CC BY
306
Моделирование в реализации когнитивного обучения
Марина Владимировна Ядровская к. ф.-м. н., доцент кафедры «Информационные технологии» Донской государственный технический университет, пл. Гагарина, 1, г. Ростов-на-Дону, (863)2340458 [email protected]
Аннотация
В статье предлагается ряд частнометодических принципов, которые могут быть включены в систему когнитивного обучения. Применение этих принципов предполагает построение такой учебной деятельности, в которой широко используются дидактические функции моделирования, учитываются индивидуальные познавательные способности и принимаются во внимание основные компоненты психической сферы личности обучающихся (мышление, память, внимание, мотивация).
In clause a number of particular metodical principles is offered, which can be included in system of cognitive training. Usage of these principles assumes construction of such educational activity, in which are widely used didactical functions of modeling, individual cognitive abilities are considered and basic components of mental sphere of the person of the trainees (thinking, memory, attention, motivation) are considered.
Ключевые слова
когнитивное обучение, когнитивная психология, система когнитивного обучения, модель, моделирование, информационная модель, учебные действия моделирования, интеллект, ментальные структуры, память, внимание, мотивация;
cognitive training, cognitive psychology, system of cognitive training, model, modeling, information model, educational actions of modeling, intelligence, mental structures, memory, attention, motivation.
Введение
Когнитивное обучение - это обучение, опирающееся на принципы сознательности и активности обучения и состоящее в развитии мыслительных способностей, интеллекта обучающихся. Как отмечают Э. Лоарер и М. Юто «теоретические основы когнитивного обучения развиты слабо» [1]. Когнитивное обучение одни авторы связывают с использованием когнитивных методов обучения, другие - с формированием специальной системы обучения.
Когнитивные методы обучения обусловлены различными психологическими концепциями, их появление имеет практическую направленность. Все методы имеют общие признаки: «завышают значимость процедур и стратегий по сравнению с знаниями», большее значение уделяют когнитивным факторам по сравнению с аффективными и мотивационными, «отводят большую роль метапознанию и
процессам социального опосредования» [1]. Иначе говоря, в центре когнитивных методов обучения находится развитие обучающегося, осуществляемое в деятельности, формирование у него метазнаний, которые «должны обеспечить субъекта общими стратегиями, которые позволили бы ему правильно направлять свою когнитивную деятельность и тем самым делать ее более эффективной» [1].
Л.В. Ахметова отмечает, что когнитивное обучение - «не совокупность различных приемов, способов обучения, а динамическая система, в основе которой модель биопсихосоциальной организации индивида». Такая система должна быть направлена не только на «развитие рефлексивной деятельности учащихся и на формирование интеллектуальных навыков, необходимых для решения учебных задач», но и на «сенсорно-перцептивные каналы различной модальности, а также чувственно-интуитивные способы получения новых знаний» [2]. Выстраивание и применение на практике такой системы когнитивного обучения мы относим к образовательным инновациям, направленным на развитие обучающихся, которое подготавливает их к осмысленному, эффективному приобретению знаний, умений и навыков для формирования компетенций, способных помочь им адаптироваться в будущей профессиональной деятельности. Мы предлагаем ряд частнометодических принципов, которые могут быть включены в систему когнитивного обучения: уделять особое внимание моделированию учебного материала; систематически использовать модели для представления учебного содержания с явным указанием на этапы их построения и исследования; применять учебные действия моделирования в учебной деятельности с целью формирования и развития мыслительных способностей; обучать моделированию в контексте решения профессионально ориентированных учебных задач; учитывать индивидуальные познавательные способности и принимать во внимание основные компоненты психической сферы личности обучающегося (мышление, память, внимание, мотивацию) при проектировании учебного процесса.
Рассмотрим основания, позволяющие отнести эти принципы к когнитивному обучению. Система когнитивного обучения должна быть направлена, в первую очередь, на развитие мышления. Р. Стернберг предложил изучать мышление с трех точек зрения: компонентной, опытной, контекстуальной [1]. Согласно компонентной точке зрения «интеллект заключается в использовании элементарных операций и компонентов (кодировании стимуляции, установления связи между двумя информациями...), а также стратегий или метакомпонентов (выбор способа кодирования информации, отдельная последовательность операций)» [1]. Дж. Брунер связывал развитие с овладением ребенком тремя сферами представлений и способами познания - действием, образом, символом. Соответственно этому аспекту представление учебного содержания с помощью модельного подхода, систематическое выполнение осознанных действий моделирования при решении учебных задач, обучение моделированию как методу познания будет помогать развитию мышления. Согласно контекстуальной точке зрения, интеллект - это «способность сразу представлять социально приемлемые и адаптированные к культурному контексту ответы» [1]. Формирование таких способностей, на наш взгляд, может быть обусловлено решением в учебной деятельности профессионально направленных задач с помощью моделирования. Дж. Брунер «определяет развитие, как «процесс содействия и сотрудничества между ребенком и взрослым», в котором взрослый выступает в роли представителя культуры» [1]. Заметим, что обучение -это взаимодействие обучающегося не только с физическим и социальным миром, это процесс, в который включен посредник, обучающий, который должен помогать, «направлять умственную деятельность субъекта и способствовать освоению материала» [1]. С учетом увеличивающегося количества накопленных человечеством знаний и необходимости их прочного усвоения это направление становится особо актуальным, поэтому в качестве линии когнитивного обучения мы рассматриваем
подготовку учебного материала с учетом психических процессов личности обучающегося. Эта линия особое значение имеет для налаживания педагогического взаимодействия.
Постановка задачи
Как известно, процесс обучения включает два компонента - преподавание и учение. Анализируя эти процессы с использованием информационного подхода, отметим, что в их основе находятся информационные процессы представления, передачи и получения информации. Представление информации будем понимать как результат процесса формализации учебной информации, т.е. изображение учебной информации с помощью различных информационных моделей, которое осуществляет обучающий. Представление взаимосвязано с передачей учебной информации, которая определяется особенностями используемых приемов, форм, методов, средств и технологий обучения. Процесс подготовки учебной информации можно назвать моделированием учебного материала, так как подготовка учебной информации относится к этапу моделирования проектировочной деятельности педагога; в процессе подготовки учебной информации используются основные приемы, логические операции, практические действия моделирования как метода познания, в результате которого строятся разнообразные модели, представляющие научное знание в учебной дисциплине. Моделирование учебного материала Л.М. Фридман относит к важному учебному средству [3]. Процесс получения и обработки обучающимся информации обусловливается ее восприятием, интерпретацией, пониманием, запоминанием, т.е. является «сложным психическим процессом, определяемым различными видами ассоциаций, которые выступают как механизм запоминания и воспроизведения» [4]. Эти процессы определяются мотивацией, вниманием, памятью, работой мышления обучающегося, на которые влияет специфика представления учебного материала и, в первую очередь, подготовка учебного материала с учетом индивидуальных особенностей восприятия и переработки информации, исследуемых когнитивной психологией. Когнитивная психология «изучает то, как люди получают информацию о мире, как эта информация представляется человеком, как она хранится в памяти и преобразуется в знания и как эти знания влияют на наше внимание и поведение» [5].
Проанализируем, как предлагаемые принципы обучения соотносятся с представлениями когнитивной психологии.
Мышление
Мышление и интеллект. Психический процесс формирования знаний, в первую очередь, определяется процессами ощущения, восприятия и мышления. «Ощущение
- простейший, элементарный психический познавательный процесс, в ходе которого происходит отражение отдельных свойств, качеств, сторон действительности.» [6]. «Восприятие - более сложный по сравнению с ощущением психический познавательный процесс. Это целостное отражение предметов и явлений, непосредственно воздействующих на органы чувств человека» [6]. «Мышление представляет собой психический познавательный процесс, в ходе которого на основе ранее накопленных знаний и опыта при выполнении ряда мыслительных операций происходит формирование нового знания, скрытого от непосредственного чувственного восприятия и выражаемого с помощью слова, речи, языка [6]. Особое значение мышления состоит в том, что «мышление позволяет человеку освободиться от непосредственной связи с изучаемым предметом, оперировать умственными моделями предметов - понятиями (например, понятиями геометрической точки,
прямой и т.д.) как действительными предметами, при помощи сопоставления понятий приобретать новые знания о предметах, делать умозаключения. Прогресс теоретического познания неразрывно связан с образованием все более и более глубоких абстракций, с осмысливанием связей между ними, с применением их к решению практических задач» [7]. Таким образом, благодаря мыслительным операциям человек способен создавать мысленную модель познаваемого объекта, которая является ориентировочной основой мысленных действий познания, позволяющих сформировать систему хорошо организованных ментальных структур. «Наличие хорошо организованных ментальных структур превращает индивидуальный интеллект в своего рода безразмерную губку, готовую впитывать любую информацию, что, конечно же, существенно расширяет возможности человека к комбинированию, трансформации и порождению идей» [8].
Таким образом, интеллект является как предпосылкой, так и результатом эффективного обучения. «Интеллект по своему онтологическому статусу - это особая форма организации индивидуального ментального (умственного) опыта в виде наличных ментальных структур, порождаемого ими ментального пространства отражения и строящихся в рамках этого пространства ментальных репрезентаций происходящего» [8]. Важнейшая задача обучения состоит в формировании и развитии интеллекта. Мы отмечаем необходимость целенаправленного развития интеллекта за счет повышения продуктивности интеллектуальной деятельности обучающихся, обусловленной применением модельного подхода к изучению учебного содержания.
Моделирование и мышление. Моделирование - многозначное понятие, Можно сказать, что моделирование - область знаний, занимающаяся построением и изучением моделей; процесс замены объекта, явления, процесса его подходящей копией - моделью; метод изучения объекта, основанный на построении и исследовании модели этого объекта с последующим переносом полученных знаний на сам объект. В зависимости от средств, используемых для представления объекта (процесса, явления) моделью, моделирование можно классифицировать на мысленное, натурное, информационное. Мысленное моделирование является естественной, эволюционно сформированной способностью человека. Натурное и информационное моделирование относятся к средствам познания, которыми оперирует человек как социальное существо. Эти виды моделирования связаны с выбором средств фиксации мысленных моделей посредством моделей другого вида -натурных и знаковых. Поэтому моделирование как метод или процедура познания состоит, прежде всего, в выполнении мыслительных операций познания и способствует развитию мышления обучающегося.
Значение учебных действий моделирования для развития мышления. В качестве средств обучения и ориентировочной основы учебных действий используют модели и соответственно применяют учебные действия моделирования. К действиям моделирования относят «оперирование сущностными характеристиками замещаемого объекта, зафиксированными в какой-либо форме (знаковой, образной) с целью получения новой информации об этом объекте» [9]. Учитывая то, что моделирование включено в содержание обучения и как метод познания начинается с построения мысленного образа, к учебным действиям моделирования мы относим: логические операции познания (сравнение, классификация, систематизация, обобщение, конкретизация, построение умозаключений, идеализация (построение абстракций)); приемы моделирования (наблюдение, анализ, синтез, аналогия, построение гипотез, формализация); практические действия моделирования (построение модели, оперирование с моделью (вычитание, сложение, дополнение -работа с элементами модели, перестраивание и видоизменение модели), реализация модели, экспериментирование, интерпретация, верификация, замена модели).
Умения выполнять логические операции познания позволят строить «правильные» мысленные образы и опираться на них в познании. М.А. Холодная отмечает, что «образы - это помощники мысли, облегчающие понимание новых сложных понятий и поэтому полезно научиться думать с помощью образов» [8]. «Э. Гуссерль говорил об «эйдосах» - особых субъективных состояниях, представленных в индивидуальном сознании в виде «предметных структур» и позволяющих мысленно увидеть сущность того или другого понятия. Это могут быть «эйдосы» класса физических объектов (дом, стол, дерево), абстрактных понятий (фигура, число), чувственных категорий (громкость, цветность). По сути дела, «эйдосы» - это интуитивные визуальные схемы, в которых отображены инварианты чувственно-конкретного и предметно-смыслового опыта человека и которые далеко не всегда могут быть выражены в терминах словесных описаний» [8]. Мысленные образы являются основой для создания натурных и информационных моделей. Знания и умения применять метод моделирования позволят сформировать четкие и осознанные алгоритмы построения образов, метаумения, позволяющие управлять процессами мыслительной деятельности, конструирования способов действий, а учебную деятельность сделать более продуктивной. «Знаковое фиксирование процесса решения любой задачи в принципе всегда материально воспроизводит (моделирует) умственные действия» [10]. Применение метода моделирования к решению задач предметного содержания будет способствовать рефлексии учебных действий, выполняемых поэтапно, фиксации общего алгоритма решения и применения мыслительных операций, формированию навыков самоконтроля за деятельностью. Например, мы используем модельный подход к проведению практических занятий по информатике. Суть модельного подхода состоит в том, что обучение информационным технологиям мы осуществляется в процессе построения или исследования информационных моделей, к которым сводится решение задач предметной области. Такой подход нацелен на формирование у современных специалистов одновременно профессиональных, информационных компетенций и методологических знаний моделирования.
Использование учебных действий моделирования и освоение моделирования как метода познания в процессе учебной деятельности предполагает выполнение работы по преобразованию моделей. Работа по преобразованию мысленных моделей в информационные и информационных в мысленные направлена на овладение обучающимися способами кодирования информации, создание у них когнитивных схем и развитие семантических структур. «Преобразование учебной информации путем смены модели представляет собой в высшей степени эффективный прием, активизирующий и направляющий мышление учащегося. При этом сам процесс мышления в большой мере поддается внешнему контролю и самоконтролю» [10]. Информационное моделирование как средство оптимизации представления знаний. Так как «основная нагрузка познавательной деятельности переместилась в сферу переработки информации об объектах предметной области, накопленной за долгую историю развития науки, особое значение в обучении приобретают информационные модели для представления учебной информации и процесс моделирования учебного материала как процедура подготовки этого представления. Они позволяют: изобразить объект изучения; организовать эффективное
педагогическое взаимодействие субъектов обучения на основе выбора подходящей с точки зрения усвоения знаний информационной модели; внести в обучение деятельностную наглядность (модель - средство обучения, модель -ориентировочная основа действий, моделирование - учебное действие). Эффективность использования информационных моделей увеличивается, если при их проектировании учитываются личностные особенности восприятия, профессиональная специфика обучающихся и наличие у обучающихся знаний и умений моделирования, позволяющие им при объяснении выполнять учебные
действия моделирования вместе с педагогом. Это способствует формированию у них прочных, глубоких предметных и надпредметных знаний.
Среди информационных моделей можно выделить модели, которые «обеспечивают более высокую скорость понимания» учебной информации, так как «позволяют задействовать огромные резервы производительности человеческого мозга, связанные с его способностью к скоростной обработке больших массивов симультанно воспринимаемой информации» [11]. Согласно исследованиям В.Д. Паронджанова симультанное восприятие осуществляется периферийным зрением, используется при восприятии схем, чертежей, карт, рисунков, графиков и т.д. и протекает быстро. В.Д. Паронджанов призывает к симультанизации учебного процесса. «Симультанизация — увеличение скорости работы мозга при переходе от медленного сукцессивного восприятия текста к быстрому симультанному восприятию схем, чертежей и других изображений» [11]. Мы используем следующую форму реализации такого подхода при обучении CorelDraw и Macromedia Flash. Вместо традиционных методических указаний мы предлагаем особым образом оформленные учебные задания для лабораторных работ. Они представляются в следующей форме: заголовок, обозначающий отрабатываемое учебное действие; текстовая формулировка задания; пооперационный алгоритм реализации задания, оформленный в виде таблице из двух столбцов. В ячейках левого столбца в текстовой форме перечислены номер операции, назначение операции и пояснения к ее выполнению (пункты меню, которые надо выбрать; пиктограммы применяемых инструментов; значения свойств объектов, которые надо задать и др.), в соответствующих ячейках правого столбца в виде изображений находятся результаты выполняемых операций (часто, созданные разными студентами). Это позволяет обучающимся концентрировать свое внимание на выполнении операций, контролировать их выполнение, формировать и реализовывать индивидуальный образ и удерживать в памяти название отрабатываемого учебного действия. При выполнении заданий можно получить оперативную помощь преподавателя и студентов, которые справились с заданием. Такой подход особенно эффективен для студентов старших курсов обучения. Он организует, активизирует, развивает, одновременно нацелен на самостоятельную работу и сотрудничество.
Анализируя феномен схем, В.М. Розин отмечает, что не ясно, чем являются схемы в познавательном отношении. «Схемы — это не знания, хотя могут быть использованы для получения знаний (но каких?). Схемы сами по себе не являются объектами, однако часто задают объекты... Схемы - это и не понятия, хотя нередко именно со схем начинается жизнь понятий. Без схем современное мышление не могло бы состояться, но после того, как оно «встает на ноги», часто исследователи вполне успешно могут обходиться без схем» [12]. М. В. Гамезо, И. А. Домашенко рассматривают схематизацию в виде способа представления, направленного на углубление и уплотнение учебной информации. Они отмечают, что «дело не в самой форме, а в процессе мыслительной деятельности, совершаемой при построении этой своеобразной модели и ее чтении (декодировании). В дальнейшем сама форма, как знак или модель, может выступать в качестве материальной основы (формы) психического образа — сжатого, лаконичного и в то же время содержательного» [10]. В качестве схематизированных форм выражения учебной информации М.В. Гамезо, И. А. Домашенко предлагают использовать: схемы, отображающие динамику, процесс; схемы этапов различных процессов; символы; таблицы, формулы и графики; графические иллюстрации; художественные иллюстрации, предназначенные для конкретизации понятий; фотографии и репродукции картин. Такому способу они противопоставляют текстовое представление информации, которому «мешает линейная растянутость построения текстовой информации, существенно отличающаяся от «объемной», как бы мозаичной структуры мысли»
[10]. По словам В.Д. Паронджанова «при чтении текста отключается большая часть периферийного зрения, что обрекает читателей на частичную «слепоту». Тем самым из работы выключается значительная часть человеческого мозга» [11].
Информационные модели связаны также с проблемой визуализации знаний. В.Д. Паронджанов отмечает, что «процесс визуализации знаний, использование графики в образовании носит преимущественно эмпирический, стихийный характер. Существующая графика не опирается на добротную научную основу, что ощутимо снижает ее эффективность» [11]. М.А. Чошанов подчеркивает, что «проблема визуализации является ключевой составной частью более общей проблемы представления знаний, которая в американской педагогике и методике преподавания математики рассматривается на уровне взаимосвязи трех моделей представления знаний:конкретно-практической;визуально-пространственной;абстрактно-символической» (Дж. Брунер) [13]. Визуально-пространственная модель знаний непосредственно связана с процессом восприятия. «Восприятие описывается в виде процесса решения непосредственно чувственной (зрительной, акустической и т. п.) задачи, завершающегося построением образа действительности (Брунер, 1977; Грегори, 1972; Rock, 1983). Этот процесс имеет циклический характер и состоит из трех этапов: 1) выдвижения гипотезы (ожидания, прогноза, идеи) о предметном сдержании (с.30) воспринимаемого, 2) сбора информации из окружающей среды и 3) верификации гипотезы путем ее сопоставления с полученной информацией. Процесс восприятия открывается исследователю как поиск субъектом необходимого элемента или отношения действительности, как движение в поле возможного. В реальной жизнедеятельности каждый акт восприятия опирается на более или менее широкий круг гипотез, лишь некоторые из которых получают подтверждение. Гипотезы тесно связаны с прошлым опытом, мотивационными и исполнительными процессами» [14]. Таким образом, не только мыслительная деятельность, но и восприятие, осуществляются по одной и той же схеме, которая зафиксирована в этапах метода моделирования. Эта схема, открыта для понимания в методе моделирования. Ее знание и применение способно помочь обучающимся корректировать и оттачивать мастерство мыслительной деятельности, начиная, с процесса восприятия посредством формирования опыта выполнения необходимых действий. С одной стороны, «.восприятие проявляет себя как процесс решения задачи, причем характеристики перцептивного процесса и наглядно действенного мышления во многом совпадают (Amheim, 1984)» (цитируется по [14]). С другой стороны, «восприятие рассматривается как формирующаяся при жизни система перцептивных действий (Венгер, 1969; Запорожец, 1967; Запорожец, Венгер, Зинченко, Рузская, 1967; Зинченко, 1997; Леонтьев, 1977).. Подобно тому как практическая деятельность человека опосредствуется орудием, перцептивная деятельность опосредствуется общественно выработанной системой эталонов, которые присваиваются индивидом в ходе развития и сенсорного обучения» [14]. Моделирование учебного материала как фактор интеллектуального развития обучающихся. Подчеркнем, что интеллектуальное развитие необходимо осуществлять с учетом «индивидуального своеобразия склада ума (на основе учета индивидуальных познавательных склонностей, предпочитаемых способов познания, избирательности в выборе учебного материала и т.д.)» [8]. С учетом
информационного подхода это положение означает, что выбор средств информационного моделирования необходимо осуществлять с учетом состава и строения ментального опыта обучающегося, его интеллектуальных способностей и индивидуальных познавательных стилей. Следовательно, проектирование учебной деятельности необходимо осуществлять на основе результатов тестирования интеллекта и определения стиля познавательной деятельности обучающихся.
И.К. Коханенко и В.И. Пищик рассматривают термин «стиль обучения», под которым понимают понятие, аккумулирующее «способ восприятия, характер
обработки информации и тип мышления». Они «на основе тестирования и статистических оценок способов обучения вузовской аудитории, включающей и преподавателей» определили, что типичным для этой группы является дивергентный стиль, для 1/3 аудитории характерен приспосабливающийся (аккомодирующий) стиль, ассимилирующий и конвергентный стили характерны для оставшейся части аудитории. Авторы предлагают следующие рекомендации. «Дивергентов» «следует направлять в приобретении умений обобщать, принимать решение, делать выводы о количественных и технических аспектах ситуации». «Приспосабливающимся» «следует рекомендовать строить модели для объяснения явлений, проверять идеи в голове, составлять планы действий». Обучающиеся ассимилирующего стиля «нуждаются в акцентировании внимания на скорости использования полученной информации и снижения его масштабности». Обучающимся конвергентного стиля «следует рекомендовать осознание значимости сбора информации и рассмотрения ее с различных точек зрения» [15].
М.А. Холодная, характеризуя основные аспекты функционирования интеллекта, выделяет «четыре типа интеллектуальных способностей: конвергентные, дивергентные способности (или креативность), обучаемость и познавательные стили» [8]. Конвергентные интеллектуальные способности - свойства интеллекта, характеризующие активность обучающегося, «направленную на поиск единственно правильного (нормативного) результата в соответствии с заданными условиями и требованиями деятельности» [8]. «Дивергентные способности (или креативность) -это способность порождать множество разнообразных оригинальных идей в нерегламентированных условиях деятельности» [8]. «При широкой трактовке обучаемость рассматривается как общая способность к усвоению новых знаний и способов деятельности» [8]. Термин «познавательные стили» обозначает «индивидуальную специфику интеллектуальной деятельности», которую характеризуют с помощью четырех типов «стилевых свойств интеллекта, таких как: стили кодирования информации, когнитивные стили, интеллектуальные стили, эпистемологические стили» [8]. Таким образом, М.А Холодная выделяет следующие индивидуальные познавательные стили обучающихся: стили кодирования информации (словесно-речевой, визуальный, предметно-практический, чувственноэмоциональный); стили переработки информации (импульсивность -рефлективность, аналитичность - синтетичность, полезависимость -поленезависимость и др.); стили постановки и решения проблем (исполнительский и исследовательский); стили познавательного отношения к миру (эмпирикопрактический, теоретико-обобщающий, конструктивно-технический и интуитивнометафорический) [8].
Ориентация в обучении на индивидуальные познавательные склонности и предпочитаемые способы познания обучающихся способствует повышению действенной наглядности, а значит, активизации учебной деятельности. Такая ориентация в учебном процессе опирается на моделирование учебного материала, которое можно рассматривать как фактор развития интеллекта обучающихся. В зависимости от индивидуальных познавательных стилей обучающихся необходимо выбирать стратегию представления учебного материала (линейное, паутинное, гипертекстовое, циклическое, алгоритмизированное, модульное и др.), способы изложения учебной информации (индуктивный, дедуктивный, метод аналогий, концентрический, ступенчатый, исторический и др.), информационные модели для представления содержания, формировать учебные задачи. Подчеркнем, что выбор формы выражения информации должен зависеть не только от личностных особенностей, но и от профиля специализации обучающихся (формула, чертеж, график и др.). Важно также учитывать гендерные и психофизические (форма, цвет представления и др.) особенности усвоения учебного материала.
Понятийные структуры. По мнению исследователей центральную роль в становлении интеллекта играют понятийные структуры. Например, Л.С. Выготский, изучая закономерности умственного развития ребенка, пришел к заключению, «что именно образование понятий является ключом к пониманию процессов психологического (в том числе интеллектуального) развития подростка» (цитируется по [8]). М.А. Холодная отмечает, что «понятийные структуры (концепты), включая в себя все нижележащие уровни когнитивных структур, выступают в качестве «формы интегральной работы интеллекта», а сам концепт выступает как «интеллектообразующая интегративная единица» [8].
Следовательно, необходимо формирование системы значений вводимых понятий, т.е. освоения опыта и алгоритмов формирования понятийного знания. Их обучающиеся могут приобрести благодаря целенаправленному использованию соответствующих алгоритмов при изложении учебного содержания (разъяснять различные определения понятий, рассматривать историю возникновения понятия, устанавливать разнообразные связи между рассматриваемыми понятиями и др.).
Подчеркнем, что наиболее важным является образование, а не усвоение понятий. «С психологической точки зрения образование понятий - это процесс превращения определенных единиц объективно существующего знания в субъективные ментальные структуры, существующие уже «внутри» опыта человека в качестве психических новообразований (Веккер, 1976; Холодная, 1983). Беспокоиться, следовательно, нужно не просто об усвоении понятий, а о выстраивании в ментальном опыте ребенка понятийных психических структур как психологических носителей понятийного знания» [8].
По мнению ученых в памяти понятия систематизированы и структурированы, т.е. имеют особую «семантическую организацию». «В исследованиях семантической памяти доминируют две основные позиции, различающиеся по своей направленности: ассоциативный подход, который сосредоточен на функциональных связях между понятиями и когнитивный подход, который сосредоточен на мысленных структурах, характеризующих отношения между значением и памятью» [5]. Согласно когнитивному подходу при формировании понятий необходимо опираться на использование разнообразных когнитивных структур. С методической точки зрения для построения любого учебного курса важной является разработка словаря понятий и диаграмм связей понятий (мыслительных карт, карт памяти и др.). По мнению М.А. Чошанова «Основная цель применения мыслительных карт — содействовать развитию визуального мышления учащихся, организации мыслительной деятельности и формированию системных представлений об изучаемом материале» [13]. Карты памяти работают не автоматически. Необходимы определенные усилия (использование в презентациях, методических указаниях; требование опоры на карты памяти при ответе на экзаменах и зачетах) для того, чтобы обучающиеся поняли преимущества работы с ними в процессе учения.
Память
С точки зрения формирования объективного знания значение имеют память и трансформация представлений, осуществляемая в процессе дальнейшего когнитивного взаимодействия представления (модели) и познаваемой реальности (объекта).
Виды памяти. Предполагается, что у человека существует два взаимосвязанных вида памяти - кратковременная и долговременная. Кратковременная память невелика по своему объему, но чрезвычайно важна, так как «больше чем какая-либо другая система памяти участвует в первичной обработке стимулов, поступающих из окружения». Кратковременная память связана с постоянной памятью и «поддерживает постоянный контакт со знаниями, которые там хранятся».
«Аналогично, информация и знания, содержащиеся в долговременном хранилище, находятся в постоянном контакте с новой поступающей информацией, которая изменяет и обогащает их содержание» [5].
Подчеркнем особенности сохранения информации в памяти:
• «Объем кратковременной памяти ограничен примерно семью элементами, но плотность или количество информации, приходящееся на каждый элемент, может возрастать при укрупнении единиц информации» [5].
• «Процедуры укрупнения в кратковременной памяти требуют доступа к информации из долговременной памяти»[5].
• «Объем и длительность хранения в долговременной памяти практически неограничены» [5].
• «В кодировании информации, поступающей в кратковременную память,
участвуют как минимум зрительные, акустические и семантические коды. Экспериментальные данные показывают, что зрительное кодирование происходит раньше акустического и семантического». Р. Солсо описывает несколько подходов к способности человека идентифицировать и обрабатывать зрительные паттерны: гештальт-психология, принципы
обработки информации «снизу-вверх» и «сверху-вниз», сравнение с эталоном, подетальный анализ и прототипное сравнение [5].
• «Кодирование в долговременной памяти преимущественно многомерное; оно включает семантические коды, а также коды, основанные на всех сенсорных модальностях. В литературе делается акцент на семантическом кодировании» [5].
С точки зрения оптимального функционирования памяти можно сформулировать следующие принципы моделирования учебного материала. Необходимо не перегружать информацией сообщение; использовать различные формы представления одной и той же информации; в объяснении опираться на визуальные образы, сопровождая их комментариями для подготовки к обработке согласно предполагаемым способам их идентификации; новые ключевые термины записывать, объяснять и повторять.
Обратим внимание на влияние мнемоники на сохранение информации в памяти. «Мнемоника - совокупность приемов, которые облегчают хранение, кодирование и воспроизведение информации из памяти. Способность мнемоники улучшать память объясняется тем, что она помогает организовывать информацию и создает опосредующие связи между элементами, подлежащими запоминанию. Разработано множество мнемонических приемов; среди них есть те, что опираются: на образы и опосредование...; на фонематические характеристики, орфографические характеристики; фонематические подсказки-признаки; образное опосредование; на семантическую организацию» [5].
Основные процессы памяти. Запоминание, сохранение, узнавание и воспроизведение относятся к основным процессам памяти. Запоминание - процесс, направленный на сохранение в памяти полученных впечатлений. Запоминание может быть непроизвольным и произвольным, механическим и осмысленным. Непроизвольное запоминание - это ненамеренное запоминание, которое осуществляется в процессе деятельности. Произвольное запоминание связано с целенаправленным запоминанием и требует от субъектов обучения специальной организации запоминания: представления (модели и действия моделирования) учебного материала обучающим, выстроенное с целью установления обучающимися смысловых связей между новым и старым учебным материалом (осмысленное запоминание), и повторения (механическое запоминание) со стороны обучающегося. Сохранение - процесс активной переработки, систематизации, обобщения учебного материала. Сохранение материала зависит от глубины понимания, т.е. от его осмысливания, значимости для обучающегося, от повторения и наличия
разнообразных знаний, которые необходимы для связывания новых знаний. Главное в учебной деятельности - это понимание обучающимся того, «что он изучает, и того, что с ним происходит в процессе этого изучения. Однако понимание не может быть результатом одномоментных логических действий, оно является следствием состояния ума ребенка, к которому его еще надо подвести за счет соответствующей организации его ментального опыта» [8]. Узнавание - это восстановление материала с опорой на предыдущее его представление. Воспроизведение - восстановление материала, происходящее в процессе реконструкции мыслительной деятельности, осуществленной при запоминании. Таким образом, сохранение и запоминание учебного материала в памяти находятся в прямой зависимости от имеющихся знаний, интеллекта, умения выполнять мыслительные операции и представления учебного материала.
Устройство памяти. Существует несколько гипотез относительно представления информации в памяти. «Согласно гипотезе двойного кодирования информация может кодироваться и храниться в одной из двух или обеих системах -вербальной и образной. Эта позиция подтверждается неврологическими и поведенческими данными» [5]. Концептуально-пропозициональныя гипотеза предполагает, что информация хранится в абстрактном пропозициональном формате, который определяет объекты, события и их отношения. «Радикальная теория образов предполагает, что некоторая информация представлена только в виде образов» [5].
Н.И. Колодина предполагает, что «вся воспринимаемая человеком информация кодируется в сознании одновременно через зрение, слух, обоняние, осязание, пережитые эмоции» и представляется «в сознании индивида в виде единиц знаний», которые она называет мнемо-единицами знаний (МЕЗ). Эти единицы «структурированы в сознании соответственно каналам восприятия» и «постоянно переформировываются, образуя все новые связи между собой». В соответствии с этим Н.И. Колодина предлагает модель сознания как «структурированную совокупность единиц знания». Формирование мыслительных образований в этой модели происходит в результате взаимодействия единиц знания с окружающей действительностью и последующей интеграции мнемо-единиц знания друг с другом, осуществляемой по «законам единой логико-мыслительной базы» [16].
Известный психолог Н.И. Жинкин предложил гипотезу существования в сознании человека универсального предметного кода (УПК). «УПК - язык интеллекта, базовый компонент мышления. Это язык схем, образов, отпечатков реальности (осязательных, обонятельных), кинетических (двигательных) импульсов и т.д. УПК - это язык, на котором происходит первичная запись личностного смысла.» (цитируется по [17].
Экспериментальные исследования познавательных процессов показали наличие особых психических образований-посредников - когнитивных структур, принимающих участие в приеме, преобразовании и хранении информации. Психологами описаны различные типы когнитивных структур. В работе М.А. Холодной перечислен ряд когнитивных структур: когнитивные карты (Tolman, 1932); прототипы (Rosch, 1973; 1978); предвосхищающие схемы (Найссер, 1981); иерархические перцептивные схемы (Palmer, 1977); комплекс схем (Pascual-Leone, 1970; 1987); фреймы (Минский, 1978); сценарии (Шенк, 1980); глубинные семантические и синтаксические универсалии (Osgood, 1980; Хомский, 1972). Когнитивные структуры обеспечивают «активную форму упорядочения вновь поступающей информации (ее идентификацию, хранение, декомпозицию, селекцию по релевантным признакам, предвосхищение изменений и т.п.)» и «отвечают за воспроизведение в сознании познающего субъекта нормальных (типичных) событий» » [8]. Следовательно, в обучении необходимо использовать различные модели для представления знаний - логические, реляционные, семантические сети, продукционные, фреймовые, так как они обеспечивают
представляемым знаниям «структурированность, связность и активность» [18]. Такое представление знаний позволит оптимизировать механизмы запоминания и воспроизведения знаний, т.е. будет способствовать эффективному усвоению новых знаний в процессе обучения. В данном случае речь идет об информационном моделировании как средстве представления содержания обучения, определяющем способ его усвоения. Моделирование здесь выступает в роли кодирования, которое «позволяет придавать информации наиболее рациональную форму, обеспечивающую точность и краткость ее выражения, быстроту передачи и переработки, минимальность объема с необходимой широтой значения» [19]. Следует подчеркнуть важное замечание М. В. Гамезо, И.А. Домашенко о том, что форма выражения учебной информации ««работает» не сама по себе, а лишь как носитель определенного содержания и лишь будучи включенной в познавательную деятельность. Причем эта включенность важна на всех ее этапах - при постановке и принятии учебной задачи, при выполнении учебных действий, при контроле и самоконтроле [10].
Основные модели представления знаний. Семантические сети позволяют представить структуру предметной области в виде ориентированного графа, вершины которого - сущности и понятия предметной области, а дуги указывают на отношения между понятиями. В процессе обучения семантические сети удобно использовать для представления логической структуры учебного материала, отражающей внутренние и внешние связи понятий, гипотез, теорий, выводов. Использование семантических сетей возможно как в начале изучения темы, блока, курса для лучшего понимания изучаемого содержания, так и в конце - в качестве обобщения изученного материала. Кроме того, такой подход может помочь при контроле усвоения учебного материала. В.П. Пустобаев в своей практической работе использует семантические сети и рассматривает несколько подходов к построению и использованию семантических сетей в процессе обучения: для введения начальных теоретических сведений изучаемой темы; для систематизации изученного материала; при повторении пройденного материала (в ответах на вопросы обучающиеся строили семантические сети: элементарные понятия достраивали до более крупных понятий, расположенных на верхнем уровне иерархии) [20].
«Фреймовая модель - частный случай семантической сети» [21]. Фрейм «работает», помогая лучше воспринять новую информацию на основе предшествующего опыта познания. «Фрейм - минимальная структура информации, необходимая для представления знаний в стереотипных классах объектов, явлений, ситуаций, процессов и др. С помощью фреймов можно моделировать знания о самых разнообразных объектах интересующей исследователя предметной области - важно лишь, чтобы эти объекты составляли класс концептуальных (повторяющихся, стереотипных) объектов, процессов и т.п.» » [21]. Фреймы удобно использовать для представления учебных алгоритмов, обобщающих и представляющих общий способ действий при изучении материала.
Внимание
Успешность усвоения знаний зависит от умения сосредоточиться и удерживать во внимании объект изучения. «Внимание - это концентрация мысленных усилий на сенсорных или мысленных событиях». Рассмотрим некоторые факторы внимания, связанные с обработкой информации. «С точки зрения внимания выделяются различные уровни сознания, которым соответствуют «эпизодическая, семантическая и процедурная» системы памяти [5]. Существуют ограничения по объему обрабатываемой информации и избирательность внимания (см. рис.).
Рис. Процесс учения с учетом внимания
Это означает, «что в структуре обработки информации есть «узкое место» [5]. Объем внимания зависит от того, что воспринимается. Объем внимания ограничен, если воспринимаются не связанные между собой предметы. Предметы легко удерживать в поле внимания, если их можно систематизировать или они имеют связь. Чтобы обучающийся мог удерживать внимание на учебном материале, необходима специальная подготовка материала: систематизация, структурирование, отбор содержания, установление связей и отношений в изучаемом материале. Р. Солсо отмечает, что иконическое (зрительное) и эхоническое (слуховое) хранение «позволяют отбирать существенную информацию для дальнейшей обработки, обеспечивая тем самым одно из решений проблемы ограниченной пропускной способности» [5]. Поэтому важно зрительное (с помощью образов) и вербальное управление вниманием в процессе обучения.
«Познание через понимание связано, прежде всего, с сознательным, избирательным вниманием человека, воспринимающего информацию» [22]. Внимание можно распределять. Т.С. Табаченко отмечает, что «задания, которые часто выполняются, почти не требуют внимания. Это называется автоматической обработкой информации. Сложные задания поначалу трудно выполнять, но постоянная практика или выработка алгоритмизированных навыков создают основу для процессуально-когнитивного обучения» [22]. Например, при выполнении заданий лабораторной работы по CorelDraw, мы требуем, чтобы на отдельном листе были последовательно представлены результаты всех операций (необходимо использовать копирование результата предыдущей операции, чтобы выполнить последующую операцию), которые привели к выполнению задания - построению требуемого изображения. Это позволяет повысить осознанность выполняемых операций и осуществить рефлексию учебного действия. Фиксация алгоритма в его целостности - залог его последующего осмысленного применения. В этом убеждают проекты, самостоятельно создаваемые студентами .
Для оптимизации процесса обучения необходимо правильно организовать внимание. Эффективная учебная деятельность должна быть основана на
целесообразном сочетании заданий, требующих различной степени внимания. Более сложная учебная деятельность требует управления со стороны обучающего посредством понятных алгоритмов, составляющих процедурное знание. Необходимо разграничивать процедурное и декларативное знание.
Свойства внимания, с одной стороны, зависят от возраста, специфики учебного предмета, содержания учебного материала, способов активизации познавательной деятельности, мотивации, с другой стороны, моделирование учебного материала способствует его правильной организации и влияет на мотивы обучающихся.
Мотивация
Залогом успешного обучения является мотивация учения. Мотивация -конкретные побуждения, приводящие к активной деятельности. «В плане психологического содержания профессиональная направленность, учебная мотивация, познавательные интересы и т.п. становятся внутренней стороной активности» [23]. В качестве мотивов обучения выступают потребности, интересы, эмоции и др. «...В фундамент новейших исследований природы обработки человеком информации заложены представления о том, что когнитивные модели должны учитывать эмоции, чувства, неаналитические методы обработки образной информации. При этом, как указывает специалист в области искусственного интеллекта В.В. Петров, «первоначальная точка зрения состояла в том, что эмоции мотивации влияют главным образом на глубину обработки информации, не затрагивая при этом механизм представления и использования знаний. Однако сейчас имеются данные, позволяющие утверждать о решающем влиянии эмоций не только на используемые в обработке структуры знаний, но и на сам механизм естественно-логического вывода» [24]. «Под эмоциями (от лат. ешоуег
- волновать) понимают психологические процессы и состояния, связанные с непосредственными переживаниями. Положительные и отрицательные эмоции: радость, восторг, удивление, удовольствие, печаль, гнев, стыд, отвращение, презрение и т.д. - неотделимы от любой человеческой деятельности» [25]. Форма выражения учебной информации влияет на эмоции, которые являются механизмом регуляции мотивационной деятельности. Функциональное значение эмоциональных механизмов заключается в том, что «они участвуют в процессах переключения внимания, выделения главного, с точки зрения текущего момента, направления анализа ситуации» [25].
Заключение
Целенаправленное применение моделирования в обучении, предъявление учебного материала с учетом особенностей психических познавательных процессов личности обучающегося способны оптимально настроить систему обучения на развитие интеллекта и формирование метазнаний. Интеллект и метазнания необходимы обучающемуся для активного и осознанного достраивания старых знаний новыми знаниями, способствующего формированию прочных знаний. Преимущество предлагаемых принципов обучения состоит в формировании концептуального знания. «Концептуальная структура (или концептуальное знание), по мнению Р. Скемпа, является принципиально важным элементом учебно-познавательной деятельности. Усвоение концептуальной структуры обогащает учащихся не только знанием того, что делать и как делать, но и способностью делать это практически, с достаточно высоким уровнем исполнительности».
Концептуальное знание «во многих случаях связано с визуальным представлением знаний» [13]. Модельный подход к изучению учебного содержания позволяет сформировать конструктивную и функциональную структуру учебной деятельности, в которую входят: «1) мотивация; 2) учебные задачи в определенных ситуациях в различной форме заданий; 3) учебные действия; 4) контроль, переходящий в самоконтроль; 5) оценка, переходящая в самооценку» [26]. Учет основных компонентов психической сферы личности обучающегося, а именно, познавательных стилей обучающихся, эмоций, особенностей распределения внимания, устройства памяти и др. позволяет сформировать действенное «визуальное» представление знаний и оптимизировать процесс обучения.
Литература
1. Лоарер Э., Юто М. Когнитивное обучение: история и методы.
URL: http://evgenysavin.ucoz.ru/load/juto_ш_loarer_ш_kognitivnoe_obuchenie_istorija_i_ metody/6-1-0-51 (дата обращения: 30.03.2012)
2. Ахметова Л.В. Методы когнитивного обучения: психолого-дидактический подход. URL: http://www.katpo.tspu.ru/index.php?option=coш_content&view=article&id=65&Iteш id=9 (дата обращения: 30.03.2012).
3. Фридман Л.М. Наглядность и моделирование в обучении. М.: Знание, 1984. - 80 с.
4. Михеев В.И. Моделирование и методы теории измерений в педагогике. М.: Высш. шк., 1987. - 200 с.
5. Солсо Р. Когнитивная психология.. СПб.: Питер, 2002. - 592 с.
6. Сластенин В.А. Педагогика: учеб. пособ. вузов. М.: Академия, 2003. - 576 с.
7. Морозов К.Е. Математическое моделирование в научном познании. М.: Мысль, 1969.
- 212 с.
8. Холодная М.А. Психология интеллекта: парадоксы исследования. иЯЬ:
http://bookz.ru/authors/holodnaa-marina/holodnajama01.html (дата обращения:
30.03.2012)
9. Сапогова Е.Е. Операции моделирования как условие развития воображения у
дошкольников. URL: http://www.voppsy.ru/issues/1993/933/933024.htm (дата
обращения: 30.03.2012).
10. Гамезо М.В, Домашенко И.А. Атлас по психологии. Информационно методическое
пособие по курсу «Психология человека». URL: http://www.klex.ru/7s6 (дата
обращения: 30.03.2012).
11. Паронджанов В.Д. Дракон и симультанное зрительное восприятие иЯЬ: http://foruш.oberoncore.ru/viewtopic.php?f=62&t=989 (дата обращения: 30.03.2012).
12. Розин В.М. Семиотические исследования. М.: ПЕР СЭ; СПб.: Университетская книга, 2001. - 256 с.
13. Чошанов М. А. Инженерия обучающих технологий. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2011.- 239 с.
14. Барабанщиков В. А. Психология восприятия: Организация и развитие перцептивного процесса. М.: КогитоЦентр; Высшая школа психологии, 2006.- 240 с.
15. Коханенко И.К., Пищик В.И. К изучению стилей обучения для научного сервиса в Интернет / Научный сервис в сети Интернет: Труды Всерос. научн. конф. (24-29 сент. 2001г., г.Новороссийск). М.: Изд-во МГУ, 2001. - 243 с.
16. Колодина Н.И. Проблемы понимания и интерпретации художественного текста. Тамбов: Изд-во ТГТУ, 2002. - 183 с.
17. Красных В.В. Основы психолингвистики и коммуникации. Курс лекций. М.: ИТДГК «Гнозис», 2001. - 270 с.
18. Козлов Г.Е., Смирнов Е.И. Наглядное моделирование в обучении математике студентов педагогических вузов. URL: http://vestnik.yspu.org/releases/pedagogika/37_2/ (дата обращения: 17.02.2011).
19. Архангельский С.И. Лекции по научной организации учебного процесса в высшей школе. М.: Высш. шк., 1976. - 200 с.
20. Пустобаев В.П. Теория и технология использования средств формализации для информационного моделирования учебного материала. Дис. ...докт. пед. наук. М., 2000. - 260 с.
21. Уткин В.Б., Балдин К.В. Информационные системы и технологии в экономике. М.: ЮНИТИ - ДАНА, 2003. - 335 с.
22. Табаченко Т.С. Когнитивный подход к обучению в современном лингвистическом образовании. URL: http://rudocs.exdat.com/docs/index-20322.htшl (дата обращения:
30.03.2012)
23. Якунин В.А. Педагогическая психология. СПб.: Изд-во Михайлова В.А., 2000. - 349 с.
24. Агеев В.Н. Семиотика. М.: Изд-во «Веси Мир», 2002. - 256 с.
25. Король В.М. Психология и педагогика. М.: Высш. шк., 2003. - 325 с.
2 6. Столяренко Л.Д. Педагогика. Ростов-на-Дону: Изд-во Феникс, 2003. - 448 с.
