Елена Васильевна Чудинова,
кандидат психологических наук, ведущий научный сотрудник ПИ РАО им. , *****@***ru
«Кухня» разработчика учебных курсов. Поиски модельной формы
Ключевые слова: учебная деятельность, образовательная система -, моделирование, обратная связь, кольцо
Аннотация: статья посвящена проблемам логико-предметного и логико-психологического анализа в процессе разработки учебных курсов для основной школы в системе -. На примере одного фрагмента экспериментального курса биологии рассматривается ход проектирования обучения, проблемы разработки учебных моделей и вопросы, появляющиеся в процессе реализации замыслов. Главным предметом анализа выступают представления о характере и роли учебного моделирования в процессе усвоения содержания учебного предмета и становления учебно-предметных компетенций.
В разнообразных вариантах традиционного обучения детские действия являются зеркалом действий учителя. То, что делает учитель, в оптимальном случае должно быть повторено или прямо продолжено учениками.
Совершенно иные действия учеников — инициативные, самостоятельные, требующие к себе содержательного отношения, — это действия, связанные с моделью. Например, моделью естественного процесса, моделью числа или математического преобразования, лингвистической моделью и т. д. Предметное моделирование - это волшебная палочка, преобразующая ситуацию обучения-учения и для ученика, и для учителя[1]. Именно поэтому в педагогической системе и моделирование является не только главным предметом разработки при создании учебных курсов для школьников, но и центром, вокруг которого строится обучение и переподготовка учителей. Модель опосредствует как действие ученика, так и педагогическое действие.
Однако, как пишет , говоря о проблемах разработки новых учебных курсов: « ...психологу и дидакту порой очень трудно определить те конкретные действия, которые открывают содержание понятий, а также ту конкретную форму модели, в которой наиболее целесообразно изобразить это содержание с целью дальнейшего изучения его общих свойств» [3; с.282]. Проектирование фрагмента учебного курса, ограниченного рамками одной модели, становится длительным процессом поисков, преобразований и полем взаимодействий многих коллективов разработчиков. При этом, в отличие от лабораторного эксперимента, коррекция замысла часто происходит непосредственно в ходе формирования[2]. Важно и то, что экспериментальное обучение не может быть реализовано психологом и дидактом, а должно быть осуществлено конкретными учителями – участниками проекта в классах со своей учебной историей.
Психологи и, тем более, люди других профессий, не участвующие в подобном проектировании, плохо представляют себе такой тип работы. Поэтому главная задача этой статьи заключается в том, чтобы познакомить читателя с «кухней» разработчика учебных курсов в системе - и показать основания отношения разработчика к «мутной воде» экспериментального формирования как к бесценному источнику возникновения новых гипотез и тех наблюдений, которые переворачивают его исходные представления.
Далее описываются и анализируются три последовательных попытки разработки и реализации одного содержательного фрагмента экспериментального курса биологии с точки зрения поиска конкретной формы модели, в которой наиболее целесообразно воплотить выбранное содержание.
Содержание фрагмента экспериментального обучения
Одно из ключевых биологических понятий, которое может и должно сформироваться в результате изучения школьной биологии, - понятие органа. Понятие органа исторически возникало и преобразовывалось как классическое развивающееся понятие: от представления о зрительно отделенной части тела в анатомии до понятия функционального органа в физиологии активности.
Замысел рассматриваемого фрагмента экспериментального обучения в отношении понятия органа состоял в преобразовании представления учеников об органах как о частях тела многоклеточных существ, состоящих из тканей (6 класс) в понимание органа как работающего инструмента, как функционального динамического образования. Проектирование обучения, приводящего к образованию такого взгляда (способа рассмотрения), и было задачей разработчиков.
Подобный способ видения органа разработан в физиологии активности и . В отличие от и его последователей, рассматривавших движение как рефлекторный, реактивный акт, анализировал движение как свободную активность живого существа. Он обнаружил, что основной схемой регуляции движения является не рефлекторная дуга (путь от рецептора к эффектору), а кольцо, для которого наиболее существенным моментом является наличие непрерывной обратной связи между движущейся частью тела (эффектором) и чувствующей частью тела (рецептором)[3]. О важности таких кибернетических моделей[4] в биологической науке писал : «…кибернетические модели регуляции позволяют гораздо яснее представить все наиболее существенное (выделено мной, Е. Ч.) в процессах биологической регуляции…и имеют, таким образом, бесспорно познавательное значение в физиологии, эмбриологии и в эволюционном учении» [5; с.202]. Можно добавить, что внятные схемы управления (регуляции) являются мощным ресурсом не только познания, но и самых разнообразных человеческих действий. Например, опираясь на представление о многообразии обратных связей в собственном теле, человек может осмысленно относиться к предложениям врачей о способах лечения его заболеваний и т. д.
Таким образом, с самого начала разработки экспериментального курса было очевидно, что понятие об обратной связи – это наиболее важный элемент понятия органа как инструмента[5], а кольцевая схема управления (регуляции движения) в ее простейшем виде – исходная «клеточка» модели (понятия), которое будет строиться. Эта исходная идея легла в основание образовательного проекта 2003 года[6].
Проект 2003 и его реализация[7]
Замысел экспериментального обучения состоял в том, чтобы ученики смогли, анализируя разнообразные движения, открыть для себя кольцевую схему, подобную кольцу Бернштейна, а затем применить идею обратной связи для решения других задач, как биологических, так и, например, технических. Обучающий эксперимент проводился в двух параллельных седьмых классах школы «Бакалавр» (г. Москва) в рамках экспериментального курса, в течение двух восьмичасовых погружений (2+2+2+2 часа в неделю).
1 этап: моделирование «простейшего» движения (построение кольцевой схемы)
В классе проводился совместный анализ условно «простого» человеческого движения (задача: дотянуться или переместиться до желаемых вещей). Для этого на стульях были разложены съедобные и несъедобные вещи. Когда дети отвечали на вопрос учителя, что для того, чтобы достичь желаемого предмета, нужны только ноги, которые движутся, учитель предлагал одному из них побыть «ногами».
«Ноги», конечно, могли бы добраться до нужного стула. Но поскольку глаза не были названы как необходимые, учитель завязывал ребенку глаза шарфом. Движения ученика переставали быть направленными. После этого ученики называли «чувствительный элемент» в качестве необходимого «участника» движения. назвал подобный способ работы «затрудняющей реинтерпретацией».
Так дети включались в имитационное моделирование и вместе с учителем постепенно «очищали» появляющиеся новые необходимые функции, дробя их, и, тем самым, дифференцируя исходную схему (Рис. 1). Постепенно обнаруживалось, что нужен не только рецептор — «глаза», но и тот, кто будет «желать», выбирать из всех окружающих вещей ту, к которой будет направлено движение. Так продолжалось до тех пор, пока постепенно, как бы сама собой, не выстраивалась схема кольца, подобного кольцу Бернштейна.
2 этап: уяснение кольцевой схемы; изучение строения частей тела человека, которые могут занимать функциональные места рецептора, эффектора, координатора. Ученикам предлагались задания на уяснение и запоминание основных элементов схемы. Кроме того, ученики формулировали запрос на информацию.
Схема на этом этапе выступала предметом усвоения, с одной стороны, и ориентиром, направляющим выбор информационных текстов, с другой.
3 этап: использование кольцевой схемы для анализа нарушений движения
Было предположено, что именно далее должен произойти переход от схемы как объекта (результата) мышления к схеме как орудию мышления и действия. Для этого нужно было спроектировать учебную ситуацию, которая не требовала бы воссоздания кольцевой схемы, но требовала бы ее использования в качестве орудия для решения задач иного рода. Было высказано предположение, что такого рода задачами могут быть задачи на диагностику (поиск причин) нарушений движения.
В этой учебной ситуации наиболее важной представлялась позиция взрослого: по замыслу он должен был акцентировать детские попытки установления причин нарушений так, чтобы ученики почувствовали осмысленность собственных обращений к кольцевой схеме.
Поэтому ситуация была организована таким образом.
Учитель – организатор действия (он же «главный врач больницы») объяснял детям их задачу и способ работы: «Ваша задача – поставить диагноз. Больного нельзя лишний раз тревожить, поэтому работа будет идти так: сейчас вы обсуждаете в своих парах, что нарушено у больного. Для проверки своего диагноза или для того, чтобы задать уточняющий вопрос о болезни, вы должны получить разрешение у главного врача. Для этого нужно показать, что, по вашему мнению, нарушено, на схеме, и рассказать, как вы будете это проверять. Если главврач дал вам разрешение, вы можете подойти к больному и проверить свою гипотезу или задать вопрос сопровождающему». Другой взрослый, изображающий определенного больного, имел право только совершать доступные ему как больному действия. Третий взрослый, «сопровождающий больного», по запросу детей давал им некоторые сведения об анамнезе (рис. 2).
4 этап: конкретизация кольцевой схемы
На материале регуляции вдоха-выдоха и кровяного давления проводилась работа по достраиванию информационного текста по готовой кольцевой схеме и, наоборот, достраивание кольцевой схемы по полному информационному тексту. Эта работа оказалось сложной для учеников, и не только потому, что тексты содержали много новой информации. Схема регуляции кровяного давления и вдоха-выдоха представляла собой не одно, а несколько переплетённых колец, где эффекторами выступали стенки артерий, сердце, мышцы (см. пример такой схемы далее). Сокращения сердца регулировались по двум параметрам - по силе и частоте. К тому же в схемы был внесен один, на первый взгляд, не слишком значительный элемент – характеристика типа связи процессов (положительная или отрицательная связь). На схемах она отображалось знаками «плюс» и «минус».
5 этап: диагностика переноса кольцевой схемы
Ученикам предлагалось (индивидуально) решать небольшие проектные задачи по созданию схемы управления движением поездов на железной дороге, разработке механизма для автоматического полива растений и пр., т. е. технические задачи, которые могли быть решены с применением принципа обратной связи. При этом экспериментатором (по замыслу) был посторонний по отношению к школьному обучению человек, незнакомый детям. Обнаружилось отсутствие рефлексивного переноса способа на эти, далёкие по материалу, задачи, но очевидное влияние обучения на характер решения: «ага-реакции» при заострении вопроса задачи в беседе с экспериментатором и последующее распознавание кольцевой схемы в собственном решении.
Непредвиденное в ходе реализации
1) наиболее трудно ученикам на этапе построения схемы было заметить замыкание схемы в кольцо. Все остальные действия: непосредственное передвижение ученика, изображающего «ноги»; сообщение «рецептора» о местонахождении цели и пр., были материализованы. Действие же «рецептора», фиксирующего местоположение «ног» в данный момент времени, замещалось восприятием человека, изображающего «глаза», и поэтому оставалось почти незамеченным даже для того, кто его непосредственно осуществлял (замещал собственным действием).
Эта трудность заставила разработчиков искать другие способы моделирования обратной связи непосредственно после первого занятия. Был предложен способ, который реализовали на следующей паре уроков. Движением, регуляция которого моделируется, было избрано перемещение точки по листу бумаги в клетку. Ученики работали в парах. Каждая пара выполняла определенную функцию – рецепции, моторики, программирования (формулирования цели действия) и пр. На первый взгляд, кажется, что это имитационное моделирование почти точно повторяет предыдущий вариант. Однако при ближайшем рассмотрении оказывается, что подобное разделение труда требует появления специфических средств действия у каждой пары. Так, например, у «рецептора» для того, чтобы он мог осуществлять свои функции отслеживания текущего положения, должно возникнуть нечто вроде координатной сетки с обозначенным положением эффектора и возможных целей. Перед «эффектором» должно появиться пустое поле с нанесенным и изменяющимся по ходу движения положением точки «Я». В отличие от средств «рецептора», на этом поле нет места координатам, так как «эффектор» не обладает способностью оценки текущего положения, и не обозначены цели, так как «эффектор» их не ощущает.
Результатом воплощения этой идеи явилось обнаружение учениками замыкания схемы в кольцо и непрерывности коррекции работы эффектора (принципа сенсорных коррекций по Бернштейну).
2) Как для учителя, так потом и для детей, наиболее трудным для понимания и усвоения оказалось то, что рецептор, эффектор и пр. – это не структуры, а функции, того, что рецептор – это не вещь, а работа некоторой вещи, ее способ действия, то есть функция.
3) Стало понятно, что «незначительное» добавление в схему знаков типов связности процессов («+» и «-») на самом деле принципиально её меняет. Статичная схема связи функциональных блоков становится действующей моделью, двигаясь по которой, можно предсказывать результаты конкретных воздействий на организм. При этом понимание способа работы с подобной схемой (способа её употребления) нужно строить дополнительными, еще не найденными средствами.
Проект 2007 и его реализация[8]
Особенностью работы в 2007 году было то, что экспериментальное обучение стало фрагментом профильного курса биологического 9 класса (обучение биологии на профильном уровне, 6 часов в неделю). Главной задачей этого проекта была разработка более удачного способа исходного построения кольцевой схемы.
За основу была взята находка прошлого проекта (моделирование перемещения точки по бумаге в клетку). Однако, в отличие от класса с 10 учениками в школе «Бакалавр», где проводился предыдущий эксперимент, в этом 9 классе обучалось 24 ученика, что делало разделение на пары (или даже группы) по функциональным блокам неэффективным. Необходимо было также учитывать, с одной стороны, более высокий исходный уровень подготовленности учеников, а с другой стороны, отсутствие привычки к групповой работе и рефлексии способов действия, к работе с моделями (обучение в гимназии не велось по системе -).
В ходе реализации этого проекта обращалось особое внимание на то, как можно, хотя бы в первом приближении, очертить то, что открывается ученику в ходе совместного учебного моделирования, уяснения и конкретизации нового понятия.
1 этап. Выход на простейшую кольцевую схему регуляции движения
Ученики выполняли задание по самонаблюдению, измеряя температуру тела, кровяное давление, частоту пульса и некоторые другие показатели работы органгизма в течение суток. В классе им было предложено сравнить результаты их работы с наблюдениями учёных, проведенных на большой выборке. После сравнения и анализа причин некоторых расхождений в результатах, ученикам был задан вопрос о смысле ритмичности в работе организма (чередовании более или менее интенсивной работы систем). В ходе обсуждения был сделан вывод о том, что работа систем - «движение» в широком смысле этого слова, - чрезвычайно энергозатратно и, вследствие этого, нуждается в регулировании - понижении интенсивности работы при отсутствии задач.
Как в схему рефлекторной дуги[9] вставить «выключатель», регулятор движения?
Учитель предложил для анализа движения следующую игру, построенную по принципу игры-перемещения точки по листу бумаги.
На магнитной доске 4 фишки – волк и три зайца (рис.3). Волк должен добраться до зайца. Как будет осуществляться движение?
По схеме дуги назначили роли игроков (сначала дети насчитали 7 ролей, включая передатчиков и пр.), но, по предложению учителя, число ролей сократили до 3-х основных: «рецептора», «координатора» и «эффектора». «Программатор» - учитель, он сообщает «координатору» о желании съесть того или иного зайца. Были обсуждены и зафиксированы функции «рецептора», «координатора» и «эффектора» (см. рис 4).
Рис. 4. Таблица распределения функций участников игрового моделирования.
Что должен делать | Чего не может делать | |
«рецептор» | Сообщать вслух координатору местоположение точек (волка и трех зайцев, называя их по именам «Заяц 1»…) – их координаты «А1». «Б2» и т. д. | Говорить направление движения, «помнить, что было раньше |
«координатор» (глаза завязаны) | Запомнить, какого зайца нужно догнать, выбрать из всей информации от рецептора нужную, соотносить координаты волка и нужного зайца, выбрать и сообщить вслух эффектору направление движения. | Смотреть на поле игры. |
«эффектор» | Точно выполнять распоряжения «координатора» | Не проявлять своеволия, не принимать собственные решения |
Учитель завязывает глаза координатору. Затем он расставляет зайцев по отношению к волку так, чтобы путь к любому из зайцев не был линейным. Он выбирает любого зайца и шепотом на ухо сообщает «координатору» о том, какой заяц нужен.
Затем по команде «рецептор» вслух называет координаты всех точек. «Координатор» думает и принимает решение о направлении движения волка, затем сообщает его «эффектору», произнося вслух одну из команд: «вниз», «вправо», вправо вверх»… «Эффектор» начинает выполнять эту команду. Фишка продвигается в указанном направлении, но, очевидно, что на своей дороге она не встречает фишки–зайца, и не может остановиться, уезжая за поле.
«Эффектор» и «координатор» возмущены:
- Мы не можем этого сделать!
- Он меня не остановил.
- Я не могу сразу сказать направление, мне его надо поменять.
Так, через возникновение противоречий в ходе имитационного моделирования происходит обнаружение необходимости обратной связи и способа ее осуществления. Затем в классе подробно обсуждаются изменения схемы рефлекторной дуги, которые произошли при замыкании её в кольцо (направления стрелок и что они означают), изменения определения «рефлекса». Учитель называет внесенные в схему изменения «обратной связью» и просит детей записать, как они поняли, что такое «обратная связь». Вот примеры работ учеников:
: «Обратная связь – это поступление сигнала о совершенном действии к рецептору, который передает ее координатору. Обратная связь, как дуга рефлекса, происходит через передатчики, в роли которых служит нервная система».
: «Обратная связь – ответная реакция. Младенец хватается за палец, который мы ему подсунули. – Это не обратная связь. Обратная связь, когда раздражение происходит от эффектора к органу чувств».
: «Обратная связь – это связь эффектора напрямую с рецептором... Рука берет булочку, и это действие чувствует рецептор, который находится в мышцах, да и глаза это видят, посылают сигнал по нервам в координатор».
Таким образом, видно, что, идея управления, возврата к началу дуги, контроля рецептором работы эффектора, учениками схвачена, но самостоятельные попытки конкретизации удаются всем по-разному.
2 этап. Конкретизация понятия обратной связи на материале анализа работы мышц-анатгонистов.
Следующее обращение к понятию обратной связи и кольцевой схеме управления движением происходит только через два месяца. Это связано с тем, что в промежутке ученики подробно и обстоятельно изучают строение опорно-двигательной системы человека.
После демонстрационного опыта «Коленный рефлекс» производится наблюдение удерживания ноги, разогнутой в колене. Испытуемый должен удерживать ногу на той же высоте, на которую ее в предыдущем опыте поднял коленный рефлекс, но теперь уже произвольно в течение продолжительного времени. Главная находка этой работы: фиксация отклонений ноги от заданного положения и возвращений к нему происходит с помощью закреплённой на ноге испытуемого лазерной указки. Так как испытуемый сидит на стуле, который поставлен на учительский стол, то дрожание лучика лазера на противоположной стене, показывает напряженность его попыток держать ногу в одном положении.
Ученики отвечают на вопросы: достаточно ли схемы рефлекторной дуги для объяснения этого движения? О чем говорит частота отклонений и возвращений ноги к заданной высоте? Они самостоятельно формулируют и записывают вывод в тетрадях.
Ученикам предлагаются для анализа их работы про обратную связь двухмесячной давности. Они должны, если это требуется, дополнить свое понимание. Вот примеры таких дополнений:
: «Обратная связь – связь, превращающая рефлекторную дугу в рефлекторное кольцо. Связь между эффектором и рецептором».
Добавление через 2 месяца: «Часто осуществляется осмысленно. Связь прямая, непрерывная».
: «Обратная связь – связь между эффектором и рецептором».
Добавление через 2 месяца: «Постоянное исправление ошибок. Чем больше рецепторов, тем точнее поправки».
Таким образом, видно, что некоторые ученики (правда, их не более половины класса) в анализе опыта с лазерной указкой схватывают важнейший акцент (а по сути дела, вторую главную идею рефлекторного кольца): непрерывность сенсорных коррекций.
3 этап. Конкретизация понятия обратной связи на разнообразном биологическом материале.
Эта работа происходила многократно в течение двух последующих лет обучения, но форма этой работы была не такая, как на втором этапе. Ученикам предлагались для решения разнообразные биологические задачи, в которых возможно было использование понятия обратной связи. В случае если ученики осмысленно использовали это понятие, учитель при анализе работ подчеркивал такие моменты, показывая их достоинства. Вот пример подобного задания и две выдержки из детских работ, где очевидно использование принципа обратной связи:
Задание (10 класс): описать процесс формирования клеточной стенки растения, подробно объяснив участие вакуолярной системы.
: «На мембране должны быть рецепторы, которые засвидетельствуют о построении ее, т. е. о необходимости прекращения доставки целлюлозы, или, если клеточная стенка была разрушена, о реконструировании подачи целлюлозы для ее восстановления...»
: «Как клеточная стенка формируется, так она и разрушается, транспортируя белок и разрушая себя эндоцитозом. Процесс формирования и разрушения – два процесса, которые идут непрерывно. Это происходит для поддержания баланса в формировании клеточной стенки и ее разрушения, чтобы толщина клеточной стенки сильно не колебалась...»
В этих детских работах отчетливо видно, что понятие обратной связи дает возможность видения биологических процессов как само - и непрерывно регулирующихся, т. е. является одной из важнейших опор так называемого «биологического мышления».
В самом конце 11 класса ученикам был задан прямой вопрос: встречали ли вы проявления принципа обратной связи вне тех уроков, где мы его обнаружили напрямую? Вот несколько ответов, показывающих разнообразный характер осмысления учениками своей «оснащённости»:
.: «На турслете 2008 года, когда был ряд конкурсов доверия. На одном из них нужно было пройти по дорожке, ограниченной канатами, с закрытыми глазами, а твое движение контролировал другой человек из твоей команды».
: «Это занятие дало помимо теоретического понимания понятия обратной связи в коленном рефлексе еще и понимание его практического применения и то, что диагностику с его использованием можно провести самому, необязательно быть врачом-специалистом. В жизни я встречал много ситуаций, в которых мне эта практика помогала, например, доказать человеку, говорящему, что он не чувствует ног, что все в порядке и нервы не повреждены».
.: «Да, я достаточно часто сталкивался с тем, что видел в окружающих явлениях обратную связь. Больше всего мне это пригодилось, когда я в свободное время баловался программированием. Как правило, от человека скрыта основная составляющая программы – математические вычисления, алгоритм работы. Но путем введения в программу средств, позволяющих человеку «заглянуть» ей внутрь, программа отвечает на действия человека, информирует его о процессе своей работы. Это очень помогает в процессе поиска сложных ошибок в алгоритме».
По этим высказываниям можно заключить, что понятие обратной связи стало для учеников осознаваемым ресурсом собственного действия, с одной стороны, «сворачиваемым» в идею, легко переносимый на другие материалы принцип, с другой стороны, «разворачиваемым» в систему практических действий по решению новой практической задачи.
Проект 2008 и его реализация
Обучающий эксперимент проводился в двух параллельных седьмых классах 91 школы (г. Москва). Обучение велось по экспериментальной программе (2 часа в неделю). Находка предшествующего проекта – демонстрация и анализ опыта с лазерной указкой – подсказала новый способ открытия кольцевой схемы обратной связи: через анализ серии опытов.
Сравнивая разные царства живых существ, ученики обнаружили, что активное движение и передвижение – характерная черта именно животных (растения совершают, в основном, медленные ростовые движения, связанные с делением и ростом клеток), связали возможность быстрого передвижения у животных с его энергозатратностью. Изучать движение предложили на себе, так как человек – активно передвигающееся животное, и движение у нас «всегда с собой».
1 этап. Анализ серии опытов (построение кольцевой схемы).
Первые опыты предлагаются учителем, но далее дети перенимают инициативу и становятся участниками совместного изобретения и планирования опытов.
Опыт 1. Ученик по письменному указанию учителя идет к двери и останавливается, подняв руку на уровне плеча. Совместно фиксируется результат опыта: испытуемый совершает движение по команде. Вывод из опыта нужно сделать в виде схемы.
Ученики предлагают множество вариантов схем. Разнообразные попытки учеников назвать первый блок схемы («глаз», «орган зрения») учитель предлагает заменить универсальным словом «рецептор», объясняя его значение. Варианты предложенных схем обсуждаются классом, в частности, схемы проверяются на «понятность», точность формулировок, отражение всех нужных блоков (этапов). и принимают обобщенный итоговый вид (рис. 5)[10]. Такие коллективные переходы-обсуждения от индивидуальной фиксации результатов наблюдения к общему виду выражения вывода служат не навязанным, а естественным для учеников «громкоречевым» () этапом уяснения того, что станет в дальнейшем ориентировочной основой действия.
Рис. 5. Итоговая схема после 1-го опыта
Опыт 2.
Испытуемому на руку крепится включенная лазерная указка (фото 6). Испытуемый в соответствии с заданием пытается удерживать руку на уровне плеча. Он переводит взгляд то на руку, то на доску, по которой бегает лазерный луч.
Результат, который ученики формулируют и записывают: испытуемый выполняет действие, следя глазами. Рука колеблется.
Вывод, который делают ученики: рецептор контролирует работу эффектора.
Для доказательства своего вывода ученики предлагают исключить зрение – завязать глаза. Проводится опыт 3, отличающийся тем, что испытуемому 
завязывают глаза. Размах колебаний лазерного луча увеличивается примерно в 3 раза (рис. 7)
Ученики записывают результат: испытуемый с закрытыми глазами выполняет то же действие. Рука колеблется сильнее.
Вывод: контроль ухудшается, но все-таки происходит.
Учитель помогает детям объяснить получившийся результат, демонстрируя следующий опыт 4.
Ученик с закрытыми глазами правильно и подробно может описать положение своей руки и пальцев (рис. 8). Это демонстрирует наличие рецепторов мышечного чувства.
Таким образом движение контролируют разные рецепторы (например, рецепторы мышечного чувства, которые находятся в мышцах, сухожилиях и оценивают их натяжение).
|
Это классический опыт, описанный у (рис.9). Испытуемому предлагается красным фломастером нарисовать звезду между двух контуров. Он легко выполняет это задание. Затем ему предлагается повторить то же действие на другой заготовке, но только глядя на свою работу в зеркало. Движение замедляется и нарушается.
Результат: если смотреть в зеркало, рисуя, движение идет медленно, неуверенно, менее эффективно.
Вывод: решатель получает противоречивую информацию (от рецепторов мышечного чувства – информация идет правильная, а от рецепторов зрения – искаженная, обратная), движение нарушается.
Основываясь на опытах, ученики вносят изменения в схему. Получается простейшая кольцевая схема управления движением (рис. 10)
Рис. 10. Итоговая схема после опытов 2-5.
Особенности изображения (направление стрелок) и смысл кольца (снижение энергетических затрат) обсуждаются подробно.
Таким образом, исходная схема изменяется по мере того, как ученики, намечая и осуществляя последующие опыты, обнаруживают новые, незамеченные ранее, отношения.
2 этап: уяснение кольцевой схемы; изучение строения частей тела человека, которые могут занимать функциональные места рецептора и эффектора. Ученики предлагают пути, по которым должно идти дальнейшее изучение: виды и строение рецепторов, устройство решателя, как передается сигнал, строение и работу эффектора. Учитель осуществляет выбор первого шага.
Схема на этом этапе выступает предметом усвоения, с одной стороны, и ориентиром, направляющим выбор направления дальнейшего изучения, в частности, информационных текстов, с другой. В частности, на этом этапе сравнивали мигательный и зрачковый рефлекс (в парах), выявляли разные типы мышечного сокращения; изучали строение глаза человека; сравнивали виды мышечной ткани; изучали строение и состав кости; отделы скелета человека.
Этот этап, в отличие от аналогичного этапа первого проекта, проводился значительно подробнее, что позволило перейти к этапу конкретизации кольцевой схемы с более готовыми учениками.
3 этап: сравнение схемы, созданной учениками, со схемой, предложенной
В домашней работе нужно было проанализировать движение ноги в коленном суставе (сидя на крае стула, поднимать ногу вперед, не до конца, затем отводить ее назад, не до конца; при этом не двигать стопой).
В домашних работах учениками были сформулировано множество вопросов, в частности[11]:
· За движение конкретно этих костей отвечает одна мышца?
· В чем разница в работе мышц при вращении и при сгибании –разгибании?
· С чего начинается движение?
· Как работает «решатель»?
· Как одна команда может приводить механизм из стольких клеток в одно и то же время в движение?
Учителем было предложено провести анализ изучаемого движения не только с помощью созданной нами схемы, но и с помощью схемы Николая Александровича Бернштейна.
Для этого сначала ученики внимательно читали фрагмент оригинального текста Бернштейна и рассматривали его схему (рис. 11), сравнивая ее со своей схемой.
Рис. 11. Схема, предложенная
 |
Сравнивая схему, созданную классом, со схемой Бернштейна, ученики обнаружили:
1) обе схемы – схемы кольца, т. е. показывают наличие обратной связи от эффектора к рецептору (непрерывная коррекция осуществляющегося движения)
2) рецептор и эффектор в схеме Бернштейна выполняют те же задачи, что и в нашей схеме (занимают то же место).
3) Первое существенное отличие состоит в том, что вместо нашего «решателя» («ЖАПМ») в схеме Бернштейна – целая система блоков (программа, задающий прибор, прибор сличения, перешифровка, регулятор), т. е. он рассмотрел работу решателя гораздо более подробно.
4) Второе отличие - в схеме Бернштейна есть «рабочая точка (объект)», через которую также идет обратная связь. Что это?
Всю оставшуюся часть занятия ученики пытались использовать схему Бернштейна для анализа движения качания ногой и, тем самым, понять механизм этого движения, с одной стороны, и схему Бернштейна, с другой. Обнаружили «противоположную работу мышц» (учитель назвал такие мышцы «антагонистами»), попытались найти в схеме «начало движения» и в этой попытке обнаружили многообразие колец, одновременно участвующих в управлении сложным движением. В результате дальнейшего обсуждения поняли, что начало движения – это программа, образ будущего действия. Долго пытались понять, что делают задающий прибор и прибор сличения (схема Бернштейна) и т. д.[12]
4 этап: конкретизация кольцевой схемы
Так же как и в первом проекте, в течение нескольких занятий на материале регуляции вдоха-выдоха и кровяного давления проводилась работа по достраиванию информационного текста по готовой кольцевой схеме и, наоборот, достраивание кольцевой схемы по полному информационному тексту (конкретизация кольцевой схемы на материале других движений). Для понимания степени сложности этой работы здесь приводится одна из схем, с которой работали ученики (рис. 12).
Рис. 12. Схема регуляции вдоха-выдоха, с которой работали ученики.
В отличие от проекта 2003 года, переход к новому типу работы со схемой, включающей на этом этапе характеристики типа связи (положительной или отрицательной), был подготовлен задолго до этой работы. В ходе изучения растений [4] были обнаружены взаимовлияния разного типа: положительные, когда усиление одного приводит к усилению другого, и отрицательные, когда усиление одного приводит к ослаблению другого. Было найдено средство, позволяющее легко удерживать (схватывать в сознании) эти переходы от процесса к процессу с целью предсказания результата – согласованное движение двух рук. Поднятие/опускание левой руки вверх означает усиление/ослабление первого процесса. Согласованно следующее за этим движением поднятие/опускание правой руки показывает тип связи и, одновременно, определяет искомый результат. Найденный приём моделирования связности процессов «руками» был повторно использован в курсе для характеристики связей особенностей строения сустава с выполняемыми им функциями.
Благодаря такой предварительной работе, ученики смогли, «двигаясь по схеме», предсказать некоторые изменения, которые будут происходить в организме, при разных воздействиях на него, например, в ситуации кровопотери.
В конце этого этапа два урока подряд с полной включенностью в процесс ученики сначала в парах, а потом совместно на доске (рис. 13) составляли по тексту о терморегуляции в организме человека схему из нескольких колец и объясняли разные жизненные ситуации, например, такую: «Известно, что алкоголь оказывает расширяющее действие на сосуды. Кто быстрее замерзнет на морозе, пьяный или трезвый? Почему?» или такую: «Человек замерз и решил попарить ноги, чтобы согреться. Внезапно ему стало плохо: закружилась голова, началась зевота, а когда он вылез из ванны, зачастил пульс. Что с ним произошло? Дайте объяснение.»
Вся работа по конкретизации кольцевой схемы в многообразных сложно устроенных кольцевых схемах управления разными эффекторами была чрезвычайно сложной, но интересной, можно даже сказать, захватывающей, для учеников. Вероятно, азарт подобной работы состоит в соотносимости своих интеллектуальных возможностей с явственно чувствуемой трудностью задач. Возникает оправданное ощущение продуктивности и осмысленности работы.
Вместе с тем, была очевидна нехватка более простых заданий, на которых возможна дальнейшая конкретизация и «сворачивание схемы» в принципиально «переносимую» на другие материалы. Однако, попытки разработки более простых заданий такого рода упираются в неоправданное огрубление биологического материала (вплоть до его полного искажения), и это следующая большая проблема, которую должен решать проектировщик.
Таким образом, в ходе реализации трех проектировочных заходов оказалось, что понятие обратной связи опирается на целый комплекс сложных и очень разных по своей содержательной сути идей, каждая из которых требует введения и освоения новой модельной формы. Это идея связности параметров (положительной и отрицательной), идея обратной связи – кольцевой замкнутости, и идея непрерывности коррекций. Стало понятно, почему это важнейшее и для биологов, и для психологов понятие не усваивается достаточно хорошо даже студентами психологического факультета МГУ, где обучение построено преимущественно на чтении очерков по физиологии активности.
Почему эти идеи, «скрывающиеся» в кольцевой схеме, требуют разных типов моделирования? Блочная схема удерживает в себе наличие необходимых блоков и их связность. Она позволяет производить мыслительные действия по исключению того или иного блока и определению последствий такого рода исключения. Отсюда возможности диагностики нарушения движения, возможности осмысленного планирования учениками дальнейших опытов по изучению нервной системы[13]. Но она не позволяет «двигаться по ней», определяя последствия того или иного воздействия на всю систему. Для этого в ней не хватает характеристик типов связи.
Добавление в схему характеристик типов связи (см., например, рис.12) позволяет двигаться «по схеме», осуществляя рассуждения такого рода: «Во время физической работы затрачивается много кислорода для получения энергии на сокращение мышц, уровень кислорода в крови уменьшается, а уровень углекислого газа возрастает. Хеморецепторы фиксируют уровень углекислого газа и передают на прибор сличения, где этот уровень сравнивается с эталонным уровнем. Затем сигнал передается на регулятор частоты сокращения межреберных мышц и диафрагмы. Так как связь между уровнем углекислого газа и частотой сокращения межреберных мышц положительная, то это приводит к увеличению числа сокращений, что, в свою очередь, увеличивает уровень кислорода в крови и уменьшает уровень углекислого газа.» При этом за пониманием характеристики типа связи стоит вполне «двигательное», жестовое схватывание существа изменений. Оно, конечно, может быть выражено в схеме, например, так (рис.14):
 |
Рис. 14. Схема характеристики типа связи (положительной или отрицательной). При увеличении параметра А параметр Б меняется зависимым от него образом.
Однако сложно-внутренне-двигательный характер этих связей требует своей особенной «двигательной» модельной формы. И в ней выражается качественно-параметрическая связность процессов.
Почему плохо берется идея непрерывности сенсорных коррекций? По-видимому, потому, что избыточность модельных форм здесь мешает, а не помогает уяснению. В случае имитационного моделирования развернутый во внешнем плане многократный процесс коррекций (см. например, имитационное моделирование по типу «волк и зайцы» во втором проекте), с одной стороны, явственно демонстрирует необходимость последовательных многократных коррекций движения со стороны рецептора, а с другой стороны, перестает совпадать во времени с процессом реального движения.
Реальное движение совершается быстро (в «милисекундном» времени), а игровые коррекции долго (в «минутном» времени). Таким образом, использование модельной формы, необходимой для видения самого факта многократности коррекций, оборачивается трудностью организации схватывания другой существенной мысли.
Изменение наших представлений о моделировании
Поиски модельных форм, пригодных для открытия, уяснения, конкретизации и перефункционализации[14] кольцевой схемы регуляции движения, постепенно меняли наши представления об учебном моделировании в основной школе. Вот некоторые соображения, которые одновременно можно считать прообразами гипотез будущих лабораторных экспериментов.
1. Модель – это не схема или макет (т. е. не вещь), а система строящихся переходов (отношений) между многообразными модельными формами, одной из которых являляется определенным образом «очищенная», систематически воспроизводимая реальность. и пишут, что модели охватывают только те свойства прототипа, которые существенны в данной ситуации и которые являются объектом исследования [1]. Ситуации одновременной «многомодельности» в учебном моделировании в основной школе выявляют непременную избыточность разных модельных форм. При этом разные языки моделирования являются системой «зеркал», отображающих действие действующему субъекту.[15] Эти языки принципиально различны, среди них непременно должны быть не только знаковые, но и образные (и, возможно, «двигательно-действенные»). Кстати, на важности именно образно-символических, а не только знаковых средств в моделировании настаивал в последние годы .
Особенности модельных языков, которые определяют их выбор при решении задач организации обучения, сказываются, в первую очередь, на эффективности исходного построения и преобразования схем. Таким образом, возможности и ограничения имитационного и конструктивного моделирования биологических процессов в обучении определяются во многом особенностями выбранных модельных языков.
2. В обучении необходимым этапом является выстраивание специальной ситуации, в которой должно происходить превращение модели как предмета построения в модель как средство (ресурс) собственного действия ученика. При этом построенная ранее схема должна выступать для ученика как предмет опробования. Вообще, изучение условий, при которых актуализация и применение выстроенных ранее средств мышления становится возможным - это очень важный теоретический и практический вопрос психологии развития. Как говорил в своем выступлении , "...в настоящее время в психологии и в смежных с нею дисциплинах... накоплено поистине огромное количество материалов, с разных сторон раскрывающих "опробование", "примеривание", "поиск", "предвидение", "уникальную задачу" и многое другое, что с ними связано. Теоретический анализ этих материалов с методологических позиций, раскрывающих глубинный смысл "мира возможностей", может стать в ближайшее время магистральным путем разработки фундаментальной неклассической психологии" [2; с. 97].
Ситуация опробования – это возможность повторения попыток без повторения. Как в известной басне «Мартышка и очки», мы предлагаем ребенку очки (и даже вместе с ним их собираем из стеклышек, дужек и винтиков), но на очках не написан способ их употребления в качестве очков. Поэтому он предпочитает обойтись без них. Способ видения (употребления схемы в качестве ресурса), так же как и само понятие, должен быть выстроен. Почему эта формула или эта схема является «очками»? Здесь кроется система действий, которую мы пока плохо себе представляем, и она не тождественна системе действий по построению данного средства. Пути инициации появления схемы в функции средства должны быть одним из предметов разработки в каждом учебном курсе.
3. Так же как и другие естественные науки, биология возникла из задач получения (создания, преобразования) объекта с желаемыми свойствами. При этом исторически способы такого получения менялись от магии и молитвы в древности до химического синтеза и генной инженерии сегодня.
Преобразование естественного объекта является всегда пересечением процессов: с одной стороны, объект меняется в соответствии с желанием (целью) человека, с другой стороны, он меняется «сам по себе», находясь в сложной системе отношений, проживая «собственную жизнь». Поэтому действие обнаруживает несовпадение цели и результата, вызванное не дефектностью способа действий, а наличием собственной жизни объекта. Человек сталкивается с совершенно иной предметностью – теми свойствами вещей, которые НЕ преобразуются в человеческой деятельности, с собственной «жизнью» вещей, с самопроизвольными процессами. Впервые обнаруживается сопротивление объекта преобразующих воздействий – и именно оно становится предметом мышления. Мир начинает быть пред-ставленным человеку, и отношения вещей начинают казаться независимыми от человеческих действий. Происходит редукция действенного отношения к миру. Так складывается отношение познания, типичное для естественных наук Нового времени, приведшее к кризису физики начала прошлого века.
Основная трудность построения (поиска содержания и модельных форм) хороших[16] курсов обучения биологии для средней школы, с нашей точки зрения, состоит в выявлении действенного характера описания и объяснения реальности. Если физики смогли хотя бы увидеть свое редуцированное познавательное отношение и зафиксировать это как проблему описания мира, то для биологов мир (живые существа и их жизнь) до сих пор представляется вполне натурально, то есть как вне человеческого действия существующий, «простирающийся вокруг» и доступный экспериментальному и прочему изучению. Далеко не каждый ученый-биолог может восстановить содержание биологического термина до действия, схватывающего это содержание именно в таком виде.
Проектирование учебных моделей в этой ситуации оказывается особым способом распредмечивания научных текстов, а выстроенная учениками модель становится не только средством открытия нового знания и средством решения практических и квази-практических задач. Она не может не выступить для школьников главным средством понимания культурного биологического (научного, научно-популярного, учебного) текста.
Литература.
1. Давыдов В. В., Варданян А. У. Учебная деятельность и моделирование. - Ереван: Луйс; 1981.
2. О понятии развивающего обучения: сб. ст. / - Томск: ПЕЛЕНГ, 1995.
3. Теория развивающего обучения. - М.:ИНТОР; 1996
4. , . Учебная модель как единица обучения и «зерно» развития// Культурно-историческая психология, 2009, No.4
5. И. Кибернетические вопросы биологии, - Новосибирск: «Наука»; 1968
Телефоны: 0-45, 0-42
1. Подробно о роли моделирования в учебной деятельности см., например, [1]
[2] ведь дети должны выйти из эксперимента наученными, неудача формирования имеет право на существование только как временная.
[3] Кольцевая схема, описанная , представлена ниже.
[4] одной из которых является кольцевая схема управления движением
[5] А также соответствующего способа рассмотрения (видения) биологической реальности
[6] В подготовке и реализации проекта участвовали , , .
[7] Полное описание всех трех проектов и хода их реализации потребовало бы написания не статьи, а толстой книги, поэтому здесь мы постараемся перечислить только основные идеи и этапы реализации каждого проекта. Расхождения между замыслом и реализацией будут обсуждаться только там, где они существенны и интересны.
[8] В разработке этого и следующего проекта участвовали и Е. В..Чудинова
[9] которая к этому времени была изучена детьми
[10] Слова «рецептор» и «эффектор» (с пояснением их значений) предлагает учитель, после многообразных попыток детей назвать эти функции своими словами. За центральным элементом схемы закрепляются детские названия (разные в классах «А» и «Б»).
[11] Построение учебной модели делает учеников более самостоятельными в познании и более инициативными, позволяя, в частности, «забегать вперёд» в изучении нового материала, задавая множество осмысленных вопросов. Здесь приводится несколько вопросов из большого списка.
[12] Подробные конспекты уроков можно посмотреть на сайте www. *****
[13] см. конспекты начала 8 класса на www. *****
[14] Термин «перефункционализация» введен для обозначения изменения функции схемы (модели) для действующего субъекта: схема в функции объекта построения приобретает функцию орудия мышления и действия.
[15] акцентирует при этом требование одновременности отображения (выступление на семинаре по моделированию, 2007).
[16] соответствующих задачам современного образования
