litceysel.ru
добавить свой файл
1
УДК 69:001.89


РАЗВИТИЕ СИСТЕМНОГО МЫШЛЕНИЯ В ОБУЧЕНИИ И ТЕСТИРОВАНИИ



Абовский Н. П., Палагушкин В. И.


«Величие человека в его способности мыслить» Б. Паскаль

«Важнейшая задача цивилизации научить человека мыслить» Т. Эдисон


Современные задачи инновационного развития цивилизации возможно эффективно решать только на основе интеграции, междисциплинарного синтеза знаний, на базе системного подхода (мышления) во взаимосвязи явлений. Системное мышление дает возможность увидеть и понять мир в единстве, в широкой глубокой и образной перспективе. Современное развитие позволяет обучать системному мышлению.

Множество данных не дает знания, пока не выявлены соединяющие их закономерности. Только тогда создается «картина», ключ к моделированию изучаемого явления как генератора творческих решений. Секрет создания целостного образа системы, понимания системы состоит в умении (способности) выделить главные связи, взаимозависимости, определяющие специфические особенности ее жизнедеятельности (функционирования), формирования ее интегральных свойств. Способность раскрыть такой секрет сродни искусству, как и способность создать эффективную систему, нацеленную на желаемое функционирование.

Со времен Декарта (более трех веков тому назад) получил развитие аналитический подход, расчленяющий целое на отдельные части, каждая из которых поддается решению. Но этот мощный метод расчленения лишь тогда приводит к реальным результатам, если учитываются связи между частями и окружающей средой. Этот диалектический принцип делает метод расчленения разновидностью системного подхода. Студенты, изучающие сопротивление материалов, широко используют метод расчленения (РОЗУ), однако не связывают его с философией системного подхода и не применяют его в других областях инженерии.

Важнейшей частью обучения, как известно, является тестирование знаний. При этом тестирование должно рассматриваться как этап обучения, использоваться как обратная связь для его совершенствования (а не только как некоторый контроль). Как и чему учим, то и тестируем. Образование должно давать не простую сумму знаний, но и понимание их сущности, творческое овладение. Поэтому тестирование должно иметь также системный подход, содержать творческую составляющую.


Особое значение имеет обучение системному мышлению для открывающейся подготовки магистров, а также аспирантов. Но на этом пути придется, к сожалению, преодолевать сложившиеся психологические барьеры. В методологии образования Высшей школы они не изучены. Обучению проблемам творческого научного мышления, включая тестирование, должно быть уделено большое внимание и использован опыт обучения.

1. Психологические барьеры на пути обучения системному

мышлению

Современные проблемы инновационного
развития нужно решать на основе
системного творческого мышления


1.1. На практике одним из главных психологических барьеров при обучении студентов является сложившаяся многолетняя привычка традиционной учебы в течение 10-15 лет, основанная на «правильном» обучении. «Правильное» в том смысле, что в основе его лежит изучение и подчинение правилам и нормам и т. п., т. е. тому, что «можно и что нельзя». И эти знания и умения являются проверочными критериями «качественного» обучения (далее тесты, ЕГЭ и т. д.). Этого достаточно для успеваемости и потому не стимулируется развитие творческого мышления. Такой широко распространенный стереотип мышления, не оставляющий места для свободы мысли и поиска, занимает все клетки мозга учащегося и является подчас непреодолимым барьером раскрепощения мышления обучения творчеству.

Известно, что изначально же голова ребенка стремится воспринимать все новое, но традиционное шаблонное обучение вытесняет эти естественные задатки развития. Действительно, если ученика учат решать определенные типы задач, «натаскивают на их решение», то он, конечно, пасует перед нестандартной ситуацией. Он не понимает системы, взаимосвязи элементов, не способен собрать нужную информацию и сформулировать (поставить) задачу. Студенту, которого в обучении «натаскивают» только на знание положений СНиПов, создание и применение нового (которое, естественно, не предусмотрено СНиПом) не представляется возможным. Он не знает эволюции законов развития техники, не владеет системным подходом. В лучшем случае такой студент будет послушным исполнителем, а не мастером – творцом.


Одной из принципиальных причин такого образования является отсутствие (или недостаток) системообразующих курсов и развития системного мышления. Существующее расчленение обучения по узко специализированным кафедрам, преподаватели которых не выходят за их рамки, без целостной системной взаимосвязи создает определенную ограниченность, зашоренность мышления. Необходимо способствовать становлению системообразующих курсов и стимулировать изучение их студентами.

1.2. Психологические аспекты образования имеют две взаимосвязанные стороны. С одной стороны – обучающийся, с другой – преподаватель, учитель. Активность и готовность (желание, заинтересованность, любознательность и т. п.) должны быть заложены в учебно-воспитательном процессе личностью учителя, ученого и человека в их совместной целенаправленной деятельности.

«Учитель как носитель тайного жара» (проф. Космодемьянский А. А.) должен зажечь огонь творческого познания, что возможно лишь в тесном постоянном общении с учеником, нацеленном на совместное дело. Нельзя переоценить важность значения такого общения как при выполнении учебного задания (консультации, приемно-зачетная работа) и особенно в совместной научно-исследовательской работе. Многолетний опыт работы авторов показывает, что длительное общение на кафедре даже с «нерадивыми» студентами способствовало их вовлечению в изобретательскую и другую совместную творческую деятельность вплоть до занятия призовых мест на конкурсах и грамот Министерства. Следует отметить, что исключение из учебной нагрузки преподавателя «часов» на прием учебных заданий в СФУ – это отрицательный фактор также как и повсеместное стремление заменить живое общение студента с преподавателем компьютерной технологией. Надо верно оценивать негативную роль компьютеризации, которая волей неволей насаждает (внедряет) шаблонные методы и не может заменить творческое обучение и развивать творческое мышление. Компьютер и современные программы должны использоваться как некий мощный инструмент, сам же творческий настрой должен создавать человек. Без учета этих особенностей в результате обучения в лучшем случае будет эрудированный специалист, обладающий некоторой суммой знаний, но не умеющий их творчески использовать, знающий «что можно» и «что нельзя», а в ординарном случае – ремесленник, способный тиражировать известные решения.


Большим тормозом в творческом обучении является сверхузкая специализация, а подчас и низкий уровень ряда преподавателей, не привыкших к системному осмыслению, что порождает зашоренность учеников. К сожалению, критерием оценки качества провозглашают наличие репродуктивных знаний, т. е. способность воспроизвести прочитанное, а не понимание и владение знаниями для творческой деятельности. Борясь с этим, в ряде вузов открывают элитные группы, создавая творческую атмосферу для студентов и преподавателей. Этого в СФУ еще нет.

2. О системном алгоритме творческого мышления

Усложнение методов обучения творчеству является определенным препятствием для его освоения. Так, например, в переизданном учебном пособии, рекомендованным Минобразованием, предлагается алгоритм творческого поиска, содержащий последовательность действий из 80 пунктов. Обучаемый не может удержать их в голове и теряет самостоятельность. В других пособиях содержатся рекомендации описательного характера процесса вместо активного овладения искусством творческого мышления. Отметим, что мощная диалектика методологии системного подхода во многих учебных пособиях даже не используется.

Новоявленные деятели конца XX века, стремясь выкорчевать идеи марксизма-ленинизма, выбросили за борт из образовательных программ и диалектику Гегеля, пренебрегая целостностью и взаимосвязью явлений. Без этого понимания системное мышление и современное инновационное развитие невозможно.

Отметим, что разработанный и применяющийся на кафедре строительной механики и управления конструкциями ИГУРЭ СФУ более 20 лет алгоритм творческого мышления отличается ясностью и способностью для активного овладения, имеет четкую простую логику, не требующую специального запоминания [1]. Речь идет о рациональном творчестве, которое используется в научной, изобретательской, инженерной, педагогической и другой поисковой деятельности.

Предложено следующее определение [1, 2]:


Рациональное творчество – это активный, целеустремлённый созидательный многоцикловый процесс поиска и достижения нового эффективного (результата) решения определённой проблемы, базирующийся на концепции (взаимоувязанной триаде):

системный (функционально-структурный) подход,

законы развития и функционирования систем,

многообразные методы принятия решений.

Данная формулировка творчества обладает полнотой и имеет активную сознательную действенную направленность, которая позволила использовать её не только в научной и практической деятельности автора, но и в учебном образовательном процессе для студентов, естественно, с развитым методическим обеспечением и конкретизацией [1-7]. Разработан системный алгоритм творческого мышления, основанный на триаде: системный подход -законы развития – методы принятия решений, который представляет эволюционную интеллектуальную систему.

2.1. Сущность системного алгоритма творчества (рис. 1)

Активная творческая деятельность базируется на системном подходе, на закономерностях функционирования и эволюции систем и на многообразных методах принятия решения [1, 2].

● Целью творческого (рационального) мышления является поиск (принятие) решения некоторой проблемы, рожденной определенной потребностью, в соответствии с действующими закономерностями и условиями развития данной системы, ориентированной на достижение желаемой цели.

● Прежде всего, необходимо определить систему, в рамках которой возможно решение данной проблемы. Выбор такой системы является важнейшим ключевым фактором. Ее выбор обычно осуществляется на интуитивном уровне, на некотором видении (догадке), и не поддается, как правило, формализации. Во многих задачах выбор системы содержится в наборе необходимых данных, в постановке задачи. Понятно, что неудачно или неверно выбранная система не позволит получить рациональное решение.


При построении системы необходимо убедиться в том, что она содержит полный (целостный) набор функциональных элементов, что связи между этими элементами таковы и так расставлены, что обеспечивается функционирование в направлении желаемого результата (цели). Отсутствие (или нарушение) хотя бы одного из этих трех факторов (полного набора элементов, правильной расстановки связей для возможного достижения цели) делает систему неполноценной, а решение проблемы невозможной (нерациональной).

Таким образом, под системой понимаем полный (целостный) набор функциональных элементов, связанных между собой так, что возможно достижение желаемой цели.

Обратим внимание, что здесь рассуждения ведутся на функциональном (а не на структурном) уровне элементов и связей. Такой функционально-структурный подход закладывает априори возможности многовариантного выбора структур, удовлетворяющих данной функциональной системе, т. е. обеспечивает на стадии принятия решения возможность выбора рациональной структуры из набора возможных структур.

Отметим, что формирование системы должно осуществляться в соответствии с объективными закономерностями развития (эволюции) систем подобного типа. Например, для технической системы – это переход от ручной к механизированной, затем к автоматизированным технологиям с использованием более совершенных материалов и источников энергии и т. п.

● Выбранная система подвергается выявлению и анализу внутренних закономерностей функционирования системы и связей ее с внешней средой с целью выявления противоречий (трудностей). Необходимо выявить глав




Рис. 1. Алгоритм творческого процесса


ные наиболее существенные противоречия, затрудняющие успешное функционирование данной системы.

● Поиск путей и средств преодоления выявленных противоречий – важнейший этап мышления. Для технических систем здесь используются известные фонды физических эффектов, а также новые достижения науки и техники. Не исключено, что на этом этапе возможно придется внести изменения в исходную систему (например, расширить ее путем введения дополнительных элементов), а затем повторить этапы 1 и 2.


● Опираясь на принятый вариант преодоления противоречий, можно приступить к формированию структуры, выбору ее лучшего варианта из многообразия возможных. Здесь целесообразно использовать известные различные методы принятия решений (мозговой штурм и др.). Заметим, что некоторые из этих методов могли быть использованы и на предыдущих этапах алгоритма, например для выбора системы.

● Оценка принятого решения завершает цикл творческого поиска. Необходимо не только оценить эффективность принятого решения, но и рассмотреть те проблемы, которые возникают после реализации данного решения. Известно, что решение одних проблем, порождает новые. Процесс заканчивается, если желаемое достигнуто. Если же нет, то необходимо вернуться к этапу 1, внести изменения (часто дополнения) в исходную систему и повторить процесс на новом витке поиска.

Схема данного алгоритма приведена на рис. 1.

Некоторые практические рекомендации пользователям данной триады творчества:

♦ исходя из выявления и определения потребности, cформулировать проблему, затем подбирать и создавать соответствующую систему на основе функционально-структурного подхода;

♦ при выборе (поиске) системы, охватывающей проблемную ситуацию, отдавать предпочтение сначала функциональному уровню (т. е. сначала определять функциональный состав – целостность системы), а затем определить многообразие ее структурных форм, обеспечивающих возможность ее оптимизации (или, по меньшей мере, перебор вариантов);

♦ при выборе системы целесообразно заранее определить возможные переменные параметры, управление которыми позволит достичь желаемого решения; какие из неизменяемых параметров можно перевести в разряд переменных (управляемых)?

♦ искать и находить закономерности и взаимосвязи явлений и частей в данной системе;

♦ вскрыть противоречия в функционировании и развитии систем;

♦ для преодоления данных противоречий находить и использовать условия их единства (может быть компромисса) противоречий. (Помня о борьбе противоположностей, не забывать об их единстве);



♦ понимать и сопоставлять решения с закономерностями и тенденциями развития техники;

♦ переходить от изолированных друг от друга антропогенных элементов и внешней среды к системам САУ, к развитию интеллектуальных систем. Создание САУ – пример активной реализации творческого системного подхода. Перерастание отдельных явлений и частей в САУ – закономерность развития систем;

♦ определить источник энергии, необходимый для функционирования (управления) системы. В качестве источника энергии может быть использование части энергии внешнего воздействия на систему или возможное перераспределение внутренней энергии системы между ее элементами;

♦ используя многообразные методы принятия решения, нельзя забывать о важности и необходимости оценки последствий принятого решения;

♦ цикличность творческого процесса позволяет вернуться к новому витку, если решение неудовлетворительно.

Действенность алгоритма творческого мышления доказана временем и достигнутыми успехами в учебном процессе, в изобретательской и научно-исследовательской деятельности. На его основе построен научно – образовательный комплекс «Управляемые конструкции и системы», изданы учебные пособия, патенты, обучено несколько тысяч студентов [1-7].

2.2. Альтернатива традиционному обучению решения кем-то поставленных учебных задач

Системный подход позволяет по-новому подходить к методологии обучения, альтернативной традиционной.

Вместо распространенного обучения умению решать различные типы задач нужно изучать и анализировать определенные системы и подсистемы, уметь определять в них зависимые (переменные) и независимые (постоянные) параметры и связи между ними и, наконец, добывать для этого необходимую информацию. Развитие такого уровня мышления позволяет не только решать, но и ставить задачи в зависимости от того, что известно и что требуется определить, анализировать, возможно ли решение, единственно ли оно и т. д., а также переходить к другой (расширенной) более общей системе, в которой больше возможностей получения более выгодных (рациональных) решений. Такой альтернативный традиционному обучению подход имеет ряд преимуществ, способствует творческому обучению [2]. Отметим, что системный подход способствует применению новых технологий.


Известно, что примеры учат не меньше, чем теоремы. Полный наборпримеров (паттерн) используется сейчас для развития и применения нейросетевой технологии, в том числе нейропрогнозирования [9].

3. О системном тестировании знаний

Тестирование как часть процесса
обучения должно способствовать
развитию системного мышления


Известно, что традиционное тестирование знаний не оценивает логику испытуемого и скорее похоже на «угадайку».

Бессистемность тестов, отсутствие логики и полноты охвата проблемы, уравнительный подход без стимулов стремления к лучшему знанию – все эти черты традиционного тестирования развивают шаблонное мышление. Развитие тестирования должно стремиться к проверке понимания знаний (а не их формальному набору), в том числе развитию логики мышления и в какой-то мере восполнить человеческое общение с учителем. Понимая всю сложность проблемы тестирования, в данной статье обращается внимание на одну из возможностей более качественного тестирования на основе системного подхода, прежде всего к определению понятий и синтезирующихся на их основе знаний, которые лежат в основе творческого мышления и обучения.

3.1. Тестирование понятий. Системный подход к определению

понятий

Ниже предлагается целостный подход к определению понятий в виде своеобразной формулы. Понятие рассматривается как некоторая система, в которой целостный набор элементов выполняют ключевые слова, выражающие общие и специфические признаки данного понятия, а связи между ключевыми словами расставлены так, чтобы достигалось указанное желаемое назначение данного понятия (рис. 2).




Рис. 2.Функционально-структурная схема «понятий»

Таким образом, активное (не описательно пассивное) определение ''понятия'' полностью (укладывается) определяется как некоторая система.


Без глубокого смыслового осознания нельзя системно определить: содержательно то или иное понятие и его предназначение (цель). С другой стороны, смысловому содержанию понятия требуется придать соответствующую содержанию форму (или, в некоторых случаях, формы), которая выражается через полный набор ключевых слов, связанных между собой так, чтобы распознавалась цель. В этом конкретность знания. Ключевые слова представляют собой некоторые подсистемы, из которых состоит данная система (понятие). Неполнота набора ключевых слов нарушает целостность системы (понятия). Значит, если студент пропускает одно или несколько ключевых слов или не указывает связи между ними, то он не владеет должным понятием, допускает ошибку.

Набор ключевых слов должен отразить общие и специфические свойства понятия. Обязательно должна быть отражена цель (назначенные понятия). Без этого не может быть достигнута конкретность и однозначность определения. Можно полагать, что, зная цель (функцию) данного понятия, студент сможет логически верно расставить необходимые связи (вспомогательные слова и согласования) между набором ключевых слов.

Тестируемый должен назвать (или выделить) полный набор ключевых слов, уметь расставить связи между ними и указать конечный результат (цель, функцию, назначение). Здесь проявляются не только знания, но и логика мышления. Компьютерная реализация (программа) позволяет осуществлять проверку, давать подсказку, вести в какой-то мере диалог и делать оценки на разных уровнях.

Аналогично данной методике строятся процедуры тестирования (или обучения) для других моделей (устройств, методов, алгоритмов, тематических разделов и областей знаний). По мере накопления опыта система дополняется, совершенствуется, в том числе с учетом ошибочных ответов тестируемых.

3.2. Схема тестирования определенных законов (закономерностей)

Исходим из функционально- структурной схемы (рис. 3).



Фиг. 3. Функционально-структурная схема «законов» (закономерностей)


3.3. Схема тестирования знаний определенных алгоритмов и формул (рис. 4 и 5)




Фиг. 4. Функционально-структурная схема «алгоритма»




Фиг. 5. Функционально-структурная схема «формул»


Целесообразна качественная проверка формулы: указать размерность каждого параметра и их соответствие размерности искомого результата.

3.4. Тестирование знаний по определенной теме (области) должно содержать следующее:

● из чего состоит данная тема как система, ее целостный состав (набор элементов – частей, разделов), их взаимосвязанность и целевая направленность на решение конкретной проблемы;

● актуальность, научное и практическое значение;

● связь с подсистемами;

● основные понятия;

● ''внешние'' законы, которым подчиняются знания по этой теме, и ''внутренние'' законы, которые устанавливаются в данной теме;

● применение, т. е. что достигается в этой теме;

● какие задачи и вопросы возникают для подтем и смежных тем;

● вопросы конкретного умения использования знаний по данной теме и др.

3.5. О подготовительном этапе тестирования

Целью тестирования должна быть не только проверка, но и элементы обучения. Поэтому студентов надо обучать умению тестироваться как способностям аргументировать, доказывать, обосновывать свои знания и понимание, содержащиеся в ответах на вопросы. Если этого не делать, то студенты, выбирая простейший путь, будут просто заучивать правильные ответы на тесты.

Подготовительный этап обучения для тестирования должен включать ознакомление (изучение) структуры тестируемой дисциплины, раскрывающей его содержание.

Например, вариант структуры системного тестирования:


● цель и задачи курса;

● понятийный аппарат и наличие связей между понятиями;

● модель закономерности, гипотезы, ограничения, допущения;

● единицы измерений и их размерности;

● понимание данной темы как системы и ее связь с окружающей средой;

● основные подсистемы (части);

● функционирование, методы;

● основные трудности развития;

● противоречия, внутренние источники развития.

4. Предложения по модификации традиционного тестирования

Чудодейственная сила живого общения
учителя и ученика не должна вытесняться
шаблонной компьютеризацией


Предлагается некоторое дополнение к традиционному компьютерному тестированию (типа выбора одного из предлагаемых вариантов), которое дает студенту определенную свободу мышления и создает стимул для получения более высокого балла.

Схема усовершенствования (дополненного) тестирования состоит из двух частей:

Часть 1 сохраняет существующие тесты, оценка по которым считается минимально необходимой.

Часть 2 является дополнительной к части 1, которой может по-желанию воспользоваться тестируемый. Это не вопрос, а открытая возможность проявить свои знания и понимание по теме части 1. Такой дополнительный ответ может, например, содержать следующее:

● критическую (личностную) оценку содержаний вариантов ответов части 1;

● обоснование (доказательство и т. п.) принятого ответа или показ его неполноценности, неточности и т. п.;

● свое видение (уточнение, опровержение) вопроса;

● пример, иллюстрирующий ответ и т. п. (т.е. различное углубленное понимание) или контрпример, опровергающий предложенные варианты ответа;

● составить достаточно полный набор ключевых слов и терминов по данной теме;

● выразить свое мнение о том, в какой мере поставленный в тестовом задании вопрос вскрывает сущность и глубину темы;


● предложить свою формулировку откорректированного вопроса и свой ответ.

Умение продумать вопрос – это важнейший элемент познания! Приведем пример. Пусть студент должен ответить на следующий тест: элементы, необходимые для управления деформированием и перестройкой конструкций:

а) измерительная аппаратура;

б) актуатор (устройство, реализующее управляющее воздействие);

в) программы управления;

г) оператор автоматизированной системы управления;

д) обратная связь;

е) характеристики материала конструкции.

По существующим правилам тестирования достаточно указать на полный или даже частичный набор предложенных ответов, чтобы получить положительную оценку. Но, увы, этого совершенно недостаточно, чтобы оценить логику и понимание, то есть знание вопроса. Среди предложенных здесь ответов отсутствует важный элемент – наличие управляющего модуля (мозгового центра), без которого управляющая система не может функционировать. Студент может дать дополнительный ответ, содержащий принципиальные замечания о том, что в тесте не содержится то, как элементы связаны или соподчинены между собой. Ведь неправильная расстановка связей приводит к абсурду. Такого рода дополнительный ответ студента показывает понимание проблемы, то есть позволяет более высоко оценить его знания.

Организационно (технически) дополнительный ответ может тестируемым набираться на компьютере и (или) сообщаться учителю в личном общении, отметив специальный признак при тестировании. Имея положительную оценку по обязательному тесту части 1, студент может повысит свой балл в дополнительной части 2. Сохраняется стимул, повышается качество обучения. Отметим одну важную особенность данного предложения: кроме уважительной свободы мысли испытуемого и возможности общения с учителем, данный подход к тестированию позволяет постоянно совершенствовать (эволюционизировать, модернизировать) тесты, накапливая дополнительные мнения (ответы) студентов, которые выступают уже как активные участники процесса обучения.


Внедрение данного предложения, не требуя коренных изменений и затрат, использует уже существующую компьютерную систему тестирования и способствует повышению качества обучения и развитию системного мышления.

Внедрение данного предложения сокращает влияние случайного угадывания ответа, нацеливает на вдумчивый анализ, на умение аргументировать, доказывать, т.е. на проявление способностей, знания и понимания. Такое тестирование способствует формированию творческой личности.

Список литературы



1. Абовский, Н. П. Секреты инженерного творчества. Научиться учиться. /Н.П. Абовский. Красноярск: Сибирский федеральный ун-т; Институт архитектуры и стр-ва, 2007, - 304 с.

2. Абовский, Н. П. Творчество: системный подход – законы развития – принятие решений / Н. П. Абовский. Второе издание, М:. "Синтег ", 1998, –293 с. 

3. Абовский, Н. П. Современные аспекты активного обучения. Строительная механика. Теория упругости. Управляемые конструкции. 3-е издание. /Н. П. Абовский, Л. В. Енджиевский, В. И. Савченков, А. П. Деруга, Н. И. Марчук, Г. А. Стерехова, В. И. Палагушкин , Н. П. Андреев, А. А. Светашков, О. М. Максимова. Красноярск : Сибирский федеральный ун-т. 2009, –407 с.

4. Абовский, Н. П. Чему учат и не учат инженеров. Учить творчеству: научное издание, Красноярск: КрасГАСА, 2006,- 139 с.

5. Абовский, Н. П. Сюрпризы творчества Диалоги и монологи о творчестве, его природе и принципах обучению творчеству» / Н. П. Абовский. Красноярск, КрасГАСА. 2004, – 353 с.

6. Абовский, Н. П. Управляемые конструкции /Н. П. Абовский. Красноярск. 1998, –433 с.

7. Нейроуправляемые конструкции и системы /под ред д.т.н. проф. Абовского Н. П. М. Радиотехника. 2003, –368 с.