Проектирование проблемных модулей в педагогической технологии проблемно-модульного обучения (Научная статья)

Павлов Александр Константинович, -

генеральный директор МИНИОДСПК «ПЕДКАМПУС»
(Российская Федерация, г. Москва – г. Санкт-Петербург –

г. Петрозаводск -  г. Мурманск), -

доктор педагогических наук, профессор,

член-корреспондент, академик МАНЭБ,

Лауреат премии им. М.В. Ломоносова,
Заслуженный деятель науки РФ

Проектирование проблемных модулей в педагогической технологии проблемно-модульного обучения

(Научная статья)

     Одной из важных задач в технологии проблемно-модульного обучения является конструирование учебных элементов, из которых состоят блоки проблемного модуля. Конструирование учебных элементов в технологии проблемно-модульного обучения опирается на принцип когнитивной визуализации, согласно которому визуализация должна выполнять не просто иллюстративную функцию, а «способствовать естественно-интеллектуальному процессу получения нового знания» (Зенкин А. А.).     

     Наше понимание принципа визуализации базируется на выводах когнитивной графики — новой проблемной области в теории искусственного интеллекта. По мнению Д. А. Поспелова, человеческое познание пользуется двумя механизмами мышления: символическим (или алгебраическим) и геометрическим. Однако, как в разработке интеллектуальных систем, так и в системе образования, наблюдается «левополушарный крен», то есть преобладание символического механизма мышления. Именно сочетание двух способов представления информации (в виде последовательности символов и в. виде картин-образов), умение работать с ними и соотносить оба способа представления друг с другом обеспечивают сам феномен человеческого мышления. Основная задача когнитивной графики и заключается в создании комбинированных; когнитивных моделей представления знаний, сочетающих символический и геометрический механизмы мышления, и способствующих активизации познавательных процессов.

     Зарождение когнитивной графики уходит своими корнями в работы Л. Эйлера, который использовал уникальный по простоте когнитивно-графический элемент — круги для изображения логических отношений. Новая волна исследований в области когнитивной графики появилась в начале 80-х годов ХХ века, в связи с проблемами представления информации в ЭВМ. По данным как отечественных (Зенкин А. А., Поспелов Д. А. и др.), так и зарубежных учёных, при использовании традиционной одномерной, буквенно-цифровой формы представления информации исследование сложных объектов и систем с помощью ЭВМ превращается в тупиковое направление информатики. Компьютерная технология обработки информации находится в «грубом дисбалансе» с существующей технологией визуализации данных: суперкомпьютеры производят слишком много цифр для того, чтобы их - можно было понять и осмыслить. В то же время визуализация, трансформируя тела в компьютерные картинки, даёт возможность наблюдать, взаимодействовать и манипулировать с данными, порождаемыми компьютером.

     Использование графической (зрительной) информации активизирует потенциал правого полушария мозга, развивая его образное мышление, интуицию. Графический образ является инструментом прямого воздействия на интуицию человека. Недаром А. Эйнштейн говорил, что «подлинной ценностью является, в сущности, только интуиция. Для меня не подлежит сомнению, что наше мышление протекает, в основном, минуя символы (слова) и к тому же бессознательно», но обоснованных доводов, подкреплённых экспериментальными исследованиями, о преимуществах зрительной информации над вербальной. Так, известный западный психолог Р. Л. Грегори утверждает, что пропускная способность зрительного анализатора значительно превышает слуховой. Это позволяет зрительной системе доставлять человеку до 90% всей принимаемой им информации. Кроме того, визуальная информация является симультанной (одновременной), в то время как вербальная — сукцессивной. По этой причине восприятие и воспроизведение визуальной информации требует меньше времени, чем вербальной. Формирование представлений при использовании визуальной информации происходит в среднем в 5—6 раз быстрее, чем при вербальном изложении. В работах С. Мадиган и М. Роуз показано, что успешности восприятия и запоминания визуальной информации определяется продолжительностью демонстрации наглядного материала и не зависит от длительности интервала между его показом, а усвоение вербального материала зависит как раз от последнего. Кроме того визуальную информацию воспроизвести легче и точнее,чем вербальную, тем более, что при одновременном их воздействии человек в большинстве случаев реагирует на визуальную информацию, часто пропуская вербальную. Известно также, что человек больше доверяет визуальной информации, чем вербальной (лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать). Этот факт доказан и экспериментальными данными научных исследований.

     Эти и другие яркие доказательства в пользу визуальной информации не должны приводить к другой крайности — к повсеместному использованию визуальной информации в процессе обучения в ущерб вербальной. Можно получить обратный эффект — «правополушарный крен». Чтобы избежать крена в ту или другую сторону, разумнее всего органично сочетать оба языка (визуальный и вербальный) представления информации в учебном процессе. Именно такой подход в рамках когнитивной графики мы и исповедуем при конструировании учебных элементов проблемного модуля.

     Условно учебные элементы можно подразделить на следующие основные типы: информационные, проблемные, обобщающие и контрольные. В общей структуре проблемного модуля блоки «Вход» и «Выход», а также промежуточные тестовые блоки конструируются из контрольных учебных элементов, имеющих форму листов для программированного опроса. Блоки актуализации, применения, ошибок, а также некоторые компоненты теоретического блока конструируются из информационных учебных элементов. Проблемные фреймы и фреймы решения, как разновидности учебных элементов, могут быть использованы при построении исторического, проблемного, теоретического блоков, блока углубления, компонентов блока применения. Обобщающие учебные элементы служат «строительным материалом» для блоков обобщения и генерализации. Однако это не исключает их использования в других блоках проблемного модуля.

     Формы компоновки учебных элементов могут быть самыми разнообразными. Здесь полный простор для творческой инициативы преподавателя и учащихся. В качестве примера приведем наиболее популярные формы компоновки учебных элементов в технологии проблемно-модульного обучения.

     Блок-схема может выполнять функции как проблемных, так и обобщающих учебных элементов. В первом случае при помощи блок-схемы можно проиллюстрировать алгоритм решения задачи или проблемы, используя общепринятые обозначения. Во втором случае блок-схема применяется для когнитивно-графического выражения обобщенной структуры изучения темы. Здесь важна последовательность основных компонентов в изучаемой теории: основание теории — «ядро» теории приложение теории. Такой подход к структурированию учебного материала является достаточно устоявшимся в отечественной дидактике (Зорина Л. Столяр А. А.). В основании теории, как правило, представлены опорные понятия, факты, способы действия, актуализация которых необходима для изучения её «ядра». А приложение содержит учебный материал, обеспечивающий реализацию внутрипредметных (ВПС), межпредметных (МПС) и взаимосвязи (ВЗС) общей и профессиональной подготовки учащихся.

     Блок-схема в зависимости от поставленной дидактической цели может быть более или менее развёрнутой. Если преследуется цель более полно представить лишь ядро теории, например — логико-генетическую связь между различными элементами теории, то блок-схема будет менее развернутой. Если же наряду с «ядром» детально раскрываются основание и приложение теории, то блок-схема выглядит в более развёрнутом виде. В качестве технических приёмов конструирования блок-схем могут быть использованы графы, семантические сети и т.д.

     Исследования о влиянии формы представления содержания схемы ООД (ориентировочная основа действия) на результат усвоения» показывают, что представление схемы ООД  наиболее результативно. Техника его построения основывается на методе восхождения от абстрактного к конкретному.

     Существует следующая форма представления -  «генеалогическое древо»: сначала записываются ключевые понятия темы (на левой половине листа), затем на правой половине листа раскрываются основные связи между ними и последовательность их изученым нами при когнитивно-графическом конструировании проблемного модуля, является «здание» темы. Этот учебный элемент применяется нами, как правило, для отражения структуры какой-либо фундаментальной теории или понятия, изучение которых является необходимым для понимания многих тем или всего курса в целом. Схематично «здание» состоит из «фундамента» (методологический уровень), «корпуса» (теоретический уровень) и «крыши» (прикладной уровень) (см. рис. 1).

     Проблемные учебные элементы в технологии проблемно-модульного обучения представлены различными когнитивно-графическими моделями. Приведем наиболее популярные из них. Фрейм проблемы имеет следующие основные компоненты (слоты): входные данные (номер и код учебного элемента, дата заполнения и т. д.), наименование фрейма, дидактическую цель, формулировку проблемы, обоснование гипотезы, решение проблемы, проверку решения. Кроме того, на фрейме используется специальная система обозначений для учащихся и к нему прилагается методическое указание.

Рис_.1. Когнитивно-графический элемент «Здание»

     Фрейм проблемы. Ярким примером применения когнитивной графики при конструировании учебных элементов являются так называемые  «проблемные мультфильмы», в которых важную роль играет цветовое представление информации. Опыт применения технологии проблемно-модульного обучения показывает следующую устойчивую зависимость: эффективность восприятия и запоминания учащимися информации повышается, если учебный элемент представлен в цвете. Может возникнуть закономерный вопрос: как же быть с теми учащимися, которые не обладают развитыми графическим способностями и выполняют графические работы медленно? Исходя из практики использования проблемных модулей можно порекомендовать соблюдать следующие принципы, которые образно названы:— «принцип презумпции простоты» и «принцип минимума информации» (терминология А. Д. Зенкина). Это означает, что учебные элементы должны быть достаточно просты и во многих случаях схематичны: несущественные детали можно и нужно опускать. Идеальный же вариант состоит в изготовлении и применении проблемных модулей на печатной основе. Иллюстративную функцию также использование цветовой символики, сочетание цветов и их влияние на восприятие учебной информации. Так известно, что наиболее броским и привлекающим является сочетание цветов «желтый — черный», которое обладает плюс к тому и оптимальной различимостью цветов на расстоянии. К сочетаниям, активизирующим восприятие информации, относятся: «желтый — красный», «белый — синий» (в особенности, белый на синем), «черный на оранжевом», «красный — желтый—зеленый», «белый — красный», «красный — белый — синий» и ряд других сочетаний (Цойгнер Г.). Недаром, интуитивно многие учащиеся наиболее важную учебную информацию в своих тетрадях, конспектах заключают в цветные рамочки.

     Главная особенность когнитивно-графических мультфильмов заключается в том, что опираясь на принципы презумпции простоты и минимума информации, в них практически отсутствует вербальная информация и решение проблемы сведено к серии наглядных рисунков, обладающих когнитивным потенциалом. Применение когнитивно-графических мультфильмов в учебном процессе можно сопровождать серией поисковых задач и упражнений. В частности, каждый кадр мультфильма желательно «озвучить» и вербальную информацию поместить против каждого кадра. Далее, можно составлять упражнения с пробелами. К примеру, имеется вербальная информация, надо восстановить визуальную, и наоборот. Это упражнение рекомендуется проводить как с отдельными кадрами, так и их сочетанием. После подобных упражнений следует выделить ключевой кадр или мнемо-фрейм, глядя на который учащиеся смогут восстановить всё доказательство (как вербально, так и визуально).

     К обобщающим учебным элементам также относятся матрицы (применяются для конструирования элементов в теоретическом блоке, блоке ошибок, блоках обобщения и генерализации и др.), блок формулы (используются чаще всего в блоках генерализации, углубления и др.), семантические сети, в частности, «паучок» (может применяться в различных блоках), известные из опыта учителей-новаторов — опорные и синтетические конспекты и т. д.

     Матрица — эффективный когнитивно-графический приём для генерализации учебной информации. Она позволяет приводить в систему и сжимать достаточно большой по объему учебный материал. В матрице очень важно правильно задать направляющие строку и столбец, несущие на себе основную обобщающую функцию. Каждый элемент матрицы является носителем конкретного содержания направляющих элементов строки и столбца, на пересечении которых он находится. Несколько иную форму имеют структурные матрицы, описывающие основные элементы любой системы: её ядро, координаты входов и выходов, вектор состояния, наименование подсистем и т. д.

     Блок-формула является условным символическим «аккумулятором» нескольких формул.

     Усвоение блок-формулыпомогает учащимся прочно запоминать и легко воспроизводить сразу несколько однотипных формул и теорем. Нами экспериментально установлен такой факт. После изучения проблемного модуля «Методы интегрирования», в частности, блока применения «Объёмы тел» курса математики, одной группе учащихся было предложено усвоить каждую из теорем об объёмах в отдельности, а другой — изучить блок-формулу объёмов тел в целом. Первая группа повторяла доказательство каждой теоремы в отдельности: для объёма призмы. Через месяц после этого была проведена проверка, которая показала, что учащиеся второй группы при прочих равных условиях имеют более прочные и осознанные по данному проблемному модулю знания, чем учащиеся первой группы.

     Техника конструирования учебного элемента «паучок» описана Д. Хамблином в форме следующего алгоритма:

1.     Ученики записывают название темы или вопросы, по которому они хотят проверить свои знания, и заключают его в овал, который образует тело «паучка».

2.     Затем они продумывают, какие из входящих в тему понятий являются основными, и записывают их на схеме так, что они образуют «ножки» «паучка».

3.     Затем нужно попытаться усилить устойчивость каждой из «ножек», присоединяя к ней ключевые слова или фразы, которые служат опорой для памяти.

     После того как принцип составления схемы «паучок» усвоен, можно применять его в самых разных вариациях. Многим учащимся это поможет добиться большей упорядоченности в знаниях, поскольку каждое из ключевых понятий («ножек») равнозначно вводной фразе, открывающей тематический раздел текста. Развивая этот прием, можно вместе с учащимися присоединить к «ножкам» «башмачки»; их введение в схему соответствует более подробному раскрытию содержания изученного фрагмента текста. В конструировании учебных элементов чаще других используются следующие математические методы: метод графов и сетей, метод матриц, методы логики, алгоритмы. Перечисленные технические приёмы конструирования учебных элементов далеко не ограничивают их арсенал и предоставляют преподавателю полный простор для творческого маневра и инициативы.

     Таким образом, сущность технологии проблемно-модульного обучения заключается в том, что для достижения поставленной цели на основе соответствующих принципов и факторов осуществляется укрупнённое структурирование содержания учебного материала, выбор адекватных методов, средств и форм обучения, направленных на самостоятельный выбор и прохождение учащимися полного, сокращённого или углублённого вариантов обучения.

     Проблемный модуль представляет собой логически завершенную единицу учебного материала, построенную на принципах системного квантования, проблемности, вариативности, когнитивной визуализации и направленную на изучение одного или нескольких фундаментальных понятий учебной дисциплины, необходимых для решения профессионально значимой — укрупнённой — проблемы. Содержание и структура проблемного модуля построены таким образом, чтобы его можно было переложить на язык обучающей компьютерной программы.

Литература

1.     Арстаков М. Ж., Пидкасистый П. И., Хайдаров Ж. С. Проблемно-модельное обучение.— А.— А.: Мектеп,1980.

2.     Безрукова В. С. Концентрированное обучение педагогике//Интеграционные процессы в педагогической теории и практике: Сб. науч. тр.— Свердловск, 1991,—Вып. 2.—С. 102—113.

3.     Беспалько В. П. Слагаемые педагогической технологии.— М.: Педагогика, 1989.

4.     Блонский П. П. Избранные педагогические сочинения. В 2-х т. Т. 1/Под ред. А. В. Петровского.— М.: Педагогика, 1979.

5.     Боголюбов В. И. Педагогическая технология: Эволюция понятия//Сов. педагогика—1991.—№ 9.—С. 123—128.

6.     Вербицкий А. А. и др. Проблемно-контекстное моделирование творческой деятельности в учебном процессе ВУЗа//Научно-методические основы проблемного обучения в ВУЗе.— Ростов, 1988.— С. 49—58.

7.     Вергасов В. М. Активизация познавательной деятельности студентов в высшей школе.— Киев: Вища шк.,1985.

8.     Давыдов В. В. Виды обобщения в обучении.— М.: Педагогика, 1972.

9.     Ибрагимов Г. И. Поиск способов интеграции форм организации обучениях/Интеграционные процессы в педагогической теории в практике: Сб. науч. тр.— Свердловск, 1991.— Вып. 2.— С. 113—127.

10. Кларин М. В. Педагогическая технология в учебном процессе.— М.: Знание, 1989.

11. Коменский Я. А. Избранные педагогические сочинения. В 2-х т. Т. — М: Педагогика, 1982.

12. Лернер И. Я. Дидактические основы методов обучения.— М.: Педагогика, 1981.

13. Лессинджер Л. Введение в деятельностное мышление. Доклад на I Советско-Американском симпозиуме по технологиям обучения в профессиональной школе.— Анапа, 1990 (рук.). Марев И.

14. Методологические основы дидактики.— М.: Педагогика, 1987.

15. Махмутов М. И. Проблемное обучение.— М.: Педагогика, 1975.

16. Махмутов М. И. Современный урок,— М.: Педагогика, 1985.

17.  Чошанов М.А. Используя блок-модуль //ПТО.- 1989. - № 9. – С. 77 – 85.

18. Эббингауз Г. Основы психологии.— Т. I. Вып. 2.—С-Пб., 1912.

19. Юцявичене П. А. Теория и практика модульного обучения.— Каунас: Швисса, 1989.

20.