Подходы к выявлению типовых ошибок младших школьников при освоении естественно-научных понятий

Введение

Проблема освоения младшими школьниками естественно-научных понятий является одной из важнейших в отечественной и зарубежной педагогической психологии. Этому вопросу посвящено немало работ, но он продолжает оставаться актуальным. Понятия, являясь продуктом познания, представляют собой также высшую форму мышления, процесс овладения обучающимся естественно-научными понятиями является непростым, длительным и многогранным.

Л.С.Выготский писал: «Понятие ... есть объективное отражение предмета в его сущности и многообразии, оно возникает в результате рациональной обработки представлений, в результате раскрытия связей и отношений данного предмета с другими, оно включает в себя, следовательно, длительный процесс мышления и познания, который как бы сконцентрирован в нем» [Выготский, 2021]. Мыслить о каком-либо предмете с помощью понятия - значит включать данный предмет в сложную систему опосредующих его связей и отношений, раскрывающихся в определенных понятиях. Понятие, таким образом, есть результат длительного и углубленного познания предмета.

А.Н. Леонтьев, размышляя о формировании научных понятий, говорил: «Процесс овладения учащимися системой научных понятий определяется ... с психологической стороны прежде всего тем, в какого рода деятельность учащегося включается этот материал. ... внимание дидактики должно быть, с нашей точки зрения, решительно перенесено именно на эту сторону, т.е. на то, какие психологические операции вызываются к жизни тем или другим дидактическим материалом, и на способы организации соответствующей этим операциям деятельности учащегося» [Леонтьев, 2019].

Для того чтобы раскрыть закономерности психических процессов и вскрыть психологию деятельности обучающегося по освоению естественно-научных понятий, недостаточно отслеживать только одну сторону процесса - правильное, адекватное решение задачи, стоящей при выполнении данной деятельности. Чаще всего правильное решение задачи является уже конечным результатом обучения. Важно наряду с правильными анализировать и неверные, ошибочные ответы. Анализ ошибок, допущенных младшими школьниками при решении задач, помогает педагогам в процессе формирования у обучающихся основных понятий.

В естествознании за ошибками чаще всего лежат детские исходные представления о природных объектах и явлениях. Представления детей об окружающем мире начинают складываться в раннем возрасте и развиваются в течение дошкольного возраста. Видение дошкольником мира отличается от научного видения, но оно выработано в его личном жизненном опыте, проверено практикой общения и взаимодействия со сверстниками и близкими взрослыми, а потому становится очевидным, обретает статус веры, не подвергается сомнению в правильности и обоснованности. Если специально не работать с исходными житейскими представлениями детей, относящимися к области их практической жизнедеятельности, то эти представления могут непротиворечиво сосуществовать в их сознании с усвоенными естественно-научными понятиями. Более того, в своей повседневной жизни ребенок будет ориентироваться именно на проверенные личным опытом житейские представления [Исаев, 2020; Марголис, 2021]. В связи с этим чрезвычайно важно обратиться к проблеме освоения младшими школьниками понятий и анализу ошибок. Задача этой статьи - оценить разные подходы к типологии ошибок младших школьников и обосновать необходимость учета исходных представлений младших школьников при работе с типичными ошибками в процессе освоения естественно- научных понятий.

Изучение исходных представлений младших школьников в зарубежных
исследованиях

Процесс познания ребенком окружающего мира строится на особенностях его восприятия и способности объективно интерпретировать факты существующей действительности. Следовательно, ошибки ребенка при освоении естественно-научных понятий основаны на искажениях восприятия и понимания им окружающей действительности. Можно говорить о том, что формирование «ошибки» проходит два этапа: первый - искажение восприятия, которое основано на физических свойствах наблюдаемого объекта или явления, а также на психофизиологических особенностях ребенка, и второй - искажение осмысления или понимания им существующей действительности, которое строится на анализе и обобщении обрабатываемой информации. Каждый из этапов вносит свои элементы искажения в содержание понятий и ментальные модели, которые ребенок генерирует или извлекает в процессе познания. Под ментальными моделями понимаются динамические и генеративные представления, в которых новая информация включается в уже имеющуюся базу знаний человека. Ментальная модель может ограничивать процесс приобретения знаний способами, аналогичными убеждениям и предположениям. Помимо того, что ментальные модели сами по себе выступают в качестве ограничений, они могут предоставить важную информацию о базовых структурах знаний, из которых они генерируются [Chi, 2008; Carey, 1999].

В отечественной психологической науке изучению вопроса значения исходных представлений ребенка при формировании научных понятий уделяется недостаточное внимание, тогда как на западе этот исследовательский вопрос стоял достаточно остро уже в конце 20 века и продолжает оставаться одним из самых обсуждаемых. До сих пор среди исследователей нет единого мнения об использовании основной терминологии. Так, в работах, посвященных детским представлениям, можно встретить такие термины, как заблуждения (Helm, 1980), предрассудки (Новак, 1977), альтернативные концепции (Driver, Easley, 1978), детская наука (Gilbert et al., 1982) или синтетические модели (Vosniadou, 2012). Разнообразие используемых слов объясняется тем, что исследователи по-разному характеризуют взаимосвязь между исходными детскими представлениями и научно принятыми идеями [Vosniadou, 1994].

Так, в обзоре, представленном в отчете Национального исследовательского совета США, был использован термин «ошибочные представления» для объяснения того, что считается правильным с научной точки зрения, и, следовательно, они должны быть устранены в процессе обучения [Vosniadou, 1994]. S. Vosniadou для описания исходных детских представлений использует термин «заблуждение» и утверждает, что они могут быть у ребенка как до, так и после обучения [Vosniadou, 1989]. Являясь отличными интерпретаторами своего опыта, дети не осознают научной природы своей интерпретирующей деятельности, они не понимают, что их предположения и убеждения относительно тех или иных физических явлений лишь гипотезы, которые могут быть подвергнуты сомнению. Таким образом, с детскими представлениями можно работать как с гипотезами, требующими доказательств. К приемам обучения, по мнению S. Vosniadou и W.F. Brewe, можно отнести погружение детей в ситуации, требующие от них наблюдения и исследования, побуждение детей давать словесные объяснения изучаемым явлениям [24].

Американский исследователь A. DiSessa предложил новую концепцию, которую он назвал «взглядом по частям». Он утверждает, что детские мысли являются нестабильными, спонтанными, временными и контекстно-зависимыми. Они возникают в момент, когда от ребенка требуется какое-то объяснение, и он это делает неосознанно, без предварительного обдумывания. Эти детские фрагментарные структуры знания исследователь назвал феноменологическими примитивами или p-примитивами («P-prim»). Эти фрагменты знаний генерируются как абстракции общих явлений и активируются при столкновении с конкретными проблемными ситуациями. Таким образом, примитивные схемы обеспечивают ощущение удовлетворения от того, что снимается противоречие, а ситуация становится понятной. Такой фрагментарный взгляд, по мнению A. diSessa, имеет гораздо больше возможностей для индивидуальных вариаций при формировании научного знания, так как предполагает более широкий спектр разнообразных примитивных схем [DiSessa, 2004].

Представленный обзор зарубежных исследований указывает на важность анализа и учета сформированных исходных представлений младших школьников при работе с типичными ошибками при освоении естественно-научных понятий.

Подходы к типологии ошибок (на основе анализа мониторинговых
исследований).

Нами было проведено аналитическое исследование, основанное на изучении содержания и структуры заданий и способов оценивания мониторинговых исследований, включающих описание типовых ошибок младших школьников: ВПР (Всероссийские проверочные работы), SAM (Student Achievment's Monitoring) и TIMSS (Trends in Mathematics and Science Study).

Всероссийские проверочные работы - проект российского образования, направленный на оценку соответствия образовательных результатов требованиям ФГОС. В типовом варианте проверочной работы имеется 10 заданий, 6 из них составлены на естественно-научном материале. С помощью этих заданий проверяется ряд умений, например, умение читать географическую карту, действовать логически (демонстрировать владение логическими универсальными действиями) и др. [Описание контрольных измерительных, 2021].

За правильно выполненные задания начисляются баллы. Ошибка выявляется, если в работе обучающегося написана лишняя цифра/не написана одна необходимая цифра. Таким образом в ходе проведенного анализа результатов проверочной работы по предмету «Окружающий мир» педагоги фиксируют, какие умения у младших школьников развиты хорошо, а какие нет. На основе полученной информации каждый педагог планирует работу по ликвидации пробелов в знаниях и умениях. Например, «необходимо предлагать детям данный вид работы с текстом, предполагающий умение отыскивать нужную информацию» или «формировать умения определять особенности природы своего края: формы земной поверхности, полезные ископаемые, водоемы, природные сообщества» [Родригес, 1981].

Таким образом, все предметные знания представлены через определенные умения, а ошибки, которые допускают обучающиеся, интерпретируются как «пробелы» в знаниях и умениях, которые необходимо восполнить. Типы ошибок соответствуют конкретным знаниям и умениям. Такой подход к типологии детских ошибок является наиболее распространенным, т.к. аналогичные задания используются педагогами в качестве текущей проверки знаний учащихся.

Оценочная модель SAM (Student Achievment's Monitoring), разработанная авторским коллективом под руководством П.Г. Нежнова, позволяет производить качественную оценку предметной грамотности учащихся. Основанием для разработки этого инструмента стала теория культурного развития Л.С. Выготского и, в частности, намеченная в его трудах психологическая модель учебного процесса, которую развивали его ученики и последователи (Д.Б. Эльконин, В.В. Давыдов, П.Я. Гальперин, Б.Д. Эльконин и др.). Согласно этой модели обучение и развитие являются взаимосвязанными аспектами единого процесса - «культурного развития». Акт развития рассматривается как становление действия, главным моментом которого является опосредствование, т.е. присвоение культурного орудия и соответствующего ему рефлексивного способа действия. Результатом развития становится освоенный «способ действия» как некоторая «способность» [ 11]. Таким образом, предметом оценки инструмента SAM, основанным на модели «культурного развития», является освоенность способов действий, понятий. Тест позволяет определить три уровня освоения культурного способа действия: формальный, рефлексивный и функциональный.

Выполнение учащимся задачи первого уровня говорит о том, что обучающийся опознал типовую задачу и при ее выполнении применяет действие по образцу (правилу, схеме). Первый уровень называется формальным.

Выполнение учащимся задачи второго уровня демонстрирует его способность действовать на основе содержательного анализа задачной ситуации, то есть в процессе решения задачи обучающийся может выделить существенные отношения, определяющие принцип решения. Про обучающегося, решившего задачу второго уровня, можно сказать, что он действует «с пониманием». Второй уровень в модели SAM назван рефлексивным уровнем.

Выполнение учащимся задачи третьего уровня говорит о том, что он демонстрирует способность ориентироваться в поле возможных схем реализации общего способа и выходить за его границы. То есть обучающийся может применить освоенный способ действия или понятие в разных задачных контекстах. Третий уровень задач по модели SAM назван функциональным уровнем [Нежнов, 2015].

В качестве основной статистической характеристики выполнения теста используется его решаемость - процентное отношение правильных решений. Типичные ошибки могут быть описаны, например, так: «учащиеся называют основные стороны горизонта, но не могут определить, где восходит Солнце; не могут применить знания об ориентировании в природе по местным признакам» [Воронцов, 2013]. Это говорит о том, что обучающийся справился с задачей, сходной с той, которую решали на уроках, и в рамках диагностики осуществил действие по образцу. Наличие ошибок во втором задании позволяет сделать вывод о том, что младший школьник не владеет способом ориентирования. Таким образом в ходе диагностики выявляется «структура» достижений и отставаний. Оценочный инструмент SAM хорошо зарекомендовал себя в оценке естественно-научной грамотности младших школьников с точки зрения их умения действовать по образцу, возможности действовать с пониманием и степенью свободы (проявлением естественно-научной грамотности) во владении определенными способами действия [Чудинова, 2010]. Использование задач, составленных на основе модели SAM, ориентирует педагога на то, чтобы как можно чаще создавать в классе такие ситуации, в которых учащиеся используют не только механизмы памяти, но и продуктивное, творческое мышление. Описанный подход к типологии детских ошибок позволяет организовать мониторинг индивидуального прогресса учащихся в освоении учебных предметов.

Среди международных исследований, изучающих степень соответствия достигаемых младшими школьниками образовательных результатов нормативным требованиям, следует выделить TIMSS (Trends in Mathematics and Science Study). В естественно-научный блок заданий включено содержание таких дисциплин, как биология, физика, химия, география и астрономия, экология. Исследование проводится раз в четыре года. В последний раз оно проводилось в 2019 году.

Особенностью этого исследования является то, что в нем используются три шкалы: «знание», «применение» и «рассуждение». Ошибки, которые допускают учащиеся при выполнении заданий блока «Знание», могут быть интерпретированы как «пробелы» в знаниях, которые необходимо восполнить. Ошибки, которые допускают учащиеся при выполнении заданий блока «Применение», говорят о том, что учителю, возможно необходимо поменять методы обучения, ориентируясь на практико-ориентированные технологии. Рассмотрим, какую информацию о типичных ошибках и заблуждениях может дать тест TIMSS на основе заданий блока «Рассуждение» на примере понятия «гравитация». С этим фундаментальным понятием ребенок сталкивается в раннем детстве, наблюдая за физическими явлениями в повседневной жизни. В дальнейшем, в начальной школе, в курсе «Окружающий мир» младшие школьники знакомятся с понятием земного притяжения. В спецификации к тесту TIMSS описано, что на уровне начального образования будет достаточно, если младший школьник определит гравитацию как силу, с которой предметы притягиваются, например, к Земле. Тем не менее младшие школьники, которые дают развернутый ответ, часто рассуждают ошибочно, демонстрируя свои исходные представления. Например, «сила тяжести “толкает” все предметы вверх или в другие разные стороны» и др.

Наряду с правильными ответами обучающихся в тесте TIMSS фиксируется еще и то, как рассуждает ребенок. По мнению исследователей, этот показатель является наиболее информативным для педагога, чем просто фиксация того, в каких темах учащийся допустил ошибку.

Таким образом, изучение содержания заданий и способов их оценивания в разных мониторинговых исследованиях позволяет выделить основания для анализа при проектировании подходов к типологии ошибок младших школьников в процессе освоения естественно-научных понятий. Использование в диагностических инструментах заданий с открытым ответом обучающегося позволяет выявить его рассуждения о естественно - научном явлении или процессе. Для решения современных задач обучения необходимы такие диагностические инструменты, с помощью которых можно выявить не только то, что остается в памяти младшего школьника после целенаправленного обучения, но и то, о чем он думает вопреки информации, полученной на уроке.

Заключение

Данная статья имеет обзорный характер, в ней обращается внимание на необходимость более детальной интерпретации ошибок младших школьников при освоении естественнонаучных понятий. Ошибки обучающихся являются ценным материалом как для исследования, так и для педагога. Однако в исследованиях по методике обучения младших школьников основам естествознания вопрос о формировании понятий относится к слабо разработанным проблемам [Можаровский, 1996; Хинтце, 2014]. Педагоги уделяют недостаточно внимания ошибкам и трудностям при освоении естественно-научных понятий. Тем не менее в этой области накоплены некоторые данные.

Младший школьник приходит в школу уже с имеющимися у него исходными представлениями о природе, несовместимыми с устоявшимися научными теориями. Эти представления оказывают влияние на формирование научных понятий. Известны факты вытеснения из памяти обучающихся знаний, противоречащих исходным, а также домысливание, искажение научного знания житейскими представлениями [ 13]. Эти привычные, донаучные представления младших школьников, сформированные на основе их жизненного опыта или здравого смысла, весьма устойчивы и трудно поддаются преобразованиям [Кибальченко, 2009; Хинтце, 2014].

Проведенное аналитическое исследование, основанное на изучении содержания заданий и способов оценивания мониторинговых исследований, включающих описание типовых ошибок младших школьников, показало, что нет единого мнения в вопросе о природе ошибок при освоении естественно-научных понятий. При построении типологии основных ошибок младших школьников необходимо использовать задания с открытыми ответами, позволяющими выявить то, как размышляет ребенок. Полученная информация об исходных представлениях обучающихся позволяет учителю выстраивать учебный процесс, опираясь на индивидуальные возможности обучающихся, корректировать учебный процесс.

Для отечественной педагогики и психологии важно вновь вернуться к проблеме исследования путей образования понятий у детей, а вслед за этим всерьез обсудить вопрос о закономерностях обучения ребенка [Рубцов, 1997], ассимилировать опыт зарубежных коллег в плане придания феномену исходных представлений детей самостоятельного предмета исследования. Особое внимание должно быть уделено изучению содержания и характера исходных представлений современных дошкольников и обучающихся начального и основного общего образования о явлениях и свойствах естественно-научного мира и их влияния на формирование естественно-научной картины мира.