Роль трехпараметрического механизма переработки информации в активизации познавательного интереса студентов: На примере изучения курса высшей математики в ВУЗе

Актуальность исследования. Каждый педагог, в каком бы учебном заведении он ни работал, хорошо знает, что от умения пробудить интерес к своему предмету во многом зависит успех урока, лекции, беседы, любого воспитательного мероприятия. Что же является самым главным в воспитании и развитии интереса к знаниям и потребности к самообразованию? Прежде всего, — воспитание самостоятельности и творческого подхода в овладении знаниями, всемерное развитие наблюдательности и любознательности учащихся, их познавательной активности и стремления к самообразованию.

Познавательный интерес связан со стремлением к углублению процесса собственного познания. Когда мы создаем с помощью элементов занимательности, вводимых на различных этапах урока, или лекции, внимание к теме, мы пользуемся интересом как средством обучения и воспитания. В частности, у студента в этом случае, появляется новый мотив учебного действия: ему интересно слушать объяснение преподавателя. Совершенствуя всю систему учебно-воспитательной работы в любом учебном заведении, мы создаем условия для формирования глубокого и устойчивого общего интереса, повышенной избирательной направленности в отдельной области знаний, активизируем процесс самообразования и самовоспитания. Это, на наш взгляд, как раз и позволяет объединить в системе преподавания все три особенности интереса как цели, средства и результата.

В частности, проблема активного обучения математике, хотя и не нова, остается актуальной, так как до сих пор не получила удовлетворительного решения в широкой практике преподавания. К тому же в связи с необходимой модернизацией обучения математике проблема активного обучения принимает и новый аспект [140].

С этой точки зрения, новые педагогические идеи и технологии, дидактические инновации, скорее всего, преследуют цель активизации и формирования познавательного интереса.

В частности, в начале 70-х годов профессором, академиком РАО П. М. Эрдниевым, а позднее под его руководством, была создана концепция укрупнения дидактических единиц (УДЕ) — первоначально для обучения математике, а затем перенесена на другие предметы и на начальную школу [161,162]. Смысл концепции состоит в том, что знания усваиваются системнее, прочнее и быстрее, если они предъявляются сразу крупным блоком во всей системе внутренних и внешних связей. При этом укрупненная дидактическая единица определяется не объемом одновременно выдаваемой информации, а именно наличием связей — взаимно обратных мыслительных операций, комплексом взаимно обратных, аналогичных, деформированных и трансформированных задач. Если сегодня изучается теорема, а на следующем уровне — обратная ей, то на это требуется 1+1=2 условных единиц времени. Если же обе теоремы изучаются одновременно, при этом прослеживается обратная цепочка логических выводов и все оформляется единым графическим документом, то расход времени составляет 1,4 условной единицы. Таким образом, чистая экономия равна 30%. Можно использовать эту экономию для сжатия учебного процесса и сокращения сроков получения образования. Такой опыт известен. Далее можно воспользоваться дополнительным временем для углубления знаний, усиления работы на общем и продвинутом уровнях, то есть для развития учащихся.

Укрупненная дидактическая единицаэто клеточка учебного процесса, состоящая из логически разных элементов, обладающих в то же время информационной общностью. Укрупненная дидактическая единица обладает качествами системности и целостности, устойчивостью к сохранению во времени и быстрым проявлением в памяти.

Понятие укрупнения единицы усвоения достаточно общно, оно вбирает следующие взаимосвязанные конкретные подходы к обучению:

1) совместное и одновременное изучение взаимосвязанных действий, операций, функций, теорем и т. п.;

2) обеспечение единства процессов составления и решения задач (уравнений, неравенств и т. п.);

3) обращение структуры упражнения, что создает условия для противопоставления исходного и преобразованного заданий;

4) реализация принципа дополнительности в системе упражнений (понимание достигается в результате межкодовых переходов между образным и логическим в мышлении, между его сознательным и подсознательным компонентами).

При этом создаются условия для проявления фундаментальных закономерностей мышления (вкупе оптимизирующие познавательный процесс), а именно:

1) закона единства и борьбы противоположностей;

2) перемежающего противопоставления контрастных раздражителей (И.П. Павлов). При этом УДЕ рассматривается как условный рефлекс;

3) принципа обратных связей, системности и цикличности процессов (П.К. Анохин), обратимости операций (Ж. Пиаже);

4) перехода к сверхсимволам, т. е. оперирования более длинными последовательностями символов (кибернетический аспект) [141].

Общность выводов теоретического анализа позволяет предвидеть и выгоды переноса указанной методической системы с младших классов на старшие, с математики на другие учебные предметы, со школьной практики на ВУЗовскую дидактику. Как известно, человеческий мозг унаследовал некоторые механизмы симультарного мышления, ускоренной переработки информации, которые мы называем подсознательными. При укрупнении дидактических единиц как раз используются эти скрытые резервы мышления, существенно повышающие результативность мышления в целом.

Анализ работ П. М. Эрдниева и сотрудников его группы показывает, что теория и практика УДЕ опираются на физиологические закономерности условного рефлекса и циклических связей. Обучение становится наиболее эффективным при использовании трехфазных циклов в процессе преподавания (трехпараметрический механизм переработки информации — ТрПМПИ). Вывод об актуальности вообще таких трехфазных процессов, как ключевых для дидактики, навеян нам знаменитой формулой Маркса «товар — деньги — товар». Работы, посвященные методике использования УДЕ, показывают целесообразность создания дидактических циклов — триад: тождествоуравнение — задача, частное — общее — частное и т. д. (подробно см. 1.1). Если в работах П. М. Эрдниева и его многочисленных сотрудников Б. П. Эрдниева, О. М. Эрдниева, И. Л. Улицкой, Я. И. Груденова, Е. М. Семенова, Ф. Ф. Семьи, И. М. Степуро, Е. Н. Тальяновой, Э. А. Страчевской, A.M. Крупенникова, М. Н. Лащеновой, Буй Ван Хуэ, А. В. Ефремова и др. можно найти обширный материал по обсуждению психологической и технологической сторон использования ТрПМПИ в процессе обучения по методике УДЕ, то исследования по теоретической аргументации и выявлении гносеологической сути феномена «эффекта трехфазности целостностей» практически отсутствуют (за исключением некоторых общих рассуждений [56]).

Установление гносеологических корней и научнотеоретических основ использования ТрПМПИ для реализации принципа УДЕ при обучении послужило бы доказательством:

1) универсальности данного подхода и необходимости его использования в учебном процессе. Тем самым, сняло бы психологическое сопротивление к технологии УДЕ со стороны некоторых преподавателей и чиновников образования.

2) возможности расширения «границ» приложимости идеи укрупнения на основе ТрПМПИ.

Эффективность укрупнения дидактических единиц на основе трехпараметричеекого механизма передачи информации (УДЕ-ТрПМПИ) в процессе преподавания в ВУЗе мы показываем, в частности, на примере изучения элементов векторного анализа, который играет важную роль в современной теоретической физике и вопросах преподавания аналогичных абстрактных дисциплин. В связи с эти следует подчеркнуть, что у студентов интерес выступает здесь и как избирательная направленность личности, и как мощный побудитель активности, под влиянием которого все психолого-педагогические процессы протекают более интенсивно, а деятельность становится увлекательной [12].

Педагогические позиции авторов многих известных нам учебников по основам векторного анализа напоминают установки средневековых схоластов в диспутах и научных трудах [13]. Учащийся представляется таким авторам опытным противником, выискивающим слабые места в позиции преподавателязадача же педагога сводится к опровержению всех возможных опровержений. В противоположность этому мы рассматриваем учащегося как друга и союзника, готового поверить педагогу или учебнику и заинтересованному, в первую очередь, чтобы побыстрее получить возможность использовать в изучении природы и в технике все новые приемы, которым его научили.

Поддержку наших позиций мы находим у многих выдающихся ученых. Знаменитый русский кораблестроитель, академик А. Н. Крылов писал: «Нельзя считать недостаточно строгим для 16- летнего гимназиста то, на чем сам Ньютон основывал все современное учение о мироздании и что он положил в основу своих неопровержимых доказательств строение системы мира» — и указывал, что начинающие зачастую воспринимают утонченную строгость доказательств как «торжество науки над здравым смыслом» [64, 65].

Альберт Эйнштейн — один из величайших физиков всех времен, писал:

В возрасте 12−16 лет я ознакомился с элементами математики, включая основы дифференциального и интегрального исчисления. При этом на мое счастье, мне попались книги, в которых обращалось не слишком много внимания на логическую строгость, зато хорошо была выделена всюду главная мысль. Вот это занятие было поистине увлекательно: в нем были взлеты, не уступавшие «чуду» элементарной геометрии, основная идея аналитической геометрии, бесконечные ряды, понятия дифференциала и интеграла" .

Таким образом, высшая математика (в том числе и такой важный раздел как «векторный анализ») должна превратиться из сухого и трудного предмета в комплекс ясных и естественных представлений, открывающих прямой путь к изучению физики, химии, инженерно-технических дисциплин.

В связи с этим хочется напомнить совет, обращенный к учителю нашим великим русским педагогом К. Д. Ушинским: «Мы не говорим педагогам — поступайте так или иначено говорим им: изучайте законы тех психических явлений, которыми вы хотите управлять, и поступайте, соображаясь с этими законами и теми обстоятельствами, в которых вы хотите их приложить. Вот почему мы советуем педагогам изучать сколь возможно тщательней физическую и душевную природу человека вообще, изучать своих воспитанников и окружающие их обстоятельства.» [146].

Результаты проверок состояния знаний, умений и навыков (ЗУН), а также выводы проведенного исследования свидетельствуют о недостаточном уровне владения студентами основ векторного анализа (И курс ФФ ЯГУ), без которых невозможно дальнейшее изучение таких фундаментальных дисциплин на старших курсах: электродинамика, механика сплошных сред, квантовая механика и т. д.

Все вышеизложенное говорит об актуальности поставленной проблемы и необходимости проведения специального исследования реализации УДЕ-ТрПМПИ.

Объект исследования — познавательный интерес как условие повышения эффективности и качества обучения студентов в ВУЗе на основе дидактических инноваций.

Предмет исследования — активизация познавательного интереса у студентов на основе использования УДЕ-ТрПМПИ при преподавании высшей математики в ВУЗе.

Цель исследования — научно — практически обосновать использование УДЕ-ТрПМПИ как условия активизации познавательного интереса у студентов при преподавании высшей математики в ВУЗе.

В ходе исследования была выдвинута и экспериментально проверена гипотеза: Теоретико-научное объяснение феномена ТрПМПИ как принципа экономного кодирования информации и средства повышения эффективности использования УДЕ позволит нам активизировать у студентов познавательный интерес, что, в свою очередь, будет способствовать повышению качества их учебной деятельности, детальной разработке системы обучения в целом, поможет последовательному внедрению этих систем не только в школьную практику, но и в ВУЗе.

Исходя из предмета, цели и гипотезы исследования, определены следующие задачи:

— изучить степень разработанности исследуемой проблемы;

— обосновать пути и способы внедрения УДИ и ТрПМПИ в ВУЗе при преподавании;

— составить программу и содержание краткого теоретического курса обучения высшей математике на основе идей УДЕ-ТрПМПИ;

— определить методы и средства укрупнения знаний при формировании полноценных математических умений и навыков на основе активизации познавательного интереса у студентов;

— разработать систему методов и условий активизации познавательного интереса у студентов на основе использования УДЕ-ТрПМПИ.

Методологические основы исследования:

— принципы исторического и логического в педагогическом познаниинаучности и объективностиобщего, особенного и единичного;

— положения о взаимосвязи, взаимообусловленности социальных, культурологических и педагогических, объективных и субъективных факторов в развитии образования;

— теория структуры содержания образования;

— философско-психологические идеи о развитии личности в процессе общения и деятельности;

— отечественные и зарубежные психологические и педагогические теории личностного роста;

— современные отечественные концепции организации гуманистически ориентированного педагогического процесса саморазвития личности.

В ходе исследования были использованы различные методы, соответствующие его предмету, целям и задачам:

— анализ литературы на стыке наук по проблеме исследования;

— анализ устных и письменных работ студентов;

— педагогический эксперимент;

— статистическая количественная и качественная обработка полученных экспериментальных данных;

— анкетирование, беседа, опрос;

— прогнозирование (педагогическое предвидение), моделирование и др.

Научная новизна и теоретическая значимость исследования:

— дано теоретико-научное обоснование ТрПМПИ в системе УДЕ с использованием результатов из физики, математики, психологии, философии и этнографии;

— выявлены причины, тормозившие применение модели УДЕ-ТрПМПИ в ВУЗе, как дидактических инноваций, в активизации познавательного интереса у студентов в процессе обучения высшей математике;

— для реализации идей УДЕ-ТрПМПИ в ВУЗе предложена комбинированная форма организации учебного процесса — объединение лекционных и практических занятий;

— на примере оператора Гамильтона и связанных с ним понятий и теорем рассмотрен процесс использования трехпараметрического механизма переработки информации в системе УДЕ в ВУЗе, как средства активизации познавательного интереса у студентов;

— разработаны конкретные научно — методические рекомендации, обеспечивающие овладение студентами полноценными знаниями, умениями и навыками в процессе обучения математике на основе ТрПМПИ в системе УДЕ.

Практическая значимость исследования заключается в том, что:

— разработанные в диссертации методические приемы по использованию ТрПМПИ в системе УДЕ, как средства активизации познавательного интереса у студентов в процессе обучения высшей математике могут быть применены в практике обучения в ВУЗе: можно их применять на сдвоенных занятиях, в качестве домашних заданий, при индивидуальном и дифференцированном подходе к студентам;

— на основе разработанной системы методов и условий активизации познавательного интереса у студентов преподаватель может самостоятельно использовать преимущества трехпараметричеекого механизма переработки информации и по другим разделам высшей математики.

На защиту выносятся следующие основные положения:

— целенаправленное обучение на основе идей УДЕ-ТрПМПИ, как дидактическая инновация, становится средством выработки высокоэффективных приемов мышления (алгоритмов), т. е. активизации познавательного интереса у студентов в процессе обучения высшей математике в ВУЗе;

— УДЕ-ТрПМПИ, как специфические отображения в дидактике, представляют собой объективную тенденцию всей современной науки к интеграции знаний, ведущей к углублению обобщений в познавательных процессах и способствующей освоению студентами возрастающего объема информации за меньшее время- - структура и содержание теоретического курса обучения высшей математике на основе идей УДЕ-ТрПМПИ, как фактор интенсификации учебного процесса в ВУЗетенденция к расширению границ применения УДЕ-ТрПМПИ в ВУЗовской дидактике и особенности их проявления в условиях гуманизации образования и новых педагогических технологий.

Методологические основы исследования: принципы исторического и логического в педагогическом познаниинаучности и объективностиобщего, особенного, единичногоположения о взаимосвязи, взаимообусловленности социальных, культурологических и педагогических, объективных и субъективных факторов в развитии образованиятеория структурного содержания образованияфилософско-психологические идеи о развитии личности в процессе общения и деятельностиотечественные и зарубежные психологические и педагогические теории личностного ростасовременные отечественные концепции организации гуманистически ориентированного педагогического процесса саморазвития личности.

В ходе исследования были использованы различные методы, соответствующие его предмету, целям и задачам: анализ литературы на стыке наук по проблеме исследованияанализ устных и письменных работ студентовпедагогический экспериментстатистическая, количественная и качественная обработка полученных экспериментальных данныханкетирование, беседа, опроспрогнозирование (педагогическое предвидение), моделирование и др.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Труды ученых-педагогов показывают, что исследованы основные источники формирования познавательного интереса студентов при изучении отдельных предметов, роль некоторых форм и средств организации их учебной деятельности с целью формирования познавательного интереса. Однако, вопросы активизации познавательного интереса студентов по физико-математическим дисциплинам разработаны еще недостаточно.

Анализ работ П. М. Эрдниева и сотрудников его группы показывает, что теория и практика укрупнения дидактических единиц (УДЕ) опирается на физиологические закономерности условного рефлекса и циклических связей. Обучение становится наиболее эффективным при использовании трехфазных циклов в процессе преподавания, т. е. трехпараметрического механизма переработки информации — ТрПМПИ.

Эффективность УДЕ на основе ТрПМПИ при преподавании в ВУЗе мы показываем, в частности, на примере изучения элементов векторного анализа, который играет важную роль в современной теоретической физике и вопросах преподавания аналогичных абстрактных дисциплин. Нами обосновано концептуальное положение о том, что высшая математика должна превратиться из сухого и трудного предмета в комплекс ясных и естественных представлений, открывающих прямой путь к изучению физики, химии, инженерно-технических дисциплин.

Укрупненная дидактическая единица устойчива к сохранению в памяти потому, что она обладает достоинством полноты, иначе говоря, наличием в ней всех основных элементов, образующих определенную целостность.

Таким образом, укрупнение дидактических единиц (УДЕ) как условие активизации познавательного интереса характеризуется следующими качественными показателями:

— представляет собой эффективную технологическую систему обучения, обеспечивает самовозрастание знаний учащегося, благодаря активизации у него подсознательных механизмов переработки информации посредством сближения во времени и пространстве взаимодействующих компонентов целостного представления (знаний);

— Учебники УДЕ, охватывая полностью материал действующих программ по математике, сокращают расход учебного времени не менее, чем на 20%, при одновременном обогащении учащихся удвоенной информацией также не менее, чем на 20%.

— Результат обучения с помощью УДЕ — самовозникновение в мышлении учащихся циклических связей ассоциаций, влекущих эмоциональное обогащение процесса усвоения математики;

— В логико-дидактическом плане структура УДЕ обеспечивает возникновение в психике качественно нового знания, а именно целостного знания, недостижимого вне технологии УДЕ;

— Философия УДЕ — достижение целостности математических знаний как главного условия саморазвития интеллекта учащихся;

— Трехпараметрические механизмы переработки информации оказались оптимальными как для каждого органа чувств, так и для самих высших уровней мышления, вплоть до абстрагирующих механизмов познания действительности.

Так как существуют различные психологические концепции обучения, то они могут служить базой для построения различных общих теорий обучения (дидактик), а последние эти —построения различных теорий обучения математике (ТОМ). На одной и той же психолого-дидактической основе можно построить ТОМ, выдвигающую на первый план ее логику. Можно построить и такую ТОМ, которая правильно сочетает эти две важнейшие стороны математики, к чему мы и стремимся в соответствии с требованиями реформирования высшей школы на современном этапе.

С этой точкой зрения, мы рассматриваем, как одну из возможных концепций в качестве основы ТОМ, трехпараметрический механизм переработки информации в образовательном процессе. Так, в нашем исследовании использование трехпараметрического механизма переработки информации получает убедительное теоретическое обоснование как объективно существующий способ интенсификации и облегчения образовательного процесса.

В основу теории обучения математике (ТОМ) должна быть положена определенная базисная психолого-педагогическая концепция обучения. В качестве таковой является разработанный известными психологами (C.JI. Рубинштейном, Н. А. Леонтьевым, П. Я. Гальпериным и др.) деятельностный подход, рассматривающий обучение как определенную деятельность, в конечном итоге, мыслительную, так как всякая практическая деятельность является внешним отражением некоторой мыслительной деятельности: 1) набор общих логических приемов мышления- 2) набор специфических для определенной области знаний (в нашем случае для математики) приемов мышления- 3) систему знаний.

При этом следует подчеркнуть, что система знаний играет двоякую роль в процессе обучения, являясь и результатом и важным компонентом познавательной деятельности. Это объясняется тем, что формирование и развитие системы знаний протекает постепенно в процессе учебной (познавательной) деятельности с помощью общелогических и специальных приемов мышления на базе уже сформированной (до этого) части системы знаний.

На наш взгляд, это относится, скорее всего, к студентам ВУЗа, которые уже имеют определенный опыт познавательной деятельности на основе школьных курсов обучения. С этой точки зрения, мы придерживаемся концепции А. А. Столяра, положенную в основу ТОМ, которую он кратко сформулировал в виде следующего исходного положения данной теории: обучение математике есть дидактически целесеобразное (обоснованное) сочетание обучения математическим знаниям и познавательной деятельности по приобретению этих знаний, т. е. специфической для математики познавательной деятельности, которую для краткости, хотя и несколько условно, назовем математической.

Постепенное формирование и развитие в сознании учащихся тех логических структур, которые лежат в основе математической деятельности, — важнейшее средство обучения математике.

Образовательная функция обучения, используя интерес к учению, приобретает более высокий результат и приносит удовлетворение деятельностью и преподавателю и студенту. При более глубоком уровне развития познавательный интерес проникает в функции развивающего обучения, воспитывающего обучения, деятельности и общения, благодаря чему и обучение и учение протекают эффектно и плодотворно, т. е. под его влиянием все функции учебного процесса образуют единство деятельности преподавателя и студента.

Исходя из того понимания, что знания, умения и навыки в системе познавательного интереса представляют собой сложную иерархию взаимосвязи и взаимообусловленности в целостном процессе познания, мы обосновываем активную познавательную математическую деятельность студентов на основе УДЕ-ТрПМПИ.

В основу УДЕ-ТрПМПИ положен принцип: чтобы обучать ускоренно и при высоком уровне знаний, необходимо рассматривать целостные группы взаимосвязанных понятий. В настоящее время возникает насущная теоретическая необходимость говорить не только о принципе систематичности, но и о принципе структурности знаний. В связи с этим в данной работе в рамках УДЕ-ТрПМПИ выдвигается тезис «структурность знаний — залог их прочного усвоения» .

Так, в процессе преподавания основ векторного анализа такая структура выглядит в виде цикла-триады: градиент — дивергенцияротор. В связи с этим подробно рассматриваются понятия градиент, дивергенция, ротор и связанные с ними более сложные формулы и теоремы. При этом УДЕ-ТрПМПИ позволяет компактно излагать материал, акцентируя внимание на их внутренних связях.

Второй принцип УДЕ-ТрПМПИ — анализ и синтез, как условие гибкости, осознанности и обобщенности усвоения знаний, формирования умений и навыков.

Этот принцип в данной диссертационной работе реализован посредством использования развивающих канонов ЭльконинаДавыдова — Репкина.

Два независимых эксперимента, проведенных нами, дают возможность с определенностью утверждать, что использование методики УДЕ-ТрПМПИ позволяет повысить качество успеваемости почти в 2 раза.

Таким образом, в основе развития познавательной активности лежит преодоление студентом противоречий между постоянно растущими познавательными потребностями и возможностями их удовлетворения, которыми он обладает в данный момент.

Как особое условие успешного осуществления активизации учения выделяется сочетание эмоционального и рационального обучении. Это условие имеет особое значение для предметов естественно-математического цикла, поскольку их содержание построено на логической основе, что без человеческих эмоций познание истины невозможно.

С другой стороны, овладев способами деятельности, студент не может быть деятельным. Наша задача состоит в том, чтобы в процессе обучения на занятиях постепенно формировать у студентов умение самостоятельно добывать знания, оценивать их и применять на практике. Это становится особенно важным в условиях все ускоряющегося научно-технического прогресса, когда объем информации и знаний чрезвычайно возрастает.

В эксперименте, в целях развития самостоятельности познания студентом, мы использовали такие приемы, как решение одной задачи разными способами, перенос знаний и навыков в новую ситуацию, нахождение рационального пути решения задачи, внесение элементов рационализации в выпполнение практических работ, приведение своих, а не книжных примеров и т. д. Анализ практики показывает, что в настоящее время значительным тормозом в быстром продвижении студентов в учении является отсутствие у них сформированных общих учебных умений. Так, в состав общих учебных умений мы включаем умение планировать предстоящую работу, рационально организовать ее выполнение, осуществлять самоконтроль и умение в определенном темпе.

Анализ результатов экспериментального обучения, проведенного нами, показал, что использование системы средств активизации познавательной деятельности на этапе формирования познавательного мотива до творческого использования умений в самостоятельных работах продуктивного характера способствует формированию обобщенных учебных умений.

Вместе с тем следует отметить, что данное исследование в силу специфики своих задач и многогранности проблемы актуализации познавательного интереса не решает многих вопросов, связанных с поиском научно-обоснованных путей и средств его совершенствования. Требуются дальнейшие специальные исследования.