Формирование у школьника когнитивного компонента позиции субъекта учения

В психолого-педагогических исследованиях поставлена проблема развития у школьников по­зиции субъекта учения, в структуре которой выделены три компонента: когнитивный, регулятор­ный и личностно-смысловой [1]. Когнитивный компонент – «компетенция ученика, включающая систему предметных знаний и умений; метазнания, т.е. “надпредметные” знания о знаниях, прие­мах и средствах переработки информации, данной в разных знаковых формах; “открытие” собст­венных способов учебной работы» [1, с. 27]. Исследования показали, что становление когнитив­ного компонента позиции субъекта учения предполагает движение от накопления и успешного ис­пользования предметных и надпредметных знаний в стандартных ситуациях к их реализации в но­вых условиях, в частности в процессе усложнения задач.

При разработке проблемы формирования этого компонента существенным является следую­щее положение когнитивной психологии: «человек активно “перерабатывает информацию”, строя внутренние модели (репрезентации) окружения» [5, с. 109]. Чтобы решить учебную задачу, уче­ник должен переработать информацию, содержащуюся в тексте, построить собственную модель, используя резервы своей семантической памяти, того «субъективного тезауруса», который содер­жит организованное знание субъекта как о словах и других символах, их значениях и отношениях между ними, так и о правилах, формулах, алгоритмах, необходимых для использования этих сим­волов, понятий и отношений. Формируемый у школьника когнитивный компонент позиции субъек­та учения при решении задач включает предметные знания и знания о структуре задачи и процес­се ее решения. Так, в ходе обучения вводится понятие о том, что в задаче имеются следующие ком­поненты: условие, требование, искомое, которое «имплицитно» содержится в формулировке зада­чи. «Оно не дано, а лишь задано этой формулировкой», при этом «искомое – в отличие от данно­го извне требования задачи – возникает и формируется лишь у того человека, который сам решает задачу или проблему» [3, с. 178].

Наши исследования проводились на материале решения физических задач (стандартных и нестандартных). Исследования показали, что физическая задача может быть сформулирована как на научном (физическом, математическом и т.д.), так и на житейском языке. Тогда переработка ин­формации происходит на основе извлечения из семантической памяти необходимых знаний и пе­реформулирования текста с житейского языка на научный, а затем путем оперирования теоретиче­скими положениями на физическом языке. Процесс построения собственной модели задачи начи­нается с поиска в тексте смысловых опор, т.е. слов или словосочетаний, анализ которых позволя­ет найти искомое, поскольку они содержат определенную информацию о теоретических положе­ниях или практико-ориентированных знаниях, которые надо применить в ходе рассуждения [3]. В качестве смысловых опор могут выступать физические термины, содержание которых необходимо раскрыть, или житейские понятия, за которыми «скрыты» представления о физической ситуации. Так, в задаче, сформулированной только на физическом языке (см. ниже), смысловыми опорами мо­гут быть физические термины «колебательный контур», «идеальный колебательный контур», «ам­плитуда колебаний силы тока в катушке индуктивности», «амплитуда колебаний заряда конденса­тора», «сила тока в катушке», «момент времени», «заряд конденсатора». В ходе пошагового анали­за смысловых опор из семантической памяти извлекается все то, что позволяет раскрыть содержа­ние каждого понятия, выделить новую ситуацию и переформулировать задачу. Поэтапно строится собственная модель задачи, в которой физическая ситуация отражена по-новому в системе пред­метного знания в разных знаковых формах (в частности, словесно, с использованием формул), что позволяет применить актуализированные теоретические положения к конкретным данным и отве­тить на вопрос задачи (найти требуемое).

Опыт показывает, что у школьников возникают трудности в построении собственной моде­ли задачи, связанные с особенностями семантической памяти, полнотой извлечения необходимой информации. В ходе обучения необходима внешняя помощь, которую может оказать учитель или обучающее устройство. В настоящей статье представлен опыт разработки компьютерной развива­ющей программы. Готовность к работе с такого рода программой (при наличии предметных зна­ний) создается путем формирования в качестве составляющих когнитивного компонента позиции субъекта учения следующих знаний: о компонентах задачи (условиях, требовании, искомом); об особенностях формулирования текста физической задачи; смысловых опорах, их анализе и пере­формулировании текста на основе извлечения необходимой информации из семантической памяти; возможности использования внешней помощи, содержащейся в гиперссылках для коррекции пол­ноты анализа каждой смысловой опоры. Эксперименты показали, что при всей трудоемкости про­цесса обучения школьников поиску и анализу смысловых опор в текстах физических задач этому можно учить не только в рамках коллективной работы на уроке, но и с помощью компьютера [4].

Ниже представлена обучающая компьютерная программа на примере решения только одной задачи. При создании программы составители сначала определяли все те знания по физике, кото­рые требовалось применить в ходе решения задачи. В соответствии с этими знаниями авторы вы­деляли в тексте задачи смысловые опоры и строили в программе адекватную последовательность шагов. В каждом кадре пошагового обучения особенно выделялась смысловая опора для физиче­ского анализа. Направление рассуждения задавалось в форме незаконченного предложения. Что­бы осуществить пошаговый самоконтроль, ученик использовал свое умение обращаться к гипер­ссылке, где содержались сведения, подтверждающие, дополняющие или корректирующие резуль­тативность анализа смысловых опор. В последнем кадре ученику предлагалось завершить реше­ние и сформулировать ответ. В представленной ниже программе использована задача уровня С из контрольно-измерительных материалов для ЕГЭ [6].

Обучающая программа для школьника

З а д а ч а . В идеальном колебательном контуре амплитуда колебаний силы тока в катушке индуктивности 5 мА, а амплитуда колебаний заряда конденсатора 2,5 нКл. В момент времени t сила тока в катушке равна 3 мА. Найдите заряд конденсатора в этот момент.

Прочитайте задачу.

Перескажите содержание своими словами. Попытайтесь ответить быстро.

Решите задачу путем выделения в тексте смысловых опор, их анализа и пошагового само­контроля.

1. (1-й шаг) «…колебательном контуре…»^* (Что собой представляет колебательный контур и какие процессы там можно наблюдать). Раскройте физический смысл данной опоры.

Ситуация 1. Колебательный контур ....

(Проверьте полноту своего ответа.)

Гиперссылка. Ситуация 1. Колебательный контур – это установка, состоящая из кон­денсатора и катушки. Если заряженный конденсатор замкнуть на катушку, то по этому конту­ру будет протекать ток. При этом наблюдаются периодическое изменение заряда на обкладках конденсатора и изменение электрического поля конденсатора, а также периодическое изменение тока в катушке и изменение магнитного поля катушки. Этот процесс называется электромаг­нитными колебаниями.

Ситуация 2 (какими уравнениями можно описать эти процессы). Заряд на обкладках кон­денсатора…

(Проверьте полноту своего ответа.)

Гиперссылка. Ситуация 2. Заряд на обкладках конденсатора можно вычислить по форму­ле q=qocosωt, а ток в катушке с помощью уравнения i=Iosinωt.

2. (2-й шаг) «В идеальном…». Раскройте физический смысл данной опоры.

Ситуация 3. В идеальном колебательном контуре ....

(Проверьте полноту своего ответа.)

Гиперссылка. Ситуация 3. В идеальном колебательном контуре сопротивление проводни­ков мало и излучение отсутствует, следовательно, полная энергия колебательного контура до­статочно долгое время считается неизменной.

* жирным шрифтом здесь и далее по шагам в тексте выделены смысловые опоры для поиска решения.

W=const. (1) Ситуация 4. Энергию колебательного контура можно…

(Проверьте полноту своего ответа.)

Гиперссылка. Ситуация 4. Энергию колебательного контура в любой момент времени можно вычислить по формуле W= Wc+WL= q²/2C+Li²/2, где С – электроемкость конденсатора, а L – индуктивность катушки.

3. (3-й шаг) «амплитуда колебаний силы тока в катушке индуктивности 5 мА…». (Раскройте физический смысл данной опоры.)

Ситуация 5. Когда сила тока в катушке имеет амплитудное или максимальное значение…

(Проверьте полноту своего ответа).

Гиперссылка. Ситуация 5. Когда сила тока в катушке имеет амплитудное или максималь­ное значение i=Io, то полную энергию колебательного контура можно вычислить по формуле W₁=W_L=L Io²/2, (2) т. к. заряд qo в это время равен нулю.

4. (4-й шаг) «амплитуда колебаний заряда конденсатора 2,5 нКл». (Раскройте физический смысл данной опоры.)

Ситуация 6. Когда заряд на обкладках конденсатора имеет амплитудное или максималь­ное значение…

(Проверьте полноту своего ответа.)

Гиперссылка. Ситуация 6. Когда заряд на обкладках конденсатора имеет амплитудное или максимальное значение q=qo , ток в катушке i равен нулю. Полную энергию контура можно вычислить по формуле

W₂=W= q²/2C. (3)c

5. (5-й шаг) «В момент времени t сила тока в катушке равна 3 мА». (Раскройте физический смысл данной опоры.)

Ситуация 7. В момент времени t сила тока в катушке равна 3 мА, следовательно, энергия колебательного контура…

(Проверьте полноту своего ответа.)

Гиперссылка. Ситуация 7. В момент времени t сила тока в катушке равна 3 мА, следова­тельно, энергия колебательного контура в этот момент времени складывается из энергии элект­рического поля конденсатора и энергии магнитного поля катушки

Wt =W_L,t + W_c,t =Li²t/2+ q²t/2C. (4)

6. (6-й шаг). Найдите заряд конденсатора в этот момент. (Раскройте физический смысл данной опоры.)

Ситуация 8. Заряд конденсатора в этот момент qt можно найти…

(Проверьте полноту своего ответа.)

Гиперссылка. Ситуация 8. Заряд конденсатора в этот момент qt можно найти из послед­него уравнения, используя выводы из анализа предыдущих ситуаций.

7. (7-й шаг). Решите задачу самостоятельно. Запишите условие задачи в краткой форме, сде­

лайте чертеж. Опишите проанализированные процессы соответствующими уравнениями. (Проверьте ваше решение задачи.) Гиперссылка. Проверка решения задачи (в статье представлена в сокращенном виде). Дано: Io=5 мА, qo=2,5 нКл, It=3 мА. Найти qt . Решение задачи. Из вывода Ситуации 3 мы получили уравнение W=const. (1) Из вывода Ситуации 5 мы получили уравнение W₁=WL=L Io²/2. (2). Из вывода Ситуации 6 мы получили уравнение W₂=Wc=qо²/2C. (3). Из выводов Ситуаций 7 и 8 мы выяснили, что в момент времени t, заданный по условию за­дачи, полная энергия колебательного контура может быть вычислена по W_t=Li²t/2+ q²t/2C (4). Ре­шая систему уравнений, получим q²t = qo² (1 – i²t/ Io²). Отсюда можем найти qt (вопрос нашей зада­чи), и после подстановки значений из условия задачи получим qt = 2 нКл.

В экспериментах, проведенных на материале решения физических задач с использованием разработанных нами обучающих компьютерных программ, подтверждена эффективность форми­рования у школьников когнитивного компонента позиции субъекта учения.

1. Божович Е.Д. Психолого-педагогические проблемы развития школьника как субъекта учения. М. : МПСИ; Воронеж: НПО «МОДЭК», 2000.
2. Брушлинский А.В. Мышление и прогнозирование (логико-психологический анализ). М. : Мысль, 1979.
3. Вайзер Г.А. Формирование у школьников способов самостоятельной работы над задачей. (В помощь учителю физики). М. : ЗАО «Социум – К», 2001.
4. Вайзер Г.А., Зиновьев А.А. Формирование у школьников физических понятий при решении слож­ных задач // Усовские чтения. Методология и методика формирования научных понятий у учащихся школ и студентов вузов : материалы XVIII Междунар. науч.-практ. конференции, г. Челябинск, 14–15 апр. 2011 г. Че­лябинск : «Край Ра», 2011. Ч. 1. С. 167–171.
5. Величковский Б.М. Когнитивная наука: основы психологии познания : в 2 т. М. : Смысл: «Акаде­мия», 2006. Т. 1.
6. ЕГЭ по физике 2010. Демонстрационный вариант №С5. URl : http: //WWW.examen.ru/add/ege/ege­po-fizike.