Методика обучения учащихся строительного техникума курсу «Инженерная графика»

Развитие пространственного мышления учащихся как педагогическая проблема

Развитие пространственного мышления, происходит в процессе овладения учащимся накопленными человечеством знаниями и является одной из существенных характеристик онтогенеза психики учащегося. Высокий уровень развития пространственного мышления является необходимым условием успешного усвоения разнообразных общеобразовательных и специальных технических дисциплин на всех этапах обучения.

Пространственное мышление является существенным компонентом в подготовке к практической деятельности по многим специальностям.

По утверждению многих исследователей практика обучения постоянно обнаруживает слабое развитие пространственного мышления учащихся, начиная с начальной школы и кончая вузом.

Кроме того, опыт работы преподавателей средних и высших учебных заведений, а также психологов и педагогов-исследователей показывает, что учащиеся часто не справляются с задачами как теоретического, так и практического характера, требующих для своего решения сформированности специфического вида мыслительной деятельности, обеспечивающего анализ пространственных свойств.

Недостатки в данной области образования сказываются на успеваемости учащихся по различным предметам как, например, инженерная графика.

Все это свидетельствует о том, что техникум не создает достаточных условий для развития пространственного мышления, так как обучение строится таким образом, что словесно-логическое мышление получает преимущественное развитие.

Можно сказать, что в настоящее время процесс становления пространственное мышление изучен не полностью. До сих пор не было проведено достаточно полного сравнительного исследования уровня развития пространственного мышления в зависимости от характера учебной деятельности на различных возрастных этапах.

Пространственное мышление — вид умственной деятельности, обеспечивающий создание пространственных образов и оперирование ими в процессе решения практических и теоретических задач[22]. Это сложный процесс, куда включаются не только логические (словесно-понятные) операции, но и множество перспективных действий, без которых мышление протекать не может, а именно опознание объектов, представленных реально или изображённых различными графическими средствами, создание на этой основе адекватных образов и оперирование ими по представлению. Являясь разновидностью образного мышления, пространственное мышление сохраняет все его основные черты, и тем самым отличается от словесно-дискурсивных форм мышления. Это различие видно, прежде всего, в том, что пространственное мышление оперирует образами; в процессе этого оперирования происходит их воссоздание, перестройка, видоизменение в требуемом направлении. Образы являются и исходным материалом, и основной оперативной единицей, и результатом мыслительного процесса. Это не означает, что при этом не используются словесные знания. Но, в отличие от словесно-дискуссивного мышления, где словесные знания являются основным содержанием, в образном мышлении слова используются как средства интерпретации уже выполненных в образах преобразований.

Пространственное мышление формируется на всех этапах онтогенеза под влиянием различных обучающих воздействий[6], имеет ярко выраженную индивидуальную специфику, особенности ее проявления в разнообразных видах деятельности (игровой, учебной, профессиональной).

Содержанием пространственного мышления является оперирование пространственными образами на основе их создания с использованием наглядной опоры (предметной или графической, разной меры общности и условности). Оперирование пространственными образами определяется их исходным содержанием (отражение в образе геометрической формы, величины, пространственной размещенности объектов); типом оперирования (изменение в ходе оперирования положения объекта, его структуры); полнотой, динамичностью образа (наличием в нем различных характеристик, их системности, подвижности).

Все эти особенности пространственного мышления отражают процесс работы с образом, позволяют выявлять его качественное своеобразие, фиксировать возрастные и индивидуальные особенности проявления этого процесса, что весьма существенно в диагностических целях. 19].

Важно подчеркнуть, что особенности пространственного мышления нельзя выявить в полной мере, используя для этого различные головоломки, пространственно-комбинаторные игры и так далее.

В реальной практике (игровой, учебной профессиональной) пространственное мышление всегда включено в решение различных задач, опирается на систему знаний, которые не могут (и не должны) нивелироваться. Этой точки зрения придерживаются многие прогрессивные тестологи, которые разрабатывают новые конструкции тестовых методик. Как считают многие из них, современные диагностические методики должны фиксировать не только общую результативность (продуктивность) выполнения заданий, но и процессуальную сторону его выполнения, так как без этого трудно выявлять индивидуальные различия между людьми, оценивать их не только количественно, но и качественно, корригировать обучающие воздействия.

Важно, чтобы диагностические методики способствуют выявлению индивидуальных стратегий решения тестовых задач, проверке устойчивости их проявления на разном материале, фиксируют особенности проработки этого материала. Только на этой основе можно дифференцировать людей по уровню развития пространственного мышления, выявлять качественные его особенности, давать рекомендации к его развитию и использованию в различных видах деятельности с учетом целей и задан этой деятельности, требований к ее осуществлению[12].

Конечно, содержание, структуру, условия формирования и другие особенности пространственного мышления можно исследовать в индивидуальных (лабораторных) экспериментах. Однако разнообразные практические задачи, которые приходится решать психологам в современных условиях (профориентация, профотбор, выбор учеником предметов для углубленного изучения), требуют проведения массовых исследований, получения оперативной информации об особенностях умственной деятельности учащихся, которая должна дополняться сведениями об их школьной успешности, клиническими наблюдениями за учебным поведением, педагогическими характеристиками и другое.

Одной из разновидностей образного мышления является пространственное мышление, которое, обладая всеми характерными особенностями образного мышления, имеет свои специфические черты[12]. Пространственное мышление в своих наиболее развитых формах формируется на графической основе, поэтому ведущими образами являются зрительные образы. Переход от одних зрительных образов, отражающих пространственные свойства и отношения, к другим, постоянно наблюдается в решении тех задач, где используются разнотипные графические изображения. На их основе возникают не только отдельные образы, адекватные каждому изображению, но их целостная система.

Умение мыслить в системе этих образов и характеризует пространственное мышление. В пространственном мышлении проявляются основные характерные черты образного мышления, такие как: динамизм, перекодирование образов, оперирование ими в целях создания новых и др. В частности, для создания пространственных образов и оперирования ими в процессе решения задач (практических, профессиональных, графических) важным является выбор пространственной системы отсчета. Последнее, например, не является существенным моментом в создании образов в их предметном, вещественном содержании.

Пространственное мышление, как компонент в решении практических задач, связанных с ориентацией на местности, в мире вещей и природных явлений формируется гораздо раньше, чем образное мышление. Это особенно отчетливо проявляется в раннем онтогенезе. Исходя из теоретических положений С. Л. Рубинштейна, И. С. Якиманской был реализован подход к изучению пространственного мышления как динамического единства субъективного и объективного, их тесного и неразрывного взаимообогащения в процессе деятельности[3]. Экспериментально показано, что формы и уровни пространственного мышления определяются с одной стороны, объективным содержанием материала, (характером его наглядности, условности, обобщенности), а с другой стороны, — познавательной активностью субъекта, реализуемой в процессе решения задач, требующих создания пространственных образов и оперирования ими. Уровень этой активности зависит от овладения субъектом средствами деятельности. Исходя из того, что оперирование образами это особый вид деятельности, который не совпадает ни по своему содержанию, ни по условиям осуществления, ни по результатам с процессом создания образа, И. С. Якиманская тем самым получила возможность определить основную функцию пространственного мышления, под пространственным мышлением подразумевается свободное оперирование пространственными образами, созданными на различной наглядной основе, их преобразований с учетом требований задачи" [3].

Основу пространственного мышления как разновидности образного мышления составляет деятельность представления, протекающая в разнообразных формах, на разном уровне. «Мы выделяем два уровня этой деятельности: создание образа и оперирование им» — пишет И.С. Якиманская[3]. Внутри каждого из этих уровней можно выделить различные типы и создания образов и оперирования ими, что по Якиманской обусловлено определенными конкретными условиями. При создании любого образа, в том числе и пространственного, мысленному преобразованию подвергается наглядная основа, на базе которой образ возникает. При оперировании образом мысленно видоизменяется уже созданный на этой основе образ, нередко в условиях полного отвлечения от него. Автор рассматривает умение создавать образы и оперировать ими, — как определенный уровень развития образного (пространственного) мышления. Оперирование образами может различаться по уровню сложности, что создает основу для изучения возрастных и индивидуальных особенностей образного мышления. Преобразование образов имеет место на всех стадиях онтогенеза. Как следует из ряда публикаций (А.В. Запорожец, Н. Н. Поддьяков, О. К. Тихомиров, Ж. Пиаже), — компетентность в области образного мышления является итогом сложных онтогенетических процессов происходящих в течение детства и отрочества[2, 13]. Интенсивно формирующиеся в юношеском возрасте процессы наглядно-образного мышления и творческого воображения играют важную роль не только в жизни учащихся, но и в деятельности взрослого человека-рабочего, инженера, ученого, писателя, — отмечал А. В. Запорожец. Он писал, что в области математики и теоретической физики, где, казалось бы, отвлеченное абстрактное мышление должно иметь исключительное значение, первостепенную роль играет интуитивное, наглядно-образное познание действительности[6]. Дж. Брунер подчеркивает, что познание мира носит, прежде всего, чувственный и двигательный характер. Ничто не может быть включено в мысль, не пройдя сначала через все наши чувства и, особенно через двигательную активность, направленную во внешний мир. Сенсомоторное отображение действительности не формируется исключительно только в первые годы, оно продолжает развиваться на протяжении всей жизни человека: мы учимся не только ходить, но и кататься на лыжах и другое. К этому способу отображения действительности добавляется, так называемое, иконическое отображение. Ребенок интериоризирует и откладывает в памяти образы воспринятых им реальных объектов. Такое представление мира с помощью мысленных образов служит первым шагом к символическому представлению. В подростковом и юношеском периоде мир образов постепенно уступает место понятиям. Это еще один способ познания. Условием для его развития служит речь. Каждый из трех способов представления — действенный, образный и символический — отражает события своим особым образом. Каждый из них накладывает свой отпечаток на психическую жизнь ребенка в разных возрастах. В интеллектуальной жизни взрослого человека эти три формы сохраняются и развиваются.

Проблемой формирования пространственного мышления, пространственного воображения у учащихся являются пространственные представления, без которых освоить данный предмет просто невозможно. Развитие воображения — важнейшее условие овладения умением строить и читать чертеж и графической деятельностью в целом. Вместе с тем процесс обучения инженерной графике служит одним из наиболее важных средств развития воображения[21].

Важнейшим условием, обеспечивающим формирование представлений о технических деталях, является обучение учащихся приемам рассмотрения и запоминания деталей, а также и приемам их воспроизведения по памяти. На уроках учащиеся обучаются приемам анализа детали: мысленного ее расчленения на те геометрические тела, из которых она состоит, и выделения всех ее элементов (выступов, выемок, отверстий и так далее). Это в свою очередь требует мысленного проведения границ каждого геометрического тела (там, где в детали эти тела не разграничены).

Кроме того, нахождение геометрических тел предъявляет требования к приемам абстракции: учащиеся должны мысленно выделить в каждом геометрическом теле его существенные признаки. Так, например, учащиеся под руководством учителя рассматривают брусок прямоугольной формы с пазом. Они констатируют, что этот брусок представляет собой сочетание нескольких прямых четырехугольных призм, и показывают их существенные признаки (два основания равны и параллельны, боковые грани — прямоугольники); аналогично они рассматривают форму паза и общую форму бруска.

Важнейшим принципом, направленным на обучение, является следующее положение: в начале усвоения нового материала в курсе инженерной графике учащиеся обучаются элементарным приемам, которые характеризуются дополнительной опорой на наглядный материал, а затем методика должна обеспечить перестройку приемов так, чтобы учащийся создавал образы без дополнительной опоры, то есть мысленно, деятельностью воображения. Переход учащихся от действий с дополнительной опорой к мысленным при формировании образов воображения выявляет закономерность, состоящую в том, что в усвоении знаний и умений большую роль играет переход от фактических действий, или действий с наглядным материалом, к мысленным действиям, то есть к действиям в уме.

Этот переход должен осуществляться своевременно. Если учащихся слишком долго обучать «наглядным» способам учебной работы, не включающим деятельность воображения, то это может затруднить развитие их пространственных представлений[5].

В дальнейшем учащиеся обучаются приемам создания образов с помощью деятельности воображения. Учитель не дает учащимся картонные трехгранные углы, а предлагает воспроизвести мысленно те действия, которые они выполняли фактически, при усвоении наглядного приема: представить трехгранный угол и стоящую в нем техническую деталь, мысленно провести перпендикуляры из его вершин на грани трехгранного угла, представить проекции на эти грани, мысленно повернуть правую и нижнюю грани.

В этом случае прием создания образа выражается в следующем: учащиеся создают образы проекций с помощью дополнительных представлений (трехгранного угла, спиц). Это достигается деятельностью воображения. При этом учащиеся осуществляют переход от фактических действий с наглядным материалом (в предварительном обучении) к мысленным действиям с опорой на дополнительные представления. После этого учащиеся обучаются более сложному для них приему. Учитель ставит перед ними следующую задачу: научиться представлять проекции заданной детали без опоры на дополнительные образы, то есть не представляя трехгранный угол. Этот прием создания образа заключается в следующем: рассмотрев форму детали, мы последовательно мысленно «видим» ее три плоскостных изображения. Иначе говоря, мы последовательно представляем себе три проекции в соответствующих местах на листе бумаги и затем зарисовываем их. Переход к этому способу характеризуется тем, что исчезает опора на дополнительные представления, что связано с усложнением деятельности воображения. При овладении этим способом многие учащиеся испытывают, серьезные затруднения. Они не могут «увидеть» предмет в «плоскостном виде», то есть они не могут отвлечься от третьего измерения. Если учащимся все же удается представить мысленно ту или иную проекцию предмета, то этот образ легко исчезает или искажается.

В целях преодоления трудностей учащиеся возвращаются к предыдущему приему: они создают образ с помощью дополнительных представлений.

Важное место в курсе инженерной графики занимает овладение приемами, которые нужны учащимся для создания образов при чтении чертежа. Учитель объясняет учащимся, что чтение чертежа включает:

• — рассмотрение чертежа (включая все его детали и условные обозначения) и соотнесение его элементов по трем проекциям;
• — создание образа предмета на основе этого чертежа. Этот последний процесс является сложным и имеет две неразрывно связанные стороны.

Во-первых, учащийся мысленно объединяет три проекции, т. е. синтезирует их, и, во-вторых, он мысленно наполняет проекции третьим измерением.