиболее благоприятными внутренними условиями формирования специальных химических способностей. Однако, чем выше показатели успешности по химии, тем меньше число связей между показателями специальных химических способностей и показателями тестов ОФДСИ В.М. Русалова, Я. Стреляу, Б.Р. Кадырова (в группе отлично успевающих по химии студентов - 14, в группе хуже успевающих - 97 корреляционных связей). Следовательно, формально-динамические особенности индивидуальности только обеспечивают более благоприятные условия для формирования специальных способностей, но не определяют их уровень.

Анализ уравнений регрессионных зависимостей показывает, что градация химиков по успешности обучения и уровню специальных способностей связана с такими чертами личности (16 PF Кеттелла), как ответственность и добросовестность (G), интерес к теоретическим вопросам, высокая творческая активность (М), самодостаточность, независимость, самостоятельность, инициативность (Q₂), мягкость, утонченность, образность восприятия мира (I). Эти данные согласуются с исследованиями Clark, Riley (2001). Вместе с тем, необходимо отметить, что успеваемость по химическим дисциплинам (у) и уровень специальных способностей химиков (х) детерминируется разными чертами личности: для группы хорошо успевающих по химическим дисциплинам студентов, уравнения зависимости имеют вид y=4,598+0,038N, x=23,713+3,307F+3,475G. То есть оценка связана с умением приспособиться (N), а уровень химических способностей - с оптимизмом, малой чувствительностью к запугиваниям (F), добросовестностью и внутренней порядочностью (G).

СООТНОШЕНИЕ ОБЩИХ И СПЕЦИАЛЬНЫХ СПОСОБНОСТЕЙ

Интеллект, креативность и продуктивность освоения химии

Полученные результаты показывают, что, опираясь на показатели тестов интеллекта и креативности, весьма затруднительно предсказать продуктивность учебной деятельности по химическим дисциплинам в вузе. Особенности интеллекта определяют интеллектуальные стили освоения конкретной деятельности (при IQ > 120 у юношей преобладает вербальный способ переработки информации, у девушек - невербальный) и возможности ее освоения (чем сложнее деятельность, тем выше интеллектуальный порог) (Дружинин, 2007). Нижний интеллектуальный порог для успешной учебной деятельности по дисциплинам химического цикла составляет 110 IQ. Для диапазона IQ 120-129 показателей теста Д. Векслера выявлено резкое увеличение количества достоверных корреляций (почти в 2 раза), в том числе и отрицательных, которое при IQ > 130 резко уменьшается.

При достаточном для освоения профессиональной деятельности уровне интеллекта, более точный прогноз продуктивности позволяют получить показатели специальных способностей к этому виду деятельности. Затруднительность прогнозирования продуктивности освоения профессиональной деятельности, опираясь на показатели тестов интеллекта и креативности, с одной стороны, и большая точность прогноза продуктивности профессиональной деятельности по показателям специальных способностей, с другой стороны, свидетельствуют в пользу существования специальных способностей как психической реальности.

Исследование связей между показателями общих и специальных химических способностей у подростков и студентов

Исследование включало 2 этапа: на первом - изучался процесс формирования концептуальных структур химии у подростков 14 - 15 лет, на втором - особенности концептуальных структур химии у студентов второго курса (19 лет) химического факультета.

1. Корреляционный анализ связей показателей интеллекта и времени дифференцирования химических понятий показывает, что в процессе формирования концептуальных структур химии происходит уменьшение силы связи показателей специальных способностей и показателей интеллекта. В группе более успешных по химическим дисциплинам студентов не выявлено достоверных связи данных показателей (рис. 1). Такая дифференциация показателей общих и специальных химических способностей наблюдается при IQ?125-129, что позволяет предположить существование «интеллектуального порога», выше которого общие и специальные химические способности могут рассматриваться как отдельные независимые факторы. Показатели зрелости детализированного уровня концептуальных структур данной группы испытуемых значимо отличаются от показателей менее успешных студентов. Данный вывод подтверждается результатами факторного анализа.

Динамика развития учеников-призеров олимпиад по химии и студентов, а также сравнительный анализ показателей общих и специальных способностей у испытуемых, осваивавших химию по разным учебным программам, позволяет выявить наиболее благоприятный возраст формирования концептуальных структур химии - это 14-15 лет. В данном возрастном периоде отмечается рост показателей сформированности концептуальных структур, отличающихся большой устойчивостью. Это можно объяснить тем, что именно в этом возрасте складывается «мышление в понятиях» (по Л.С. Выготскому) и «стадия формальных операций» (по Ж. Пиаже).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1. Корреляционные связи показателей интеллекта и специальных способностей

2. Регрессионный анализ связей показателей интеллекта и временем дифференцирования химических понятий показывает, что в процессе формирования концептуальных структур химии наблюдается уменьшение значения угловых коэффициентов (б) в уравнениях регрессионных зависимостей времени дифференцировок (Т) от величины общего интеллектуального показателя (ОИП) (табл. 2).

Таблица 2

Значения угловых коэффициентов (б) в уравнениях регрессий Т= А - б ·ОИП в разных группах испытуемых

Как мы видим, на начальных этапах становления концептуальных структур химии высока зависимость времени химических дифференцировок от показателя общего интеллекта, причем, чем сложнее дифференцировка, тем больше эта зависимость. Однако в процессе формирования концептуальных структур эта зависимость уменьшается. У студентов второго курса время выполнения простых дифференцировок (простое и сложное вещество) приближается к времени выполнения сложной дифференцировки (различение классов неорганических веществ по химической формуле). Концептуальные структуры, все точнее отражая химическую реальность, начинают функционировать по своим законам и становятся все более независимыми по отношению к общим интеллектуальным способностям.

У лучше успевающих по химическим дисциплинам студентов отсутствуют достоверные корреляционные и регрессионные связи между временем химических дифференцировок и показателями интеллекта. Результаты дисперсионного анализа также не выявили значимого изменения показателей времени дифференцирования химических понятий под влиянием градации показателей интеллекта. Согласованность результатов корреляционного, регрессионного, дисперсионного и факторного анализов подтверждает, что по мере взросления респондентов и освоения ими химии формируются ментальные структуры, отражающие качественно специфичные инварианты химической реальности, изменяется характер связей между показателями общих и специальных способностей, что может свидетельствовать в пользу существования химических способностей.

Связи показателей зрелости концептуальных структур химии и показателей химических способностей

Для обоснования положения о ментальных структурах как носителей свойств субъекта необходимо оценить влияние факторов (в нашем случае показателей зрелости концептуальных структур) на ряд зависимых переменных (показателей специальных способностей химиков). Экспериментальная выборка - 372 студента второго курса химического факультета обучавшихся у одних и тех же преподавателей. Одна подгруппа студентов усваивает знания быстро, легко и прочно, они отличаются высокой работоспособностью, скоростью при решении различных химических задач. Другая подгруппа усваивает знания медленно, с трудом и непрочно, у них решение именно химических задач вызывает быстрое утомление, теряется работоспособность, растут ошибки, уменьшается скорость мыслительной деятельности, для отдыха они переключаются на другие виды деятельности.

Поскольку не все показатели соответствовали нормальному распределению признаков и гомогенности дисперсий, то мы использовали, помимо ANOVA, его непараметрический аналог - Jonckheere-Terpstra Test (a).

Эмпирические данные позволил выявить значимое изменение показателей специальных химических способностей под влиянием градации показателей зрелости концептуальных структур химии (время химических дифференцировок):

1) фактор «время простой дифференцировки» (ANOVA) - зависимые переменные: показатели скорости кодирования цифр знаками химических элементов (р1=0,022; р2=0,005; р3=0,08); «объем долговременной памяти» (р=0,045); «химическая направленность ума» (р=0,003); «химические руки» (р=0,034); «общие химические способности» (р=0,034);

2) фактор «время сложной дифференцировки» (ANOVA) - зависимые переменные: показатели «успеваемость по химическим дисциплинам» (р=0,032); скорость кодирования цифр знаками химических элементов (р2=0,001); «объем долговременной памяти на сложную химическую информацию» (р=0,047), «способность осуществлять химические расчеты» (р=0,05), «интерес к химии» (р=0,007);

3) фактор «время сложнейшей дифференцировки» (Jonckheere-Terpstra Test (a)): чем меньше время различения стимул-объектов, тем выше успешность освоения химических дисциплин (J-T = - 2,086; р=0,037), больше продуктивность памяти («объем кратковременной слуховой памяти на групповое расположение элементов») (J-T = - 2,713; р=0,007), выше показатели химической интуиции (J-T = - 2,499; р=0,014);

4) фактор «время дифференцирования стимулов «окислитель - восстановитель» (Jonckheere-Terpstra Test (a)): чем лучше сформированы структуры, извлекающие признаки окислительно-восстановительных свойств веществ (меньше время реакции сложного выбора), тем выше показатели успеваемости по химическим дисциплинам» (J-T = - 2,488; р=0,013), объема кратковременной (J-T = - 2,034; р=0,042) и долговременной памяти на химическую информацию (J-T = - 2,092; р=0,036), химической интуиции (J-T = - 2,161; р=0,031), химической направленность ума (J-T = - 2,317; р=0,02), химического языка (J-T = - 1,961; р=0,05), химического мышления (J-T = - 2,111; р=0,035), способности осуществлять химические расчеты (J-T = - 2,743; р=0,006); общих химических способностей (J-T = - 2,299; р=0,022);

5) фактор «число сформированных схем качественно-количественных задач химии» (Jonckheere-Terpstra Test (a)): чем лучше сформированы структуры, извлекающие признаки типовых задач химии, тем выше успеваемость по химическим дисциплинам (J-T = 5,944; р=0,000), больше объем кратковременной памяти на групповое (J-T = 2,043; р=0,041), периодическое (J-T = 2,004; р=0,045) расположение элементов и на элементы в произвольном порядке (J-T = 2,388; р=0,017); больше объем долговременной химической памяти (J-T = 4,054; р=0,000); выше показатели «химической интуиции» (J-T = 5,181; р=0,000), «химической направленности ума» (J-T = 2,408; р=0,016), «химического мышления» (J-T = 2,003; р=0,045); «способности осуществлять химические расчеты» (J-T = 2,683; р=0,007); «интереса к химии» (J-T = 3,016; р=0,003); «общих химических способностей» (J-T = 2,070; р=0,038); способности кодировать химическую информацию при помощи химических знаков и символов (J-T = 2,097; р=0,036).

Полученные данные позволяют говорить о концептуальных структурах химии как психическом носителе специальных способностей химиков.

КУЛЬТУРОГЕНЕЗ СПЕЦИАЛЬНЫХ СПОСОБНОСТЕЙ

Историко-культурные истоки специальных способностей

Обнаружение источника специальных способностей предполагает установление того этапа исторического развития, когда индивидуальные психические особенности, обеспечивающие успех выполнения деятельности у одних индивидов, стали отличаться от индивидуальных психических особенностей других индивидов, менее успешных в этих видах деятельности. Твердо установленными фактами, на которые мы можем опираться, являются орудия производства, ? в них способности и знания людей, изготовивших эти орудия, находят свое материальное воплощение.

Реконструкция процесса генезиса специальных способностей на основе анализа орудий и технологий их изготовления показывает, что на протяжении двух миллионов лет основная форма орудия оставалась неизменной - это ручное каменное рубило с грубо обработанным рабочим краем. Изготовить такое орудие, видимо, мог каждый взрослый, для этого не требовалось ни продолжительного периода обучения, ни особой природной сноровки или сообразительности (Кликс, 1983; Гордон, 1948). Но, благодаря «открытию» тонкой кристаллической структуры кремня, меняется технология изготовления орудий. Появляется способ деятельности, известный как техника Леваллуа (на основе знаний о качествах каменного материала и способности увидеть особенности кристаллического строения кремня точными ударами по камню получают «отщепы» нужного размера и формы), овладение которой «безусловно, было доступно не каждому» (Кликс, 1983, с. 52). Таким образом, именно техника Леваллуа является тем объективным индикатором, который позволяет говорить о зарождении специальных химических способностей.

Стадии развития, обусловленные веществом из которого изготовлялись орудия, повсеместно имеют одну и ту же последовательность: камень, бронза, железо. Этот факт позволяет предположить, что становление ментальных структур и химических способностей, овеществленных в данных орудиях, также повсеместно соответствуют определенной последовательности: на наглядно-действенном уровне первоначально отражается химический процесс, его внешние признаки (выделение тепла и света при реакции горения) и его сущность (способность изменять свойства вещества); далее выделяются особенности кристаллического строения вещества (техника Леваллуа) и только после этого - вся кинетическая система в целом (конструктивные приемы использования огня, такие как дутье, перемешивание).

Зарождение компонентов химических способностей, по-видимому, тоже происходит в определенной последовательности: первоначально формируется направленность ума на полезные свойства химического процесса (выделение тепла и света в реакциях горения); затем - чувство вещества и химического процесса (преднамеренное добывание огня, способность изменять свойства под действием огня); далее - «химические руки» (техника Леваллуа). Венцом развития химических способностей древнего человека является зарождение подлинно химического мышления, когда из двух или нескольких веществ получали новые вещества, ранее не встречающиеся в природе. Вероятно, параллельно с зарождением химического мышления, формировалась способность осуществлять химические расчеты (на уровне «больше», «меньше», «достаточно»), поскольку без выявления необходимых пропорций весьма затруднительно получить требуемое вещество. Идеографические знаки для записи веществ и минералов можно обнаружить в древнеегипетской письменности (Лейденский и Стокгольмский папирусы), что можно рассматривать как признаки зарождения «химического языка».

Если в качестве индикаторов зарождения специальных способностей использовать первичную дифференциацию объектов и его свойств, которые в дальнейшем станут предметом специальной деятельности (для художественных способностей - форма объекта (наскальные рисунки, орнамент на орудиях); для математических - фиксация количества предметов и т.д.), то химические способности (выделение химических свойств вещества) являются, пожалуй, одними из самых древних (в частности, технология поддержания и разведения огня появилась 400-320 тысяч лет до н.э.).

Закономерности становления понятийной системы химии в историко-культурном развитии науки

Одним из способов изучения механизмов, закономерностей и условий становления ментальных структур, лежащих в основе специальных способностей, является историко-культурный анализ развития предметного содержания химии как науки. Такая реконструкция предмета химии позволяет воспроизвести зафиксированную и опредмеченную в культуре химическую картину мира. Решение данной задачи возможно с точки зрения двух взаимодополняющих подходов: содержательного и хронологического.

Содержательный подход позволяет выявить качественные скачки в развитии предметного содержания химии: из всего потока химической формы движения материи сознание человека первоначально выделяет элементный состав вещества, затем его структуру и только после этого начинает рассматриваться вся кинетическая система в целом. Формируется способность различать все большее число признаков, определяющих свойства вещества, таких как состав и структура вещества; природа и относительные количества реагентов; внешние условия, в которых находится система; веществ, стехиометрически не участвующих в реакции (примеси, катализатор, растворитель и т.п.), но влияющих на протекание химического процесса. Более глубокое изучение химического процесса приводит к открытию переходных состояний. В понятии «переходное состояние» объединены все абстрактные моменты химизма: строение, кинетика, термодинамические свойства, условия протекания процесса, в него как бы вписаны исходные и конечные продукты. Тем самым более тонкая дифференциация ведет к интеграции, стирающей грань между понятиями «химическая частица» и «химическая реакция» Химический процесс и химическая частица объединяются в единое целое; превращение одной стабильной химической формы в другую происходит через «бесформенное состояние», через ломку всех характеристик обычных стабильных молекул (Жданов, 1977). В простейших химических системах открываются своего рода механизмы предбиологической адаптации, завершается концептуальный строй химии и дается научно-теоретическое обоснование концептуальным системам биологии (Руденко, 1983).

Хронологический подход позволяет более детально раскрыть процесс формирования понятийных систем химии. В античном периоде развития химии можно обнаружить прообразы ключевых понятий, составляющие каркас современной науки, - элемент, атом, связь, соединение (миксис), химическое явление, специфика химического взаимодействия (пропорциональность), строение; высказаны основные идеи, необходимые для определения понятия «элемент», - «атом», характеристика атома (вес, размер, форма), ограниченность числа форм атомов. То есть элемент - это совокупность атомов определенного вида. Но поскольку понятие «элемент» не было отделено от понятия «тело», «вещество», «агрегатное состояние», операционализация этого ключевого понятия химии затянулось на века - пока шло освобождение объективной химической картины мира от субъективных воззрений ученых разных эпох. Только тогда появилась возможность интеграции этих понятий, возможность операционализации понятия «элемент».

Анализируя учение о химическом строении вещества, следует отметить, что впервые идею геометрической структуры разных видов материи можно найти у Платона, идею строения соединений - в химической символике Дальтона. Эта идея глобальна. Затем появляются первые экспериментальные данные, доказывающие влияние строения на свойства вещества (изомерия). Однако неопределенность понятий атом, молекула, элемент, атомная масса долгое время мешала выявлению строения соединений.

Использование дутья и флюсов в технологии получения железа (II тысячелетия до н.э.) свидетельствует об интуитивном применении законов термодинамики и кинетики химических процессов, которые получат экспериментальное подтверждение и теоретическое обоснование только в XX веке. Но это знание глобально, потом оно расчленяется на элементы - выделяется «теплота» как составной элемент, материальная субстанция; затем устанавливается связь между теплотой и движением частиц. Дальнейшее дифференцирование действительности привело к необходимости четкого различения таких сторон «теплоты», как «количество теплоты» и «интенсивность теплоты», «теплоемкости» и «скрытой теплоты изменения агрегатного состояния вещества» и т.д. Начинается упорядочивание свойств и отношений между компонентами реагирующей системы, устанавливаются различные взаимосвязи и отношения, формулируются фундаментальные законы термохимии, термодинамики и химической кинетики.

Анализ фактов показывает, что процесс эволюции специальных способностей и ментальных структур, лежащих в их основе, зафиксированный и опредмеченный в орудиях производства и письменных источниках, подчиняется дифференционно-интеграционному принципу. Таким образом, опираясь на эволюционный критерий, можно утвердительно говорить о существовании специальных химических способностей и ментальных структур, лежащих в их основе.

ДИНАМИКА СТАНОВЛЕНИЯ КОНЦЕПТУАЛЬНЫХ СТРУКТУР ХИМИИ И ХИМИЧЕСКИХ СПОСОБНОСТЕЙ В РАЗНЫЕ ПЕРИОДЫ ПОДРОСТКОВОГО ВОЗРАСТА

Постановка проблемы и организация экспериментального исследования

Если выделенные нами закономерности развития концептуальных структур химии и химических способностей соответствует реальности, то организация формирующего эксперимента по программе, разработанной в соответствии с закономерностями становления данных структур должна привести к более высокому росту показателей специальных способностей по сравнению с обучением, не учитывающим данные закономерности. Таким образом, исследование, проведенное в рамках формирующего эксперимента, связывает воедино теорию, эксперимент и практику.

Исследование проводилось с 1997 по 2001 годы и включало 3 этапа: 1-й этап -констатирующий эксперимент ? возрастной срез показателей сформированности концептуальных структур, специальных химических способностей и показателей интеллекта в разные периоды подросткового возраста; 2-й этап - пилотажный эксперимент ? разработка программы «Когнитивное обучение на уроках химии» и оценка возможности формирования концептуальных структур, обуславливающих специальные химические способности в процессе изучения школьного курса химии; 3-й этап - формирующий эксперимент - сравнительный анализ показателей сформированности концептуальных структур, специальных химических способностей и показателей интеллекта в группах подростков, осваивавших химию по разным учебным программам.

Психологический смысл и содержание программы формирующего эксперимента

Цель формирующего эксперимента (Волкова, 2000) - формирование концептуальных структур химии на основе учета естественного порядка формирования понятийной системы химии (см. 5 главу): зависимость свойств вещества от состава, строения и всей кинетической системы в целом. Разработанная нами образовательная программа обеспечивала переход от оперирования глобальными, недифференцированными образами химической реальности к оперированию все более дробными ее элементами, свойствами и отношениями.

1 этап - моделирование процесса зарождения понятийной системы химии - главный акцент на составе вещества, но в практических работах с веществом представлен состав, строение и вся кинетическая система. 2 этап - системная дифференциация понятийной системы химии, моделирование процесса зарождение структур качественно-количественных отношений химии (главный акцент на составе и строении вещества). 3 этап - формирование структур качественно-количественных отношений химии в результате решения типовых задач химии (состав, строение вещества и вся кинетическая система в целом). 4 этап - проверка сформированности концептуальных структур химии - организация деятельности по применению сложившихся понятийных систем химии для предсказания свойств конкретных соединений и их проверкой постановкой эксперимента или сравнением с литературными источниками. 5 этап - организация деятельности по анализу химических технологий.

Результаты экспериментального исследования

Полученные нами результаты позволили экспериментально зафиксировать, что формирование концептуальных структур во всех выборках подростков соответствует правилу роста (по мере возрастного развития и освоения химии происходит уменьшение времени химических дифференцировок) и правилу формы (время сложнейших дифференцировок больше, чем время сложных и простых) (табл. 3).

Высокая точность различения химических стимул-объектов более успешными в освоении химии подростками экспериментальной группы свидетельствует о соответствии концептуальных структур, сформированных в результате формирующего эксперимента, понятийным структурам химии.

Сравнительный анализ освоения химии в разных группах испытуемых показал (табл. 3), что недостаточная сформированность детализированного уровня концепта «вещество» у подростков контрольной выборки приводит к снижению объема долговременной памяти на сложную химическую информацию, уровня интереса к химии и показателя «химическая интуиция». У подростков экспериментальной выборки в результате целенаправленного формирующего эксперимента наблюдается более высокий уровень зрелости концептуальных структур химии, а именно образуются концептуальные структуры химии детализированного уровня, что проявляется в статистически значимом росте показателей специальных химических способностей - таких, как «химическая память», «химическая интуиция» и уровень интереса к химии.

Таблица 3

Динамика становления концепта «вещество» и специальных химических способностей в разных группах испытуемых

Р* ? 0,05; Р** ? 0,01; Р***? 0,001.

Данный вывод подтверждается высоким уровнем дифференцированности одновременно с высоким уровнем интегрированности показателей зрелости концептуальных структур у испытуемых экспериментальной группы, который также может свидетельствовать об образовании химических способностей. Эти результаты согласуется с экспериментальными данными Е.В. Ивановой (1999), Г.А. Винокуровой (1999), В.В. Назаровой (2001), показавшими, что качественные изменения (приобретение новых способностей и качеств личности) сопровождаются ростом когнитивной дифференцированности и интегрированности.

В ходе формирующего эксперимента было показано, что развитие концептуальных структур, обеспечивающих успешное освоение химии, влияет на развитие как вербального, так и невербального интеллекта (Волкова, 2006). Таким образом, целенаправленное развитие специальных способностей «ведет за собой» развитие интеллекта. Помимо теоретической, в исследовании закономерностей развития химических способностей под влиянием обучения, нам удалось реализовать практическую задачу: разработана и верифицирована образовательная программа, учитывающая закономерности развития концептуальных структур химии и химических способностей, позволяющая за меньшее учебное время более высокими темпами усваивать химические знания и ведущая к росту показателей общих и специальных способностей.

ОБЩЕЕ ЗАКЛЮЧЕНИЕ

способность познавательный психологический индивидуальный

Разработано принципиально новое направление исследования специальных способностей как целостных интегральных образований, онтологическая природа которых определяется не в терминах психических функций и не в терминах отдельных компонентов деятельности, а с точки зрения структур ментального опыта как психической основы общих и специальных способностей, формирование которых соответствует дифференционно-интеграционному принципу развития.

В рамках данного направления способности определяются как мера соответствия индивидуально-психологических качеств субъекта определенной предметной области объективной реальности, то есть специальные способности выступают как функциональные свойства структур ментального опыта субъекта. В процессе онтогенетического развития происходит дифференциация предшествующих ментальных структур, отбор и интеграция среди многообразия новых структурных образований тех структур, которые в большей мере соответствуют той или иной предметной реальности, при этом образуется новое интегральное психическое образование - специальные способности, обусловливающие более точное приспособление операционных механизмов к освоению конкретной деятельности.