МЕТОДИЧЕСКИЕ
СТРАНИЦЫ

Академик РАО А.В.УСОВА,
Государственный педагогический университет,
г. Челябинск

Формирование учебно-познавательных умений
в процессе изучения предметов естественного цикла

Изучение предметов естественного цикла вызывает у многих учащихся большие затруднения. Причина заключается в неумении самостоятельно работать с учебником, самостоятельно ставить опыты и решать задачи. На вопрос «Что вы считаете необходимым сделать, чтобы улучшить успехи в изучении физики, химии, биологии?» более 30% опрошенных учащихся написали, что надо научить их самостоятельно работать.

Исследования, проведённые в конце 60-х гг. прошлого столетия психологами и дидактами, показали, что для успешного обучения необходима ориентация учителя не только на сообщение учащимся системы готовых знаний, но и на формирование у них системы познавательных умений и навыков: умения должны формироваться в процессе усвоения научных понятий, законов и теорий.

1. Познавательными называются умения, посредством которых человек приобретает знания самостоятельно. При определении состава таких умений следует исходить прежде всего из анализа основных источников знаний. По предметам естественного цикла (физике, химии, биологии) для учащихся основными источниками знаний являются учебники, наблюдения, опыты, измерения. Эти умения называют общими. Для их успешного формирования необходима целенаправленная и согласованная работа всего педагогического коллектива учебного заведения, чёткий и систематический контроль за деятельностью педагогов.

Понятие «общие учебные умения» не адекватно понятию «обобщённые умения». Под первыми подразумевают умения общие для всех учебных дисциплин или для определённого цикла дисциплин. Это речевые умения, умения читать и писать (общие для всех дисциплин), измерительные, вычислительные и графические умения (общие для дисциплин естественно-математического цикла), умения наблюдать и ставить опыты (общие для дисциплин естественного цикла – физики, химии, биологии, природоведения, физической географии).

При определённых условиях и при использовании соответствующей методики общие учебные умения поднимаются до уровня обобщённых. Важной характеристикой обобщённого умения является свойство широкого переноса, сформированное на конкретном материале какого-либо предмета (например, физики) оно может быть использовано при изучении других предметов.

Исследования психологов (А.Н.Леонтьева, П.Я.Гальперина, Н.Ф.Талызиной) показали, что все умения формируются только в деятельности. Под деятельностью понимают процесс взаимодействия с окружающим миром. Психологи по-разному классифицируют виды деятельности, но большинство выделяют познавательную деятельность (учение) и преобразовательную (труд). Главное, что отличает одну деятельность от другой, состоит в различии их предметов. Именно предмет деятельности придает ей определённую направленность.

Основной составляющей какой-либо деятельности является действие – процесс, подчинённый определённой цели, результату, который должен быть достигнут. Действия слагаются из операций, т.е. способов осуществления действия. Первоначально каждая операция формируется как действие, подчиненное определённой цели. Но затем оно может включаться в другое, более сложное по операционному составу действие, становясь одним из способов его выполнения, т.е. операцией. Например, ученик 1-го класса вначале учиться писать палочки, крючочки, кругляшки, и это для него составляет действие. Затем он переходит к написанию букв. Теперь написание букв является для него действием, а написание отдельных элементов букв – операциями. В дальнейшем от написания отдельных букв ученик переходит к действиям по написанию слов, расчленяемых на слоги. Теперь уже написание отдельных букв и слогов, из которых состоит слово, является операцией, и т.д.

При изучении физики ученик овладевает умением выполнять действие по включению амперметра в простейшую электрическую цепь. На этой основе ученик осваивает новое, более сложное действие – измерение силы тока в общей цепи и в отдельных ветвях параллельного соединения проводников, что позволяет ему сравнивать их, делать выводы о закономерностях этого соединения. Процесс же включения в цепь амперметра теперь для него является операцией.

Важнейшей частью психологического механизма действия является ориентировочная основа. Психологи различают три типа ориентировочной основы: действия и соответственно три ориентировки в задании. Каждый из них однозначно определяет результат и ход действия.

Ориентировочную основу первого типа составляют образы действия и его продукт. Никаких указаний на то, как нужно выполнять действие, не даётся. Ученики ищут пути выполнения задания «вслепую», методом проб и ошибок. В результате задание может быть выполнено, но действие, с помощью которого оно выполнено, остаётся неустойчивым: при изменении условий оно почти не работает.

Ориентировочная основа второго типа содержит не только образцы действий, но и все указания на то, как правильно выполнять их с новым материалом. В этом случае обучение идёт быстро, без ошибок. Ученик приобретает определённое умение анализировать материал с точки зрения предстоящего действия, и последнее обнаруживает заметную устойчивость к изменению условий и переносу на новые задания. Однако этот перенос ограничен наличием элементов, идентичных элементам уже освоенных знаний. Так в школах до сих пор выполняются фронтальные лабораторные работы по физике и химии: учитель указывает весь порядок выполнения лабораторной работы, показывает приёмы обращения с приборами. На долю учащихся остаётся репродуктивная деятельность воспроизведения показанных учителем действий и операций.

Ориентировочная основа третьего типа отличается тем, что здесь на первое место выступает планомерное обучение такому анализу новых заданий, который позволят опорные точки и условия правильного выполнения заданий. По этим указаниям формируются соответствующие действия. Учитель здесь должен создать такие условия, при которых ученик побуждается самостоятельно составлять ориентировочную основу действия и действовать по ней. В этом случае учащиеся допускают значительно меньше ошибок, причём встречаются они преимущественно на самом начальном этапе. Сформированное таким образом умение обнаруживает свойство широкого переноса на выполнение многих задач.

2. Для успешного формирования умений выполнять то или иное действие необходимо прежде всего самому учителю провести анализ структуры действия, чётко представить, из каких элементов (операций) складывается его выполнение. Выделив отдельные элементы (шаги), необходимо определить наиболее целесообразную последовательность их выполнения и наметить систему упражнений, обеспечивающих уверенное, почти автоматическое выполнение учащимися простых действий, затем организовывать их выполнение.

Выполнение сложных действий осуществляется по этапам. При обучении по третьему типу выделяют: мотивационную основу действия, ориентировочную, исполнительскую и контрольную. В процессе формирования обобщённых умений выделяют следующие этапы: осознание учащимися значения овладения умениями выполнить данное действие – мотивационная основа действия; определение цели действия; уяснение научных основ действия; определение основных структурных компонентов действия (операций), общих для широкого круга задач и не зависящих от условий, в которых выполняется действие (такие структурные компоненты выполняют роль опорных пунктов действия); определение наиболее рациональной последовательности выполнения операций, из которых складывается действие, т.е. построение модели (алгоритма) действия (путём коллективных и самостоятельных поисков); организация выполнения наибольшего количества упражнений, в которых действия учащихся подлежат контролю со стороны учителя; обучение учащихся методам самоконтроля; организация упражнений, требующих от учащихся умения самостоятельно выполнять данное действие (при изменяющихся условиях); использование данного умения при выполнении действия для овладения новыми, более сложными умениями в более сложных видах деятельности. Реализация межпредметных связей способствует повышению качества усвоения фундаментальных понятий, ускоряет процесс формирования познавательных умений и умений практического характера.

Можно, исходя из дидактической цели, выделить пять видов учебных умений: познавательные, экспериментальные, организационные, самоконтроль, оценочные. Рассмотрим методику формирования учебно-познавательных умений и прежде всего умения работать с печатным текстом, т.к. для учащихся книга (учебник, учебные пособия, справочная литература, дополнительная литература) является основным источником знаний, тем более что в условиях быстрого нарастания темпов научно-технического прогресса каждому человеку необходимо непрерывно пополнять и углублять свои знания.

Основные умения в работе с печатнымтекстом,
которые необходимо сформировать в указанных классах

3. Первостепенное значение работе с книгой придавала Н.К.Крупская. Она так формулировала правила этой работы: «...Первая задача при чтении – это уяснить себе и усвоить прочитанный материал. Вторая задача – продумать прочитанное. Третья – сделать из прочитанного необходимые для памяти выписки. И наконец, четвёртая задача – это дать себе ответ, чему новому научила прочитанная книга...» (Крупская Н.К. Избранные произведения. – М.: Просвещение, 1965). Эти правила сыграли большую роль на этапе самообразования. В 60-е гг. прошлого столетия появились первые публикации по вопросам методики формирования умения работать с книгой у учащихся средней школы (В.П.Есипов, А.В.Усова) и студентов вуза (Е.Н.Голант). Состав умений, которые нужно сформировать у учащихся в работе с книгой, представлены в таблице.

Умения 1–7 формируются, начиная с 1-го класса, однако у многих окончивших основную школу умения 4, 5 оказываются несформированными: дети нередко затрудняются с ответом на вопросы, предложенные в конце параграфа. Что касается ответов на предлагаемые учителем вопросы по содержанию материала параграфа учебника, большинство учащихся предпочитает буквальный пересказ текста. Попытки добиться выделения главного часто бывают тщетными, т.к., по мнению учащихся, «всё в тексте главное».

Ниже описывается разработана нами методика поэтапного формирования умения самостоятельно работать с учебной и дополнительной литературой, основанная на структурно-логическом анализе содержания предметов естественного цикла, что позволяет выделить в них в качестве общих основных взаимосвязанных структурных элементов знаний научные факты, понятия, законы и теории. На основе анализа новых научных фактов вводятся новые научные понятия. Законы выражают существенные связи между понятиями. Научные теории оперируют системами понятий, т.е. тоже выражают связи между понятиями, но связи более широкие, чем те, которые выражают законы.

Для выработки общего умения работать с учебной и дополнительной литературой знание структурных элементов имеет важное значение. Учащиеся 7-го класса к концу первого полугодия должны их знать и выделять в тексте, т.к. к этому времени они уже имеют понятие о молекулярно-кинетической теории, о законах (закон Паскаля, закон сообщающихся сосудов, закон Архимеда): у них уже сформирован целый ряд понятий (материя, вещество, масса, плотность вещества, сила, скорость, давление). Они знакомы с целым рядом научных фактов, на основе анализа которых вводились новые для них понятия, например, такие факты, как постоянство отношений массы данного вещества к его объёму (на этой основе вводится понятие плотности); равенство отношений отрезков пути, пройденного телом, ко времени (на этой основе вводится понятие равномерного движения и скорости равномерного прямолинейного движения).

Для выработки умения выделять в тексте элементы научных знаний надо систематически предлагать учащимся после прочтения нового параграфа вопрос: какие структурные элементы системы научных знаний содержатся в прочитанном тексте?

Также важно научить классифицировать понятия. Учащиеся должны знать основные группы естественнонаучных понятий: структурные формы материи – вещество и поле; свойства тел, вещества и полей; явления (физические, химические, биологические); величины, количественно характеризующие свойства тела и явления; приборы, машины, установки.

В старших классах (9–11-й) желательно выделить в самостоятельную группу особый класс величин, играющих особую роль в процессе научного познания, – фундаментальные физические постоянные. Общим для всех них является неизменность в определённых границах применимости, независимость от условий. Например, температура кипения жидкости зависит от рода вещества и от внешнего давления. От внешних условий зависит удельная теплоёмкость вещества, коэффициент трения и др., но значения скорости света в вакууме, элементарного электрического заряда не зависят от внешних условий. По современным данным, их значения постоянны для любой части Вселенной и не изменяются со временем. Такие величины принято называть фундаментальными, мировыми, универсальными.

Когда вводится то или иное понятие, надо подчёркивать, что оно характеризует, к какой группе относится. При изучении величин необходимо подчеркивать, что характеризует данная величина: какое свойство тел (веществ) или какое явление. Например: сила тока – величина, характеризующая явление (электрический ток), а сопротивление – величина, характеризующая свойство вещества.

Недостаточна только выработка умения определять в тексте основные элементы систем научных знаний, необходимо ещё и раскрыть общие требования к усвоению каждого из них, разъяснить, что нужно знать о структурных формах материи, о явлениях, о величинах, о законах, о теориях, и т.д., независимо от того, к какой области знаний они относятся.

Сформулированные рекомендации выписываются на плакаты или карточки. Многие учителя рекомендуют учащимся переписывать их в тетради, для чего в конце тетради отводятся 6–8 свободных страниц. Эти рекомендации выполняют роль планов обобщённого характера при изучении учебного материала и при построении ответов, потому что их структура не зависит от частных особенностей материала. Например, план изучения явлений является общим для физических, химических и биологических явлений. То же относится к планам изучения приборов, законов и теорий.

Ниже приводятся примеры планов обобщённого характера. Заметим сразу, что вводить их надо постепенно, при изучении соответствующих вопросов курса. План о явлениях – после того, как у учащихся уже будет некоторый опыт изучения явления, план о законах – после того, как учащиеся познакомятся с рядом законов, и т.д. Нежелательно давать планы в готовом виде. Гораздо полезнее организовать коллективную работу учащихся по их разработке: «Что значит “изучить явление”?», «Что значит “изучить закон”?» и т.п. Вспоминая ранее изучавшиеся понятия, законы, теории учитель постепенно в процессе беседы подводит учащихся к формулировке вопросов, затем эти вопросы располагаются в соответствии с логикой научного познания. По ходу беседы вопросы плана записываются на доске, а после того, как они все сформулированы, учитель рекомендует переписать в тетрадь и пользоваться ими при изучении нового материала, при подготовке домашнего задания, при опросе во время урока, при прослушивании ответов своих товарищей у доски, при объяснении материала учителем. учитель может преднамеренно опустить при объяснении материала какие-либо вопросы и обратиться к классу: «Все ли вопросы я раскрыл? Не забыл ли я что-либо?» ученики, заметив пропуски, напоминают о них. В таких случаях можно предложить найти ответ самим – в учебнике. Если кто-либо сразу изъявит желание ответить, такую инициативу необходимо всемерно поощрить и поддержать.

Во всех случаях использование планов обобщённого характера способствует активизации учебно-познавательной деятельности учащихся, делает работу с учебным текстом целенаправленной, глубоко осознанной и, что особенно важно, отучает от механического заучивания текста, от зубрёжки, вносит в учебную деятельность элемент творчества.

Примеры обобщённых планов (что нужно знать о...)

• План изучения явлений

1. Внешние признаки явлений (признаки, по которым обнаруживается явление).

2. Условия, при которых протекает (происходит) явление.

3. Сущность явления, механизм его протекания (объяснение явления на основе современных научных теорий).

4. Определение явления.

5. Связь данного явления с другими (или фактора, от которых зависит протекание явления).

6. Количественные характеристики явления (величины, характеризующие явление, связь между величинами, формулы, выражающие эту связь).

7. Использование явления на практике.

8. Способы предупреждения вредного действия явления на человека и окружающую среду.

• План изучения величин

1. Какое явление и свойство тел (веществ) характеризует данная величина.

2. Определение величины.

3. Определительная формула (для производной величины – формула, выражающая связь данной величины с другими).

4. Какая величина – скалярная или векторная.

5. Единица величины в СИ.

6. Способы измерения величины

• План изучения законов

1. Связь между какими явлениями или величинами выражает данный закон?

2. Формулировка закона.

3. Koгда и кто впервые сформулировал данный закон?

4. Математическое выражение закона.

5. Опыты, подтверждающие справедливость закона.

6. Учёт и использование закона на практике.

7. Границы применения закона.

• План изучения теорий

1. Опытные факты, послужившие основанием для разработки теории (эмпирический базис, основание теории).

2. Основные понятия теории.

3. Основные положения (постулаты, принципы или законы) теории, ядро теории.

4. Математический аппарат теории (основные уравнения).

5. Круг явления, объясняемых теорией.

6. Явления и свойства тел (частиц), выводы, предсказываемые теорией.

• План изучения приборов

1. Назначение прибора.

2. Принцип действия прибора (какое явление или закон положен в основу работы прибора).

3. Схема устройства прибора (его основные части, их назначение).

4. Правила пользования прибором.

5. Область применения прибора.

Формирование умений измерять является одним из важных умений, общих для физики, химии, биологии и математики. Линейные размеры тел, площади, объёмы, температуры учащиеся измеряют уже в начальной школе при изучении математики и природоведения. В 5–8-м классах эти умения развиваются и дополняются более сложными – умениями измерить скорость, массу и вес тела, плотность вещества, силу тока, напряжение на участке цепи, электрическое сопротивление. Одни измерения являются прямыми (измерение линейных размеров тел, объёмов с помощью мензурки, температуры массы с помощью рычажных весов, веса с помощью пружинного динамометра, силы тока с помощью амперметра, напряжения с помощью вольтметра), другие – косвенными (например, скорость равномерного прямолинейного движения, определяемая как отношение пройденного пути ко времени, в течение которого пройден этот путь).

Можно предложить такую последовательность действий: определить по внешнему виду назначение прибора; выяснить верхний и нижний пределы измерения; определить цену деления шкалы прибора; выполнить упражнения – измерить, например, длину листа тетради, ширину тетради, температуру воздуха в классе, объём жидкости, налитой в мензурку, вес тела с помощью динамометра (упражнения по чтению шкалы прибора, определению цены деления шкалы прибора лучше делать сразу с несколькими приборами, чтобы дети усвоили общность выполняемых операций), для чего определить по шкале значение измеренной величины и определить точность измерения. Все измерения следует сопровождать соответствующими записями в тетрадях.

Формирование умений наблюдать и самостоятельно ставить опыты. Наблюдением называется преднамеренное и целенаправленное восприятие изучаемых объектов. На основе результатов наблюдений осуществляется сравнение, сопоставление изучаемых объектов, выявление в них главного, существенного. В сознании образуются представления, которые в последующем трансформируются в понятия. Л.В.Занков разработал развивающую методику наблюдения для учащихся 1-го класса [2]. Мы разработали методику формирования умения наблюдать у учащихся 6–8-го классов. Наши предварительные исследования с Н.М.Беляковой, доцентом кафедры психологии ЧГПИ, показали, что, несмотря на большое количество наблюдений и опытов, которые предлагается выполнять учащимся в соответствии с учебными программами в процессе изучения курсов природоведения (в начальной школе), биологии, химии и физики, к моменту окончания средней школы они самостоятельно, без инструкций, в которых всё расписано детально, не могут выполнить ни наблюдение, ни опыт. Выяснилось, что дети приучены только к воспроизводящей (репродуктивной) деятельности. В связи с этим была выполнена целая серия исследований, направленных на разработку методики, обеспечивающей достижение более высокого уровня сформированности указанных умений. Эффективность её применения поэтапно проверялась М.Н.Беляковой в 4–5-м классах, затем А.А.Зиновьевым в 6–7-м классах и А.А.Бобровым в 8–10-м классах (по новой нумерации, в 9–11-м классах). Суть этой методики заключается в следующем.

B деятельности наблюдения и выполнения опытов выделяются основные операции и действия, не зависящие от частных особенностей материала, определяется логическая последовательность их выполнения. На этой основе совместно с учащимися вырабатывается алгоритмическое предписание (по нашей терминологии, обобщённый план деятельности), обосновывается необходимость умения выполнять чётко, осознанно каждую операцию. На начальном этапе вырабатывается умение уверенно, грамотно выполнять отдельные операции, а затем рассматривается рациональная последовательность всех операций.

Структура деятельности по выполнению наблюдения: уяснение цели наблюдения; определение объекта наблюдения; создание необходимых условий для наблюдения, обеспечение хорошей видимости наблюдаемого явления; выбор наиболее выгодного для данного случая способа кодирования (фиксирования) получаемой в процессе наблюдения информации; проведение наблюдения с одновременным фиксированием (кодированием) получаемой в процессе наблюдения информации; анализ результатов наблюдений, формулировка выводов.

Структура деятельности по выполнению опытов: формулировка цели опыта; построение гипотезы, которую можно положить в основу; определение условий, которые необходимы для того, чтобы проверить правильность гипотезы; определение необходимых приборов и материалов; моделирование хода конкретного опыта (определение последовательности операций); выбор рационального способа кодирования (фиксирования) информации, которую предполагается получить в ходе эксперимента; непосредственное выполнение эксперимента – наблюдение, измерение и фиксирование получаемой информации (зарисовки, запись результатов измерений и т.д.); математическая обработка результатов измерений; анализ полученных данных; формулировка выводов из опытов.

Разумеется, процесс формирования у учащихся умения самостоятельно выполнять опыты начинается с выработки умения выполнять простейшие операции: выполнение измерений, включая чтение шкал приборов, определение цены шкалы прибора, его нижнего и верхнего пределов, измерение, отсчёт и правильная запись показаний приборов, определение погрешности измерения.

Необходима также предварительная выработка умения правильно пользоваться лабораторным оборудованием (штативами и принадлежностями к ним, источником энергии, подставками, подъёмными столиками и т.д.), соблюдать правила техники безопасности, фиксировать результаты наблюдений и измерений различными способами (рисунки, таблицы, графики, фотографии, киносъёмки, а в будущем и видеозапись).

Приведённый план деятельности является общим для всех опытов. Вначале он даётся в сокращённом виде в 8-м классе. До этого отрабатывается умение выполнять всё более сложные операции, и по мере овладения этим умением план деятельности по выполнению опытов расширяется, в него включаются такие пункты, как построение гипотезы, моделирование хода выполнения опыта, определение необходимых для этого приборов и материалов, умение использовать микрокалькулятор для выполнения расчётов, и т.д.

А.А.Бобров показал, что, если к концу обучения по традиционной методике в 8-м классе коэффициент выполнения операций составлял 0,33, а к моменту окончания средней школы возрастал лишь до 0,36, то в экспериментальных классах он достигал 0,56 (в школах № 31 и 147 Челябинска – до 0,72). Результаты этого предварительного эксперимента привели к предложению целесообразности расширить разработанный нами подход к формированию у учащихся экспериментальных и других учебно-познавательных умений на преподавание всех предметов естественного цикла. Такой эксперимент проводится сейчас при осуществлении межпредметных связей (физики, химии, биологии, математики) в школах № 80 и 102 г. Челябинска.

Большая роль в формировании учебно-познавательных умений, общих для цикла учебных дисциплин, отводится разнообразию форм организации учебных занятий (конференции, внутрипредметные и комплексные семинары, интегрированные уроки, практикумы, экскурсии) [3, 4]. В проводимом комплексном исследовании предусматривается выявление новых форм учебных занятий, активирующих учебно-познавательных возможностей учащихся, развитие их творческих способностей.

Литература

 1. Психологический словарь./Под ред. Давыдова В.В., Запорожца А.В., Зинченко В.П. и др. – М.: Просвещение, с. 204–205.

 2. Развитие учащихся в процессе обучения./Под ред. Занкова Л.В. – М.: АПН РСФСР, 1963.

 3. Усова А.В. Дидактические функции различных форм учебных занятий по физике. – Физика в школе, 1987, №4.

 4. Усова А.В. Система форм учебных занятий. – Советская педагогика, 1984, № 1.