На пути к психологии практического мышления

Если решение затруднено или неверно, то это объясняется ошибками в одном из видов описанной деятельности. Чаще всего бедность воображения, неспособность увидеть известную физическую закономерность в новом явлении. Бывают случаи, когда для решающего условие задачи остается словами, за ними не вырастает никакого образа, явления или процесса. Тогда решающий «абстрагирует» только абстрагированное: то, что уже названо привычным именем «скорость», «сила», «ускорение» и т. д. Именно здесь поиски решения сводятся к попыткам скомбинировать из этих данных формулу, к простому манипулированию формулами.

Менее безнадежен случай ошибочного решения, когда неверно выделена существенная зависимость или «узнавание» было на основе второстепенных, несущественных признаков. В этих случаях решение чаще всего не прекращается, следует проверка. И если проверка обнаруживает ошибку, то решающий возвращается к условию, начинает новые поиски.

Более простым вариантом описанного случая является «узнавание» знакомой формулы в новом явлении. Здесь так же, как раньше, условие сопоставляется с формулой, «притирается» к ней, истолковывается с позиции этой формулы. Затем идет абстрагирование условий на основе выработанного понимания явления и решение.

Более сложная незнакомая задача требует применения еще одного механизма, также связанного с работой воображения. Попытка представить явление в сумме с условиями задачи дает слишком мало материала для решения. Тогда решающий начинает рассуждать, домысливать явление, положенное в основу задачи. Здесь для правильного решения необходимо развитое физическое мышление, четко сформированные понятия, ясное и детальное представление явлений и процессов, имеющих отношение к задаче. Такие рассуждения как бы добавляют к задаче новые данные.

Опытные испытуемые говорили о том, что они «чувствуют», в каком направлении надо домысливать задачу. Их деятельность бывает сразу целенаправленной. Здесь мы имеем явное проявление интуиции. Менее опытные испытуемые могут в своих домыслах значительно уклониться от правильного пути, детально обсуждая и обследуя второстепенные в данном случае стороны явления. При таком домысливании, как уже говорилось, необходимы развитая фантазия и глубокие знания. Отсутствие первого сразу означает неспособность испытуемого решить новую задачу. Неглубокие знания приводят к большему или меньшему числу ошибок в рассуждениях.

В сложном случае применялись и другие механизмы, когда решающий стремится разбить явление на возможные этапы, каждый из которых решается как простая новая задача. Здесь решающий должен преодолевать как логическую, так и физическую трудности. И часто в этих случаях оказывается неодолимой логическая часть задачи, цепь явлений, сложно связанных, каждое из которых необходимо осилить отдельно, отдельно осмыслить, представить и т. д. Испытуемый оказывается не в состоянии охватить задачу во всем объеме, теряет нить рассуждений, забывает, что он уже нашел, а что еще нет, упускает из виду основную цепь. Так, испытуемый Ж. после долгих поисков и ошибок вдруг говорит: «А что мне найти-то надо? (Читает). Определить наибольшую скорость… Ой, так я не в ту сторону задачу-то решал! Ну, все равно, мне будет нужна эта высота.»

Помогают преодолеть эти трудности вспомогательные средства: рисунок, план, регистрация найденного. Часто эти записи выглядят чрезвычайно условными, но они приносят большую пользу, разгружая решающего, снимая лишнюю нагрузку с внимания и памяти, помогая охватить все имеющееся одним взглядом. У большинства успешно решивших задачу такая запись при всей условности отличается строгой последовательностью и связностью.

В тех случаях, когда домысливание не приводит ни к какому плану-гипотезе или оно вовсе затруднено, задача решается «вслепую». Здесь формулируются предположения лишь о части задачи. Это позволяет «описать» данную часть формулой, применить формулу к этой части задачи. Таким образом, решающий обнаруживает, что он на один шаг продвинулся в исследовании явления. В нужную ли сторону? Верно ли? За этим следует новый анализ данных, с включением вновь добытых. Так возникает очередная частная трудность задачи, которую решающий вновь стремится преодолеть, описать формулой. В такой деятельности большую помощь оказывают все перечисленные ранее механизмы и «ощущение правильности продвижения». При этом допускается большое число боковых ходов. Направляют поиск два фактора: оценка информации, поступающей при совершении очередного шага, и «ощущение» правильности продвижения.

Этот механизм не является надежным, но часто оказывается единственным, а его негативная форма – сомнение в правильности гипотезы – всегда оказывается полезной. Даже в тех случаях, когда гипотеза была верной и сомнения, ощущение «незнакомого» не подтверждаются, они все-таки приносят пользу, заставляя внимательно и детально пересмотреть решение, углубить анализ.

Проведенные наблюдения показывают, что процесс решения физических задач представляет ряд умственных действий по преобразованию исходной информации на основе личного опыта испытуемых и определенных установок личности, детерминированных как предшествующей деятельностью, так и самим процессом решения конкретной задачи. В опытах удалось выделить некоторые случаи психологической трудности физических задач по разным отношениям. Специфический характер этих трудностей для отдельных этапов решения задач требует, по-видимому, разработки особых приемов педагогического руководства процессами решения школьниками физических задач.

Особенности перехода от текста к модели физической задачи^[2]

При решении физических задач нередко возникает особая трудность, вытекающая из того, что ученик получает задачу в форме текста.

Эта трудность более всего проявляется, когда ученик преобразует, перестраивает условие задачи. Результатом преобразования всегда является система понятий и знаков. Такая система претендует на то, чтобы быть моделью объекта, позволяющей, пользуясь определенными, в первую очередь, логико-математическими средствами, получить ответ на вопрос задачи.

Но не всякая подобная система может привести к решению задачи, и не любую систему мы можем считать моделью объекта. «Если на базе установления аналогии различных объектов один из них подвергается исследованию как имитация другого и если получаемые при этом знания об одном служат необходимыми посылками вывода о другом, мы имеем дело с моделированием» (Зиновьев, Ревзин, 1960).

Именно так познается природа средствами физической науки. Физика конструирует модели изучаемых объектов. При этом сначала в объекте выделяется одна какая-то сторона, часть; затем эта выделенная сторона идеализируется (Горский, 1963). Данные, полученные при изучении построенной таким образом модели, можно перенести на сам изучаемый объект благодаря тому, что указанные выше абстрагирование и идеализация объекта производились в некотором строго определенном отношении (Зиновьев, Ревзин, 1960).

Вот почему необходимо, чтобы система, полученная учеником, отвечала всем требованиям физической модели.

Решая задачу, ученик, как правило, не конструирует новой модели, а применяет к своему случаю одну из моделей, изученных в школе; поэтому он не осознает выполняемых им операций абстрагирования и идеализации. Тем не менее они всегда находят выражение в той краткой символической записи, которую ученик делает в начале решения.

Таким образом, под моделью объекта данной задачи мы будем понимать некоторую систему понятий и знаков, являющуюся частью изучаемой в школе физической модели целого класса объектов; при этом из всех возможных в данном случае систем моделью для задачи будем считать ту, которая позволяет дать ответ на вопрос задачи.

Одним из трудных этапов решения физической задачи является этап перехода от текста задачи к модели объекта задачи. Трудность такого перехода зависит от соотношения между текстом и моделью, в первую очередь от того, насколько полно представлены в тексте (Т) необходимые элементы модели (М). Может оказаться, что так или иначе все необходимые элементы представлены (Т=М), наблюдается дефицит (Т<М) или избыток (Т>М) данных или, наконец, дефицит необходимых данных при наличии лишних (ТМ).

Остается, правда, неясным, когда мы можем утверждать, что данный элемент представлен в тексте задачи. Ведь текст физической задачи составляется из слов, формул, рисунков, графиков. И если формулы и графики в основном однозначны, то слова, рисунки могут пониматься по-разному.

Высказанное соображение проиллюстрируем на таком примере: «Велосипедист перестает вращать педали…». «О чем говорит эта фраза?» – спросили мы у группы школьников 10-го класса (51 человек). «Он едет с горы», – ответили нам, – «закончил свой путь», «сейчас упадет», «подъехал к вокзалу», «движение продолжается» и т. д. Всего мы получили 42 варианта ответа; среди них наиболее часто (более 5 раз) повторялись 9 вариантов.

После того как мы добавили, что фразу эту мы прочитали в книжке по физике, число вариантов уменьшилось до 16, а повторяющимся более 5 раз оказался всего один. Изменился и характер ответов: «движение замедленное», «движение с отрицательным ускорением», «останавливается благодаря силам трения» и т. д.

Таким образом, в некоторых случаях в тексте задачи могут быть почерпнуты «лишние данные», которые вовсе не имелись в виду, когда составлялась задача. В то же время некоторые данные могут остаться незамеченными. Субъективно данная задача может оказаться различной для разных испытуемых. Но нас интересует объективная характеристика. Поэтому будем считать объективно данными как элемент, представленный косвенно, когда для его нахождения необходима более или менее длинная цепь логических рассуждений, так и элемент, представленный неопределенно, – многозначным словом.

Таким образом, между словами (С) текста и элементом (Э) модели, который они представляют, могут быть отношения тождества (Э=С), включения (СЗЭ), когда элемент представлен неопределенно, и несовпадения (С/Э), когда элемент указан косвенно.

Когда мы говорим о многозначности понимания данного элемента текста, то забываем о том, что перед нами не одно слово или фраза, а связный текст. В этом случае, казалось бы, число вариантов понимания должно резко сократиться. В действительности это не всегда так. Прежде всего, нередко ученик воспринимает данные задачи не как систему, а как набор несвязанных элементов. Кроме того, моделирование объекта в тексте может оказаться нестрогим и не в том отношении, как в модели, которая ведет к решению задачи. В результате понимание текста определяется в значительной степени особенностью текстуального моделирования физического объекта. В тех случаях, когда характер моделирования в тексте не соответствует модели, которая позволяет получить ответ на вопрос задачи, модель оказывается замаскированной, провоцируется неадекватное понимание текста в целом, а значит, и его отдельных элементов.

Таким образом возникает необходимость сравнить характер отображения объекта текстом и моделью. Можно выделить три варианта соотношения между ними.

Если при формировании задачи выделены те же стороны объекта, в том же отношении, как и в модели, и идеализация элементов объекта в задаче совпадает с идеализацией физической модели, то текст, по существу, является словесным вариантом модели (Т<М). Переход в этом случае, по сути дела, не нужен, ведь ученик имеет дело с самой моделью.

Если при формировании задачи оказывается выделенной та же сторона, что и в модели, но идеализация элементов текста неопределенна, отдельные слова в этом случае допускают различное толкование, а значит, при некоторых условиях возможно и различное понимание текста в целом. Это тот случай, когда наряду с физической моделью, к которой нужно прийти в процессе решения задачи, текст допускает переход и к другим системам – смежным с данной моделью или более общим по сравнению с ней. Ни одна из этих систем не может привести к правильному решению. Здесь, по сути дела, мы сталкиваемся с тем частным случаем понимания текста, когда искомая модель выявляется лишь при определенном, правильном толковании его (ТОМ).

И наконец, получается существенно новый вариант соотношения текста и модели, если объект при отображении в тексте рассмотрен не в том же отношении, что в модели, если в тексте и в модели оказались выделенными разные стороны объекта (Т/М). При этом полное несовпадение выделенных сторон бывает довольно редко. Чаще наблюдается их частичное несовпадение (ТОМ). Так, в тексте может излагаться конструкция прибора, способ измерения, явление – как его видит наблюдатель. Во всех этих случаях не описываются ни физические процессы, ни их отдельные характеристики. Поэтому бывает очень трудно установить модель. Но даже когда она установлена, переход к физической модели бывает затруднен. В данной ситуации решающий, как правило, стремится по описанию в тексте мысленно представить объект, смоделировать его и таким образом установить связь между элементами текста и модели.

При обучении школьников переходу от текста задачи к модели можно пользоваться алгоритмическими предписаниями, составленными для разных случаев. Наряду с этим целесообразно постепенное введение трудностей перехода с указанием учащимся этих трудностей и способов их преодоления. Как показали наблюдения, при решении задачи полезно придерживаться такой схемы анализа.

1. Опишите явления, указанные в тексте задачи; если возможно, нарисуйте их.

2. Какие физические законы описывают эти явления? Опишите возможность и разумность применения этих законов.

3. Что известно в задаче об элементах этих законов? Какими словами задачи они указаны?

4. Какие элементы закона в задаче не даны? Что о них известно?

Каждый этап анализа приближает учеников к пониманию скрытого смысла высказываний текста задачи, что способствует успешности ее решения.

Об организации мыслительной деятельности учащихся в процессе анализа физической задачи^[3]

Анализ – важная и наиболее трудная часть решения физической задачи. Учителя и методисты отмечают у многих школьников нежелание и неумение делать анализ задачи. Решение у таких учеников сводится к «выискиванию нужных формул и к пробе – получится или нет» (Александров, Швайченко, 1948; Егоров, 1962; Лещенко, 1962).

Такое положение связано в известной степени с тем, что учитель анализирует каждую задачу по-новому, так как опирается только на ее физический смысл. Процесс формализации сложен и для него, поэтому он затрудняется найти и указать ученикам общее в анализе разных задач.

Нам представляется возможным построить достаточно общую схему анализа физической задачи, опираясь на психологический анализ процесса мышления учащихся при решении физических задач и обнаруженные особенности структуры физической задачи.

Ход анализа задачи в общем случае можно разбить на четыре этапа.

1. Чтение и общее понимание текста задачи. При первом чтении понимание смысла задачи еще не полное, оказываются осмысленными лишь некоторые, чаще основные элементы явления и ситуации. Внимание концентрируется на цифровых данных, на некоторых знакомых словах и словосочетаниях, которые легко преобразуются в термины. Нередко решающий стремится мысленно представить явление, ситуацию, помогает себе рисунком или чертежом. Вся эта и последующая деятельность направлена на выдвижение гипотезы модели, которой можно воспользоваться для решения задачи.

2. Выдвижение гипотезы модели объекта задачи на основе узнавания модели. Составляя задачу, автор имел в виду какую-то определенную модель, употребление которой и должно привести к решению задачи. При этом даже в самом сложном случае можно найти какие-то признаки, прямо или косвенно указывающие на эту модель.

Одним из таких признаков может быть само явление, описанное в задаче. Ведь именно его следует смоделировать. В тех случаях, когда ученики знают только один способ описания подобного явления, узнавание оказывается несложным. Если известно несколько таких способов, то необходимы дополнительные признаки, чтобы остановиться на чем-то одном. Особенно сложным оказывается случай, когда процесс в задаче не описывается и не называется. В подобной ситуации физическое явление, процесс нужно воссоздать, опираясь на сведения, содержащиеся в задаче, и на собственные знания. Здесь бывают необходимы и научные знания, и жизненный опыт, и богатое воображение.

Другим признаком, позволяющим опознать модель, бывает наличие всех или отдельных элементов модели в явной или неявной форме. В самом простом случае в тексте обнаруживаются все или большинство элементов модели, которые легко объединяются в систему (например, если Т=М или Т=М). В более сложных случаях удается заметить лишь несколько или один термин, соответствующий одной какой-то модели. Если термин может принадлежать нескольким разным моделям, значит, необходимы дополнительные признаки.

Менее надежно указывают модель слова, которыми обычно обозначают те или иные ее элементы. Это особенно относится к словам, не имеющим прямого отношения к модели, но часто встречающимся в задачах, которые решались с помощью данной модели. Так, слово «падает» обычно считают за признак свободного падения, в то время как падение может быть и равномерным движением, и равноускоренным (но не свободным).

Для выявления привычных обозначений отдельных терминов мы выписали из двух параграфов стабильного задачника варианты обозначения словами выражения «V₀=0». Вариант, когда слова (С) тождественны элементу (Э) модели (с≡э) встретился в 14 % случаев («начальная скорость равна нулю»). В большинстве случаев (61 %) полного тождества не было, но смысловое значение было близким элементу модели (с⊃э) «выехал», «с остановки», «отход» и т. д. В остальных случаях (25 %) термин заменяли длинные высказывания, которые лишь косвенно говорят об элементе модели (с/э): «Вагонетка в течение одной минуты катится под уклон». «По-видимому, до этого она стояла, значит, движение началось со скорости, равной нулю», – рассуждает решающий.

Нередко модель в тексте задачи просто называется специальным термином или – менее определенно – словом, которое обычно его заменяет. В подобных случаях поиск модели чрезвычайно упрощается.

Наконец, учащиеся в своей практике, выбирая модель, могут ориентироваться на тему, которая в этот момент изучается, или на название параграфа задачника, где напечатана задача. Это, безусловно, надежные признаки. Но такая практика не тренирует в узнавании модели по внутренним (по отношению к задаче) признакам. Ведь жизнь будет преподносить выпускникам школы задачи без указания параграфа или темы, без называния модели.

Наряду с узнаванием модели решающий проверяет, позволительно ли употребление выдвинутой гипотезы модели в данном случае, можно ли принять те допущения и приближения, которые лежат в основе данной модели. Такая проверка позволяет выбрать из нескольких возможных в данном случае моделей единственно верную.

3. Сужение понимания текста до адекватного модели. После того как появилась гипотеза модели, начинается перевод слов текста на язык выбранной модели. Смысл слов сужается, конкретизируется в сторону модели. При этом выделяются существенные теперь данные, отбрасываются несущественные. Выдвинутая гипотеза уточняется, перестраивается и даже может быть признана вовсе непригодной. Надо иметь в виду, что выбранная уже модель обладает инертностью. Отказаться от нее, придумать новую бывает очень трудно. Вот почему так важно уметь сразу правильно опознать модель. Перевод на язык модели слов текста задачи иногда бывают сложным и после установления гипотезы. Это зависит от уже указанного соотношения между словами, обозначающими некоторый элемент модели, и самим термином, элементом модели (с – э), и от соотношения между текстом задачи и моделью в целом (Т – М).

4. Поиск решения. После того, как задача перестроена и записана на языке модели, идет этап поиска решения задачи. Решающий использует известные законы и формулы, свой жизненный опыт и связи, отношения, продиктованные ситуацией задачи. В этом нередко помогает удачно сделанный чертеж, схема. В тех случаях, когда поиск решения идет последовательно и планомерно, учащийся начинает с главного вопроса задачи, отвечает на него и выясняет, что в ответе уже известно, а что еще требуется определить. В результате составные части ответа как бы делятся на две группы: элементы, уже известные из условия задачи, и элементы, которые еще нужно найти. Последние становятся составной частью новых вопросов. Такая цепочка операций выполняется до тех пор, пока все элементы не станут известными. Это и означает, что решение уже найдено.

Приведенные выше этапы решения задачи практически неотделимы друг от друга. Они тесно переплетаются, могут протекать одновременно, в ином порядке и т. д. Кроме того, в более простых случаях некоторые этапы просто отсутствуют, часть работы за решающего оказывается как бы уже выполненной. Но учащихся нужно тренировать в деятельности, характерной для каждого из этапов, подчеркивая их назначение, обращая внимание школьников на те приемы и способы, которыми они пользуются, преодолевая очередную трудность. С этой целью мы проводили анализ задачи на уроке физики по такой схеме.

1. Определить ближайшую, возможную модель:

а) установить, о каком явлении идет речь в задаче, описать это явление, если возможно, начертить схему, график. Назвать предполагаемые модели;

б) определить, какие знакомые элементы моделей есть в задаче, как они связаны между собой, какие возможны модели, описывающие это явление и содержащие эти элементы;

в) что сказано в задаче специально о модели. Какая же возможна модель?

г) позволительны ли вводимые моделью допущения, приближения в данном случае?

2. Уточнить физический смысл задачи путем выявления терминологического значения слов текста (преобразовать слова и термины):

а) установить, какие элементы должны входить в данную модель;

б) что известно о каждом элементе, как это удается установить?

в) каковы отношения между данным элементом и словами, дающими о нем сведения? Определить эти отношения;

г) какие еще сведения можно почерпнуть из текста?

3. Выявить модель на основе уточненного физического смысла:

а) передать условие задачи, пользуясь строгой терминологией;

б) записать условие, сделать чертеж.

4. Определить лишние и недостающие термины:

а) с какой целью приведены лишние данные;

б) как можно найти недостающие данные (справочники и т. п.).

5. Сопоставить выявленную модель с текстом:

а) каково соотношение Т – М по количеству данных?

б) каково соотношение Т – М по способу кодирования М в Т?

в) какие еще особенности кодирования модели в тексте можно заметить?

6. Построить схему решения, отталкиваясь от главного вопроса задачи. Определить ее особенности.

7. Реализовать схему решения.

8. Сформулировать о твет.

9. Сопоставить полученный ответ с вопросом задачи.

Анализ по изложенной схеме был опробован автором в 9-х классах школы № 36 г. Ярославля <…>. Как показывает опыт, полный анализ может занять урок или больше, но эта значительная затрата времени всегда компенсируется более четкой работой учащихся при решении других задач.