Научные проблемы и методы их решений Проблема и классификация проблем

Научные проблемы и методы их решений
Проблема и классификация проблем
Как только начинается деятельность, так возникает противодействие. Развитие систем
есть процесс преодоления противодействий, путем решения противоречий.
Противоречие – это два противоположных требования, предъявляемые к системе в
процессе ее деятельности. Одно требование – функция системы, которую она выполняет,
второе требование – противодействие среды или элементов самой системы, в которой
выполняется эта функция. Противоречие - это структурная основа проблемы. Таким
образом, проблема вообще – это затруднение в деятельности человека, препятствующее
достижению поставленной цели. Речь идет, прежде всего, об информационных
проблемах – недостаток или неточная информация на начало деятельности, отсутствие
какой-либо информации вообще. Кроме информационных проблем возникают
организационные и методологические проблемы. Но обо всем по порядку.
В начале 20-х годов прошлого века, Н.И. Вавилов проводил научные исследования по
иммунитету у растений. Проблема для Советской России была весьма актуальной.
Революция, гражданская война и как следствие разруха в промышленности, голод и
карточная система на фоне постоянных неурожаев, одна из причин которых - регулярное
вымерзание озимых. После длительного анализа возможностей селекционного
повышения иммунитета у культурных растений, Николай Иванович приходит к
неутешительному выводу – возможности повышения иммунитета у имевшихся в то время
в России сортов культурных растений практически исчерпаны. Однако высоким
иммунитетом обладают дикие формы культурных растений. И здесь возникает первая
информационная проблема – где искать дикие формы культурных растений? Каких-либо
научных источников информации с подробным описанием мест локализации диких форм
в то время не было.
Что делает Вавилов? Он идет оригинальным путем, используя в качестве источников
Библейские тексты, исторические хроники и даже мифы и легенды. Составляя
сравнительную таблицу мест размещения диких форм, он использует метод наложения
информации и в конечном итоге выдвигает гипотезу о центрах происхождения культурных
растений. Далее возникают организационные проблемы. Чтобы проверить гипотезу,
необходимо было совершить экспедиции в предполагаемые центры. Нужны, деньги,
оборудование, помощники и многое другое. Николай Иванович решает эти проблемы и
экспедиции состоялись. Гипотеза подтверждена, найдены ареалы обитания, составлены
описания огромного количества диких форм культурных растений, создана первая в
России, и наверное в мире коллекция семян диких форм и наконец создан ВИР –
Всесоюзный институт растениеводства.
Семенной фонд диких форм позволял организовать селекционную практику во всех
регионах страны. Победа казалось близкой, еще немного, еще чуть-чуть и будут созданы
урожайные сорта культурных растений с высоким иммунитетом, прежде всего, к извечной
российской проблеме земледелия – холоду. Но, возникла серьезная методологическая
проблема – а как определить потенциальные возможности селекции злаков? Говоря
простым языком, как определить какие признаки могут быть получены у будущих
гибридов, а какие не будут получены никогда? Ответа не было. Вавилов начинает
составлять сравнительные таблицы признаков злаковых растений, его помощники
трансформируют эту работу на другие растения и животных. В конечном итоге
получается богатейших информационный фонд признаков культурных растений и диких
форм. И опять Николай Иванович выдвигает гипотезу – генетически близкие виды и роды
живых организмов обладают сходными рядами наследственной изменчивости, таким
образом, что признаки, имеющиеся у одних форм, могут быть получены у
близкородственных форм в результате селекции. Позднее, после длительной
селекционной проверки, эта гипотеза будет блестяще подтверждена и будет
2
преобразована в закон гомологических рядов наследственной изменчивости. В селекции
начнется новая эра, новое научное направление – планирование гибридов с заранее
заданными признаками, закон гомологических рядов начнут сравнивать с периодическим
законом химических элементов Д.И. Менделеева, барельеф Вавилова будет украшать
обложку самого престижного генетического журнала Британии.
Таким образом, проблема есть обязательная составляющая любой деятельности. Все
проблемы можно разделить на три большие группы. Информационные проблемы
представляют собой недостаток, неточность или полное отсутствие информации по теме
исследования. Организационные проблемы включают в себя трудности планирования и
проведения деятельности. Методологические проблемы – это трудности выбора,
применения известных методов и создания новых методов деятельности вообще и
научной деятельности в частности.
Решение любой проблемы желательно проводить на трех уровнях: информационном,
организационном, методологическом. Именно по такой схеме проводятся научные
исследования – поиск и анализ научной информации, планирование процесса
исследования, выбор и при необходимости создание новых методов исследования. К
сожалению, многие проблемы науки и обычной жизни решаются с нарушениями этого
триединого подхода, что приводит к серьезным последствиям. Помните, как в конце
восьмидесятых нам сказали, что начинаем перестройку. Однако людям так и не
предоставили конкретной информации о том, что это за зверь такой перестройка,
организация процесса, мягко говоря, была никакая, про методологию вообще лучше не
вспоминать. Результаты нам известны.
Биологические проблемы и их формулирование
Под биологической проблемой понимается любое затруднение в жизнедеятельности
живого организма, сообщества живых организмов, экосистемы любого ранга. В биологии,
как науке, такие проблемы чаще всего именуются особенностями или сложностями
конкурентной борьбы живых организмов и их сообществ с неблагоприятными условиями
среды обитания, внутривидовой и межвидовой форм этой борьбы. Вместе с тем, понятие
«биологическая проблема» в предложенной здесь формулировке не противоречит
теоретическим основаниям биологии и будет нами использоваться исключительно в
целях развития у учащихся биологического мышления.
Биологическая проблема в рамках школьного курса представляет собой творческое
задание или вопрос, на который может быть несколько, или много правильных
предположений или гипотез. Например:
1. Чем могут быть полезны животным и растениям, обитающие в них бактерии?
2. В каких случаях при неблагоприятных условиях не происходит образования спор у
бактерий?
3. Какое значение в жизни леса имеют ядовитые грибы?
4. Почему не замерзают зимой мхи, ведь они накапливают большое количество влаги?
5. Предложите способы защиты рыбы во время сильного размножения водорослей.
Почему в этот период рыба нуждается в защите?
На каждую их этих проблем можно сформулировать несколько логичных гипотез. Одна из
задач биологического образования и заключается в том, чтобы научить учащихся
формулированию как можно большего количества логически правильных и
непротиворечивых гипотез. В настоящее время издано немало пособий и методических
материалов с биологическими проблемами или, как их еще называют задачами по
3
биологии. Наряду с готовыми проблемами учитель может составлять их сам и обучать
составлению учащихся, используя для этого материалы из научно-популярных журналов
и Интернет-сайтов. Очень много полезной для этой работы информации содержится в
журнале «Наука и жизнь». Приведем несколько примеров, заимствованной из N 1 за 2005
год информации.
1. Гигантские черепахи живут в определенных ареалах. Согласно подсчетам Всемирного
фонда охраны дикой природы, ежегодно в эти места приезжают посмотреть на черепах
около 175 тысяч туристов. Доходы от туристов в три раза больше, чем от продажи мяса,
яиц и панцирей черепах.
2. Немецкие ученые обнаружили, что в окрестностях мусоросжигательного завода
построенного в Гессене, повышена в два раза частота рождения близнецов и тройняшек.
Видимо выбросы завода влияют на уровень гормонов у женщин.
3. Французские биологи планируют через пять лет вывести сорт льна, дающий масло, не
боящееся высоких температур. Такое масло можно использовать для автомобильных
двигателей.
Представленная из журнала информация может быть преобразована в проблемы.
Причем на основе одной и той же информации можно составить несколько проблем.
Например, для первой информации можно предложить следующие проблемные вопросы:
1. Достаточно ли этого примера, чтобы утверждать, что охрана природы может быть
прибыльным делом? Почему?
2. Какой вред могут приносить туристы, посещающие места их обитания?
Для второй информации могут быть составлены следующие проблемные вопросы:
1. На основании каких исследований ученые смогли сделать такой вывод?
2. Какие еще причины могут влиять на частоту рождения двойняшек и тройняшек?
Для третьей информации могут быть составлены следующие проблемные вопросы:
1. Какие селекционные операции необходимо провести ученым, чтобы получить такой
сорт льна?
2. Какие технические культуры и почему могут быть перспективными для создания
искусственного топлива для автомобилей?
Подведем некоторые выводы. Биологические проблемы являются одним из важнейших
компонентов содержания школьного курса биологии для развития творческого мышления
учащихся. Составление проблем с использованием информации из научно-популярных
изданий можно рекомендовать как творческие работы учащихся на уроках, так и как
длительные домашние задания. В первом случае учителю необходимо подготовить копии
материалов для составления проблем. Во втором случае необходимо предложить
ученикам список конкретных изданий, имеющихся в школьной или городской библиотеке.
В перспективе, с помощью учащихся, составляются комплекты или сборники
биологических проблем по каждой теме для проведения творческих работ учащихся.
Весьма важным является включение в эти сборники примеров решений таких проблем.
Классификация общих и биологических проблем
4
В настоящее время существуют разнообразные классификации проблем. Один из
возможных вариантов был приведен выше. Проблемы можно разделить на
информационные, организационные и методологические.
Однако, предпочтительней с педагогической точки зрения, выглядит классификация
проблем по группам логических операций (Страхов И.В. Психология творчества. Саратов: Изд-во Саратовского пед.института, 1968. - С.47). В этом случае общие и
биологические проблемы можно разделить на следующие группы:
1. Проблемы комбинирования систем и их элементов.
Выделение элемента или нескольких из системы; сравнение элементов и систем;
систематизация элементов; изменение элементов; введение элементов в систему;
проектирование; классификация элементов и систем; анализ структурно-функциональных
ресурсов системы.
Некоторые примеры проблем первой группы
1. Какие признаки строения и жизнедеятельности динозавров, по вашему мнению,
привели к их массовому вымиранию?
2. Сравните строение и жизнедеятельность рыб и амфибий.
3. Составьте таблицу с описанием строения и функций тканей растений.
4. Какие изменения необходимы в охраняемых территориях для повышения их
устойчивости к пожарам?
2. Проблемы определения причинно-следственных связей.
Определение причин; определение следствий; доказательство; опровержение;
определение закономерности; определение новой функции; определение связей между
элементами системы; прогнозирование.
Некоторые примеры проблем второй группы
1. Почему прививки от инфекционных заболеваний приходится периодически обновлять?
2. К каким последствиям может привести однообразное питание человека?
3. Допустим, вы решили опровергнуть теорию эволюции Ч. Дарвина. Опишите план
вашего исследования с этой целью.
4. В Библии говорится об апокалипсисе – конце нашего мира. Составьте прогноз
экологического апокалипсиса, опишите условия, при которых такое может случиться.
3. Проблемы проведения исследований.
Формулирование проблем; составление плана исследования, плана решения проблемы;
планирование и проведение наблюдений, измерений и экспериментов; анализ и оценка
результатов деятельности, составление экспертного заключения.
Некоторые примеры проблем третьей группы
1. Какие проблемы возникают в жизнедеятельности растений, живущих по берегам рек в
условиях периодического затопления?
5
2. Составьте план решения проблемы моделирования искусственного фотосинтеза.
3. Классическая клеточная теория безнадежно устарела. Однако до сих пор она высоко
оценивается учеными. За что такие почести?
4. Допустим, что вам предложено подготовить экспертное заключение о состоянии
небольшого заказника. Какие данные вам необходимы для подготовки такого заключения.
Предлагаемая классификация необходима для комплексного подхода к развитию
учащихся. Речь идет о подготовке комплектов заданий по каждой группе и их применению
в учебной деятельности. Проблемные задания применяются не только для организации
самостоятельных творческих работ учащихся, но и при изучении нового материала,
повторении и проверке знаний по темам. В идеале, в течение каждой четверти учебного
года используются все перечисленные выше виды заданий по одной или нескольким
темам, в зависимости от объема учебных часов. Это позволяет комплексно развивать
творческое мышление учащихся.
Методы решений биологических проблем
Наиболее распространенными методами решения любых проблем, в том числе и
биологических, являются мозговой штурм и метод контрольных вопросов.
Мозговой штурм - это метод решения проблем путем выдвижения различных гипотез
группой решателей, на основе мысленных ассоциаций. Автор метода американский
ученый А. Осборн. Этот метод дает наибольший результат при групповой работе.
Гипотезы, которые предлагаются в качестве ответов одними решателями, вызывают
ассоциации в сознании других, что приводит к увеличению общего количества и качества
ответов.
Для проведения мозгового штурма, класс делится на группы, после чего учащимся
предлагается решать проблемы по следующему алгоритму.
Алгоритм мозгового штурма
1. Прочтите внимательно условие задачи и предложите все возможные гипотезы в
качестве решений. При выдвижении гипотез запрещается их критика.
2. Сделайте анализ предложенных гипотез и выберите те из них, которые наиболее
вероятны и имеют под собой хотя бы частичное научное обоснование.
Метод контрольных вопросов - это модифицированный мозговой штурм, при котором
для облегчения процесса решения задачи применяются контрольные вопросы,
направляющие мышление решателей в области возможных ответов. Ниже приведены
контрольные вопросы предложенные А. Осборном.
Алгоритм метода контрольных вопросов
1) Прочтите внимательно условие задачи и предложите все возможные ответы.
2) Для формулирования решений постарайтесь ответить на следующие вопросы:
1. Как по-новому применить систему или ее элементы (тело, вещество, явление, процесс,
событие, поле, теоретическое утверждение, в которых возникла проблема).
2. Как упростить систему.
3. Как изменить систему.
6
4. Что можно увеличить в системе.
5. Что можно уменьшить в системе.
6. Что можно заменить.
7. Что можно перевернуть наоборот
8. Возможные комбинации элементов системы.
И мозговой штурм и метод контрольных вопросов предназначены для организации
групповой работы учащихся. Но кроме обучения работе в группе, необходимо обучение
учащихся индивидуальной работе по решению проблем. Для этой цели рекомендуется
использовать системный анализ и вещественно-полевой анализ. На первом этапе
обучения, оба эти метода используются в групповой работе учащихся.
Системный анализ был разработан Р. Винером, У. Эшби, В. Богдановым и М.
Берталанфи. Однако открытые Генрихом Сауловичем Альтшуллером закономерности
теории решения изобретательских задач – ТРИЗ, позволили значительно
модифицировать этот метод.
Системный анализ - это метод решения проблем, путем поиска ресурсов для
выполнения необходимых функций в структуре и функциях системы, связях между ее
элементами и в связях с другими системами. Решение проблемы с помощью системного
анализа выполняется по следующему алгоритму.
Алгоритм системного анализа
1. Составьте подробную схему ситуации (системы), в которой возникла проблема.
2. Определите проблемный элемент и укажите функцию, которую необходимо выполнить
для решения проблемы.
3. Для получения необходимой функции проанализируйте возможности:
1) структуры и состава веществ проблемного элемента;
2) изменений формы и размеров проблемного элемента и системы;
3) порядка расположения элементов в системе;
4) процессов взаимодействия проблемного элемента с другими элементами системы;
5) стадий развития проблемного элемента;
6) внесения в систему элементов из других систем и организации их взаимодействия с
проблемным;
7) объединения нескольких элементов.
Пример решения проблемы системным анализом
Предполагается, что очаг инфекционного заболевания домашних животных находится в
окрестностях города. Как определить точный ареал инфекции?
1. Составляем подробную схему ситуации. Лучше всего на схеме изобразить основные
элементы природной и антропогенной среды: луг, лес, водоемы, болото, дороги,
7
сельхозугодья, поселки, жилые дома, завод и другие. Схему надо нарисовать на доске и в
тетради. Чем подробнее схема, тем лучше. Схема является опорой для организации
мыслительного анализа проблемы.
2. Определяем проблемный элемент – очаг инфекции. Функция – необходимо обнаружить
место локализации очага.
3. Анализ ресурсов системы и среды для получения необходимой функции:
1) Структура и состав веществ – проведение анализов воды, почвы, экскриментов
животных в ареалах.
2) Форма и размеры проблемного элемента - изучение внешнего вида и численности
животных.
3) Порядок расположения элементов в системе – попытаться определить в каких ареалах
возникает и в каких не возникает инфекция. Что находится между этими ареалами и
позволяет или не позволяет распространяться инфекции.
4) Процессы взаимодействия проблемного элемента с другими элементами системы изучение поведения диких животных на предмет обнаружения чего-либо необычного.
5) Стадии развития проблемного элемента – попытаться проследить, как изменяются
ареалы возникновения и распространения инфекции, изучать возможности сезонной
активности тех или иных возбудителей заболеваний и определить, есть ли признаки этих
заболеваний у животных.
6) Внесение в систему элементов и организация из взаимодействия с проблемным –
попробовать вселить помеченных животных в разные ареалы и проследить за их
состоянием в течение некоторого времени.
7) Объединение нескольких элементов – изучить частоту возникновения заболевания в
окрестностях промышленных и сельхозугодий. Попытаться ответить на вопрос – как
влияют антропогенные объекты на возникновение и распространение инфекции.
Небольшое замечание. Системный анализ, как и другие методы решения биологических
проблем, является всего лишь алгоритмом организации мыслительной деятельности
учащихся. Методы не дают конкретных ответов, они и не должны этого делать, однако их
применение позволяет организовать мыслительную деятельность учащихся в
оптимальной форме для поиска наибольшего количества гипотез. В любом классе есть и
будут ученики с высоким уровнем развития мышления, средним и низким. Для первых
такие методы возможно и не нужны, для вторых и третьих, скорее всего необходимы,
особенно для третьих. Учащимся с низким уровнем мышления рекомендуется работать в
группах до тех пор, пока они смогут научиться самостоятельно решать проблемы.
Вещественно-полевой анализ или сокращенно вепольный анализ создан Г.С.
Альтшуллером, автором теории решения изобретательских задач. Метод создавался в
первую очередь для решения технических проблем, но оказалось, что его можно
применять и для решения проблем в естествознании. Мы познакомимся с упрощенной
интерпретацией этого метода. В конце лекции дается список литературы, где этот метод
представлен в полном изложении.
Сущность вепольного анализа в следующем. Любой процесс представляет собой
взаимодействие двух тел или веществ и поля (явления, процесса) взаимодействия между
ними. Когда возникает проблема? Проблема возникает в случаях, если: 1) не удается
организовать само взаимодействие; 2) взаимодействие недостаточно эффективно; 3)
возникают отрицательные параллельные действия или само взаимодействие приносит
8
больше вреда, чем пользы. Для организации взаимодействия, повышения его
эффективности или устранения вредного действия вепольный анализ предлагает
специальные приемы, получившие название стандартов. Почему стандарты? Потому что
в процессе анализа патентного фонда, Альтшуллер выявил типовые решения
технических проблем, которые он назвал стандартными или стандартами. Затем он
разделил проблемы на группы и для каждой группы составил описание стандартов.
Дополнительно к стандартам Генрих Саулович и его ученики составили информационные
фонды – сборники физических, химических, геометрических и биологических явлений и
процессов, с помощью которых возможно получение эффективных решений. Эти
сборники получили название информационный фонд эффектов. Приведем основные
стандарты с некоторыми упрощениями.
Стандарт для организации взаимодействия
Если дана не взаимодействующая система, которой необходимо выполнять
положительную функцию, то необходимо ввести другую систему и процесс
взаимодействия между ними для получения положительной функции.
Стандарт для разрушения вредного взаимодействия
Если дана взаимодействующая система и необходимо разрушить вредное
взаимодействие между ее элементами, то это возможно либо путем введения элемента,
либо процесса устраняющего вредное взаимодействие.
Стандарт для усиления взаимодействия
Если дана взаимодействующая система, эффективность которой необходимо повысить,
то это возможно путем организации взаимодействия с дополнительными элементами или
организацией дополнительных процессов взаимодействия между взаимодействующими
элементами самой системы.
Стандарт для форсирования усиленного взаимодействия
Если усиления взаимодействия недостаточно, то эффективность системы можно
повысить путем изменения структуры взаимодействующих элементов, введения в нее
дополнительных
элементов
или
изменением
структуры
процессов
между
взаимодействующими элементами самой системы.
Стандарт для усиления взаимодействия путем перехода к бисистемам и
полисистемам
Если эффективность взаимодействующей системы невозможно повысить путем усиления
или форсирования, то это можно сделать путем объединения системы с одной или
несколькими другими системами, как однородными, так и разнородными по структуре.
Стандарт для повышения эффективности бисистем и полисистем
Если необходимо повысить эффективность бисистем и полисистем, то это можно сделать
одним из следующих способов: созданием дополнительных связей между элементами,
введением элементов со сдвинутой характеристикой, введением разных элементов,
введением инверсных (противоположных по структуре или функциям) элементов,
свертыванием вспомогательных частей системы, использованием структурных ресурсов
элементов для выполнения новых функций.
Таким образом, решение любой технической проблемы с помощью вепольного анализа
осуществляется в следующей последовательности. Составляется схема взаимодействия,
определяется действие, которое необходимо выполнить – организовать или усилить
9
взаимодействие, разрушить отрицательное действие, определяется стандарт с помощью
которого это можно сделать и из информационного фонда выбираются возможные
явления или процессы для формулирования решений. Вепольный анализ не заменяет
творческий процесс и не дает готового результата – решения, он лишь является
вспомогательным средством для усиления мыслительной деятельности решателя и
экономит время для поиска решений. Это, если говорить скромно. Если говорить без
ложной скромности, то гениальность автора вепольного анализа в том и состояла, что
опыт изобретателей по решению технических проблем, он преобразовал в относительно
несложный метод, которым может пользоваться любой и каждый и создавать новые
изобретения.
Однако мы будем использовать очень упрощенный вариант вепольного анализа,
достаточный для решения биологических проблем в школе. При желании учителя и
учащихся возможно применение полной модели вепольного анализа, однако скорее на
факультативе или при подготовке длительных домашних заданий.
Проблема
Известно, что в пещерных водоемах обитают слепые рыбы. Какими способами
ориентируются слепые рыбы в таких условиях?
Алгоритм вепольного анализа
1. Составляется схема взаимодействия по условию проблемы.
Слепые рыбы ----------- среда водоема
Варианты стрелок между взаимодействующими элементами:
Сплошная стрелка – положительное взаимодействие.
Пунктирная стрелка – неопределенное взаимодействие.
Волнистая стрелка – отрицательное взаимодействие.
Над стрелкой указывается явление или процесс взаимодействия, если об этом говорится
в условии проблемы. Если процесс неизвестен, то над стрелкой указываем
вопросительный знак.
В данной модели над стрелкой мы укажем вопросительный знак, ибо процесс
взаимодействия нам неизвестен.
2. Составляется подробное описание структурных ресурсов взаимодействующих
элементов и оцениваются возможности каждого из них для организации взаимодействия.
Это необходимо для того, чтобы помочь ученикам более детально увидеть
потенциальные возможности каждого элемента для организации взаимодействия.
Ресурсы рыбы: чешуя, слизь, кожа мышцы, скелет, системы органов полости тела, органы
чувств.
Среда водоема: вода, каменистое дно, течения, температура и химический состав воды,
электромагнитные поля.
Рассматриваются возможности каждого элемента для ориентации рыб и составляются
гипотезы.
10
3. Составляются гипотезы, используя для этого особенности жизнедеятельности живых
организмов и ресурсов среды, в которых они обитают. Для облегчения составления
гипотез, на данном этапе, рекомендуется использовать материалы из следующей
таблицы.
Природные явления и процессы
Группы процессов
Примеры
Тепловые
нагревание, охлаждение, оттаивание,
конденсация.
кипение, испарение,
Химические
изменение цвета, запаха, вкуса, кислотные дожди, повышение
солености, выпадение осадка, образование кристаллов,
использование: лекарств, антибиотиков, ядов, ферментов,
гормонов, жира, антител, соков, смол, антифризов, питательных
веществ, выделений, пены, воска, растворителей, применение
удобрений и ядохимикатов.
Электрические
образование, передача, накопление, разрядов и тока.
Магнитные
магнитное поле Земли, притяжение, отталкивание с помощью
магнита, намагничивание, размагничивание.
Механические
движение тел и веществ, извержение, изменение размеров и
формы тел, удары, трение, вращение, давление, колебания,
упругость, притяжение Земли, сила тяжести.
Акустические
Звуки, шум, музыка, песня, ультразвуки, инфразвуки.
Оптические
освещение,
затемнение,
отражение
света,
свечение,
ультрафиолетовое и инфракрасное излучения, рентгеновское
излучение.
Биологические
питание,
дыхание,
транспорт
веществ,
выделение,
размножение, рост, образование новых органов, ориентация,
фотосинтез, листопад, миграции.
Понятно, что в таблице представлены далеко не все явления и процессы, происходящие
в природе, поэтому по мере работы с проблемами и источниками информации, таблица
постоянно дополняется самими учащимися и учителем.
Информация таблицы не представляет собой прямые ответы. Это лишь основа для
размышлений и составления гипотез. Размышляя, можно предложить следующие
гипотезы.
Рыбы могут ориентироваться следующими способами:
1) по различиям температуры воды;
2) по особенностям запаха;
3) по солевому составу среды;
4) по колебаниям воды;
11
5) по электрическим разрядам (полям);
6) по звуковым колебаниям;
7) по изменениям магнитного поля Земли.
Таким образом, вепольный анализ позволяет максимально подробно проанализировать
возможности структурных и функциональных ресурсов взаимодействующих элементов
для поиска гипотез – вариантов ответов.
Методика ознакомления
биологических проблем
учащихся
с
методами
формулирования
и
решения
Ознакомление учащихся с методами формулирования и решения проблем желательно
начинать с исторических примеров из развития науки. Причем проблемы чаще всего, что
называется, лежат на поверхности, нужно только их увидеть и научиться формулировать.
Разве никто до Грегора Менделя не знал, что, посадив желтые семена гороха можно
вырастить зеленые семена? Многие знали, но не придавали этому особого значения. В
чем тут проблема? Проблема заключается в нежелании анализировать получаемую
информацию. Мендель решил изучить особенности наследования признаков и стал
проводить опыты и делать расчеты. С опытами все понятно, любопытный попался монах,
а может быть задание ему дали, к примеру, вырастить побольше зеленых семян,
возможно они вкуснее, тогда расчеты зачем? И почему в одних случаях все получалось,
как и предполагал Мендель, а других, например при неполном доминировании,
происходило смешивание признаков?
Одна из педагогических проблем заключается в том, что многие школьные учебники
составлены таким образом, что в них изложены готовые ответы на проблемы, решенные
в свое время учеными. Без понимания методов работы ученых бывает очень сложно
понять полученные результаты исследований. В том-то и беда наших учебников, что
описаний самих исследований там очень мало, сразу извольте выучить наизусть готовые
результаты, при этом никаких сомнений. А ведь с ястребинкой (растение такое) у
Менделя ничего не получилось, не выполнялись там сформулированные им правила и
хоть ты плачь. Правда Мендель был человек умный и предположил, что с ястребинкой
действуют другие правила (сцепление генов), которые он открыть не смог.
Использование таких примеров на уроках позволяет научить учащихся видению самих
проблем и их формулированию. Желательно ученикам периодически предлагать
небольшие тексты для самостоятельного составления проблем. Вначале эта работа
выполняется в группах и с помощью учителя, затем в парах и постепенно часть учащихся
научиться составлять проблемы самостоятельно. Задания на составление проблем
желательно включать в каждую тему, примерно два-три таких задания.
Обучение учащихся решению проблем рекомендуется начинать с использованием
методов мозгового штурма и контрольных вопросов. Несмотря на то, что это весьма
простые в освоении методы, их применение позволяет решить две важные
организационные проблемы – научить учащихся работать в группах (без крика и шума, по
очереди предлагать варианты решений, совместно оценивать их плюсы и минусы) и
снять психологические запреты на некоторые гипотезы, правдоподобность которых
вызывает сомнения. Напомним, что критика предлагаемых на первом этапе мозгового
штурма гипотез запрещается и это очень важно. Сколько уроков требуется на обучение
мозговому штурму? По проверенным данным три-четыре урока достаточно, чтобы
ученики научились решать проблемы в группах с помощью мозгового штурма.
Следующий этап обучения – применение системного анализа. Первые несколько уроков
решать проблемы системным анализом желательно учителю совместно с учащимися.
12
Следующий шаг – работа в группах и постепенно переход к самостоятельной работе.
Аналогично и с обучением учащихся вепольному анализу. В дальнейшем в рамках
каждой темы для решения несложных проблем можно использовать мозговой штурм с
контрольными вопросами, для сложных проблем системный анализ и вепольный анализ.
Коллеги, все у вас получится, главное не строить из себя Аристотеля, которому ответы на
все вопросы известны. В самом начале пути, когда автор только начинал применять эти
методы на уроках, детям прямо говорилось, что учитель и сам не знает всех возможных
гипотез на предложенные проблемы, поэтому давайте решать вместе и посмотрим,
сколько гипотез мы получим. Правда, это было пятнадцать лет назад. Но лиха беда
начало.