Проблемное обучение основано на ряде психологических предпосылок: мышление не сводиться лишь к функционированию готовых знаний. Это процесс продуктивный, творящий новые знания. Само мышление - это процесс непрерывного взаимодействия человека с объектом познания и включает анализ и синтез, абстрагирование и обобщение. Внешние воздействия на результаты процесса мышления определяются, преломляясь через внутренние условия мышления: мотивацию, личностные особенности субъекта, ценностные ориентации и установки, способности, прошлый опыт .
Особенности мыслительного взаимодействия субъекта учения с познаваемым объектом зависят от характеристик учебного материала и дидактических приемов организации познавательной деятельности, включающей диалогическое общение и взаимодействие педагога и обучающихся. Тем самым принцип проблемности реализуется в проблемном обучении как в содержании учебного материала, так и в процессе его развертывания в учебной деятельности. Первое достигается разработкой системы учебных проблем (иногда их называют проблемными задачами, заданиями); второе – построением проблемного обучения по диалогическому типу, где и педагог, и обучающиеся проявляют личностную, интеллектуальную и социальную активность и инициативу, заинтересованы в суждениях друг друга, дискутируют по поводу предлагаемых вариантов решений .
Проблемная познавательная задача содержит “новые для учащихся понятия, факты, способы действия”. Если их нет, то задача не проблемная. В основе возникновения проблемы лежит противоречие между известным и искомым. Найти ответ (искомое) можно посредством промежуточных (между вопросом и ответом) познавательных и практических операций. Решая проблемные задачи, учащийся приобретает знания, которых недоставало для ее решения. Проблемная задача имеет поисковый характер, иногда–оригинальное решение; для ее решения нет образцов или алгоритмов .
В проблемном обучении выделяют три метода:
проблемного изложения;
частично-поисковый;
исследовательский.
Проблемное изложение представляет собой промежуточный метод, переходный от объяснительно-иллюстративного типа к собственно проблемному обучению. При проблемном изложении даются не готовые знания (это характерно для информационного изложения), а раскрывается проблема как поиск научной истины. Т.е. в связи с чем, когда, как возникла проблема (знание о незнании, затруднение в объяснении какого-то явления, процесса), какие выдвигались версии, гипотезы, как они проверялись, какие были споры исследователей, к какому выводу они пришли, как трактуется в настоящее время решение той же проблемы. Вместе с преподавателем учащиеся следят за процессом поиска, рассуждают, поддерживают обоснование одной версии и отвергают другую как несостоятельную в каком-то отношении.
Таким образом, при проблемном изложении преподаватель сам формулирует проблему, выдвигает проблемную задачу, излагает сложные пути ее решения, как бы ведет поиск и выдает результат.
Для создания проблемных ситуаций необходимо учитывать следующие правила:
Чтобы создать проблемную ситуацию, перед учащимися следует поставить такое практическое или теоретическое задание, выполнение которого требует открытия новых знаний и овладения новыми умениями; здесь может идти речь об общей закономерности, общем способе деятельности или общих условиях реализации деятельности.
При этом следует соблюдать такие условия:
Задание основывается на тех знаниях и умениях, которыми владеет учащийся;
Неизвестное, которое нужно открыть, составляет подлежащую усвоению общую закономерность, общий способ действия или некоторые общие условия выполнения действия;
Выполнение проблемного задания должно вызвать у учащегося потребность в усваиваемом знании.
Задание должно соответствовать интеллектуальным возможностям учащегося. Степень трудности проблемного задания зависит от уровня новизны материала преподавания и от степени его обобщения.
Проблемное задание дается до объяснения нового материала, т.е. должно предшествовать объяснению подлежащего усвоению учебного материала.
В качестве проблемных заданий могут служить:
учебные задачи;
формулировка вопроса;
практические здания.
Однако нельзя смешивать проблемное задание и проблемную ситуацию. Проблемное задание само по себе не является проблемной ситуацией, оно может вызвать проблемную ситуацию лишь при определенных условиях. Проблемное задание может привести к проблемной ситуации только в случае учета вышеупомянутых правил.
Одна и та же проблемная ситуация может быть вызвана различными типами заданий.
Очень трудную проблемную ситуацию учитель направляет путем указания учащемуся причин невыполнения данного ему практического задания или невозможности объяснения им тех или иных фактов .
Подготовленность ученика к проблемному учению определяется, прежде всего, его умением увидеть выдвинутую учителем (или возникшую в ходе урока) проблему, сформулировать ее, найти пути решения и решить эффективными приемами.
Основными элементами учебной проблемы являются «известное» и «неизвестное» (нужно найти «связь», «отношение» между известным и неизвестным). В условиях задачи обязательно содержатся такие элементы, как «данное» и «требования» .
Частично-поисковый метод предполагает частичное вовлечение учащихся в процесс поиска. Проблему формулирует преподаватель, но в процессе изложения темы он постоянно обращается к учащимся с просьбой сформулировать и оценить гипотезы, предложить методы решения задач, дать объяснение и сделать вывод по проведенному. В этом случае учащиеся весьма активны в поиске разных вариантов решения проблемных задач .
Учебная проблема – форма проявления логико-психологического противоречия процесса усвоения, определяющее направление умственного поиска, пробуждающее интерес к исследованию (объяснению) сущности неизвестного и ведущее к усвоению нового понятия или нового способа действия .
Основные функции учебной проблемы:
Определение направления умственного поиска, то есть деятельности ученика по нахождению способа решения проблемы.
Формирование познавательных способностей, интереса, мотивов деятельности ученика по усвоению новых знаний .
Знание учителем основных требований к учебной программе является одним из важнейших условий успешной постановки проблемы и организации самостоятельной познавательной деятельности учащихся .
Постановка учебной проблемы осуществляется в несколько этапов:
а) анализ проблемной ситуации;
б) осознание сущности затруднения – видение проблемы;
в) словесная формулировка проблемы.
Учебная проблема не является проблемой для учителя. Учитель ставит перед учениками проблемный вопрос или проблемную задачу. Такая постановка ведет к возникновению проблемной ситуации принятию учеником проблемы, сформулированной и поставленной учителем .
Процесс постановки учебной проблемы должен осуществляться с учетом основных логических и дидактических правил:
отделение (ограничение) известного от неизвестного,
локализация (ограничение) неизвестного,
определение возможных условий для успешного решения .
Условиями успешного применения вышеизложенных приемов и способов активизации являются:
максимальная опора на активную мыслительную деятельность учащихся,
ведение учебного процесса на оптимальном уровне развития учащихся,
эмоциональная атмосфера обучения, положительный эмоциональный тонус учебного процесса.
Итак, в основе проблемной ситуации лежит задача, направленная на преобразование объекта познания, на поиск способов решения, предполагающая некоторые ограничения в выборе способов решения. Проблема или проблемная ситуация является таковой прежде всего постольку, поскольку в ней имеются неизвестные, как бы неопределенности, которые подлежат заполнению, – иксы, на место которых должны быть поставлены знания .
Исследовательский метод имеет в виду наивысшую самостоятельность учащихся. Осознав проблему, они самостоятельно формулируют проблемную задачу и сами ее решают. Учащиеся самостоятельно и последовательно проходят все этапы исследования: выдвигают и обсуждают гипотезы, ищут способы их проверки. Это могут быть и наблюдения, и опыты, и даже моделирование, и статистические методы, логические рассуждения, и собственные выводы. Естественно, этот метод используется в старших классах, он не всегда укладывается в рамки одного урока и имеет продолжение на факультативных, кружковых и отчасти домашних занятиях учащихся. Это самый трудоемкий и вместе с тем самый продуктивный метод .
Основными этапами познавательной деятельности при решении проблемной ситуации являются: осознание проблемы, разрешение проблемы, проверка решения.
Первый этап – осознание проблемы в учебной среде – зависит от того, как дидактически построена проблемная ситуация. Если задача сформулирована, то осознание ее проблемности со стороны обучающихся связано с умением увидеть разрыв между известным и неизвестным, с проведением анализа информации, выделением противоречия в ней. Понимание задачи связано также с выбором средств решения, что сопровождается реконструкцией уже известного, с определением отношений, обозначенных в задаче, и недостающих связей, с интерпретацией в соответствии с общетеоретическими положениями. В результате этой деятельности формулируется вопрос, который фиксирует соотношение сообщаемой информации с известными ранее положениями. Вопрос как бы вскрывает, обнаруживает главное, предмет изучения, и тем самым намечает последовательность актов решения, определяет направление, по которому следует искать ответ. Постановкой вопроса завершается первый этап.
Второй этап – планирование исполнительских действий, концептуальная модель – предполагает выработку гипотезы и принятие решения. Это центральный этап. Гипотеза – это проектируемый субъектом результат, выбор способов решения, ведущих к устранению выявленных противоречий; она позволяет сделать мыслительный переход от того, что очевидно, к тому, что следует найти. На этом этапе, как и на предыдущем, большое значение имеет прошлый опыт, перенос имеющихся знаний в новые условия, способы осмысления неизвестного с позиции уже известного, переработка уже знакомой информации в целях применения ее для практического решения, оценка ситуации и своих возможностей.
Третий этап – проверка произведенного решения. Это завершающий этап в решении проблемы. Он включает оценку гипотезы, правильности произведенных действий, анализ и оценку достоверности полученных результатов, соответствия их основным теоретическим положениям науки, а также практике. Если проверка подтверждает правильность избранной стратегии решения, то на этом решение поставленной задачи заканчивается.
В познавательном акте, построенном по этой схеме, проявляется творчество, особенно на этапе построения гипотезы. Именно здесь обнаруживается индивидуальность, способность решить мыслительную задачу. Построение гипотезы – важный этап в творческой деятельности, следовательно, и в организации проблемного обучения, цель которого состоит в конструировании дидактических условий, сходных с задачей, требующей творческого решения .
Таким образом, структура проблемного урока, в отличие от структуры непроблемного, имеет элементы логики познавательного процесса (логики продуктивной мыслительной деятельности), а не только внешней логики процесса обучения. Структура проблемного урока, представляющая собой сочетание внешних и внутренних элементов процесса обучения, создает возможности управления самостоятельной учебно-познавательной деятельностью ученика .
Учебный процесс в ходе проблемного обучения предполагает анализ цели, выделение главного, существенного, анализ исходных данных задачи, выяснение отношения между элементами, условиями и требованиями задачи .
Сегодня мы немного поговорим, каким образом проблемные ситуации в детском саду влияют на становление личности ребенка.
Проблемные ситуации детям
Проблемные ситуации и задачи помогают взрослому направлять ребенка к труду, пробуждать мысль ребенка. Они учат малышей делать определенные сравнения, обобщения, выводы. Детям очень нравятся всевозможные неожиданности, проблемные вопросы, им так хочется почувствовать себя умниками.
Дети дошкольники любят общаться со взрослыми, стремясь быть похожими на них. Поэтому любое интересное задание вызывает у ребенка интерес и побуждает к активному речевому взаимодействию.
Эти задачи всегда таят в себе нечто загадочное, путь к которому интересный и непростой, требующий от ребенка размышлений, критики, доказательных суждений.
Проблемные ситуации могут возникать как сами, так и создаваться с помощью взрослого. В процессе общения с детьми взрослый часто предлагает вспомнить различные жизненные происшествия, случаи.
Приведенные ситуации могут стать источником развития у детей логического мышления, фантазии.
Можно предложить придумать разные варианты выхода из данной проблемной ситуации, обсудить причины ее возникновения и возможные последствия. Главное, чтобы дети свободно выражали свои мнения, аргументировали их.
Примеры проблемных ситуаций
- Помните, в прошлом году летом на клумбе завяли цветы. Как вы думаете, почему так произошло? Было жарко, их достаточно не поливали, они не получали питательных веществ. Как можно было бы исправить эту ситуацию? Что мы будем делать этим летом, чтобы не допустить такой ошибки?
- Дети, бывает два Солнышка? (Да, есть Солнце, что дарит нам тепло, а есть жук Солнышко) можно Ли их увидеть? Чем они похожи?
- Почему медведь не живет на дереве? Возможно ли это? Аргументируйте свое мнение.
- Мальчик увидел сломанную веточку, что ему делать? Зачем помогать растениям?
- Хвастались деревья друг перед другом. — Я всегда зеленая и стройная, мои листочки как иголочки, а главное, я зимой становлюсь королевой веселого праздника. — А я еще лучше, имею стройный и белый ствол, имею нежные тоненькие веточки, листья мою весной и летом — зеленые, а осенью — желтые. Какие деревья разговаривали между собой? Докажите свой ответ.
Методическое объединение
для воспитателей образовательных учреждений ДСК и ДОУ по проблеме «Технология деятельностного метода как средство
реализации современных целей образования»
г.Воркуты
Примеры проблемных
ситуаций в образовательной
деятельности
практические материалы
Воркута 2012г
Руководитель МО для воспитателей образовательных учреждений ДСК и ДОУ по проблеме «Технология деятельностного метода как средствореализации современных целей образования» г.Воркуты
Скотаренко Арина Эдуардовна
Редактор Скрыпник Г.Б.
Рекомендации даны как ориентир. Что изберет педагог, чему уделит больше внимания на определенном конкретном занятии -зависит от поставленной цели, содержания изучаемого материала, уровня развития детей, уровня их подготовки. Огромную роль играет и творческий потенциал самого обучающего, его позиция.
ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ПЕДАГОГА
1. Заботится о развитии творческого воображения ребенка - умения видеть целое раньше частей, преобразовывать наличный материал.
2. Организует исследовательскую творческую деятельность детей через игру.
3. Применяет различные приемы формирования познавательной потребности.
4. Использует различные приемы воздействия на эмоционально-волевую сферу дошкольника, заботясь о том, чтобы в процессе познания нового материала он испытывал чувство радости, удовольствия, удовлетворения.
5. Создает проблемные ситуации, вызывающие у детей удивление, недоумение, восхищение.
6. Четко формулирует проблемы, обнажая противоречия в сознании ребенка; учит видеть и формулировать проблемы, развивая проблемное видение.
7. Выдвигает гипотезы и обучает этому умению детей, принимая любые их предложения.
8. Развивает способность к прогнозированию и предвосхищению решений.
9. Умело формулирует общие и частные проблемы, вопросы, направляющие ребенка на их разрешение.
10.Организует поисковую деятельность, т.е. обучает детей обобщенным приемам умственной деятельности - умению выделить главное, сравнивать, делать выводы, классифицировать, знакомит с различными научными методами исследования.
11. Создает атмосферу свободного обсуждения, побуждает детей к диалогу, сотрудничеству.
12. Побуждает к самостоятельной постановке вопросов, обнаружению противоречий, формулированию проблемы.
13. Использует методы проблемного обучения (частично-поисковый, исследовательский).
14. Подводит детей к самостоятельным выводам и обобщениям, поощряет оригинальные решения, умение делать выбор. Использует различные виды творческих работ.
15. Знакомит с жизнью и деятельностью выдающихся ученых, с историей великих открытий.
16. Способствует формированию эстетических, нравственных и интеллектуальных идеалов и - на их основе - способности оценивать различные явления, процессы, а также объекты.
17. Систематически оказывает поддержку детям.
18. Заботится об обогащении словарного запаса, о развитии культуры речи, чувства юмора.
ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ДОШКОЛЬНИКА
О креативности, творческой самостоятельности личности ребенка, гибкости, глубине и эвристичности его мышления свидетельствуют:
§ желание и умение творить,
§ создавать новые образы, проекты,
§ сочинять,
§ придумывать,
§ изобретать.
Развитие творческого потенциала личности происходит в творческой деятельности, непременное условие которой - получение ребенком удовольствия от этой деятельности в ярко выраженных положительных эмоциях. Только при этом условии будет развиваться творческий потенциал ребенка. Возможности эмоциональных переживаний можно достичь, создавая проблемные и игровые ситуации
СПОСОБЫ СОЗДАНИЯ ПРОБЛЕМНЫХ СИТУАЦИЙ
Решается эта проблема разными способами. Мы исходим из следующего: если противоречие - основное звено проблемной ситуации, то логично предположить, что и пути ее создания можно рассматривать как способы заострения противоречий в сознании ребенка, как педагогом, так и естественно. В последнем важно не упустить момент, помочь детям увидеть несоответствие, противоречие, которое заметил один ребенок (или несколько), и включить их в активную поисковую деятельность. Возможность возникновения таких естественных ситуаций обусловлена тем, что проблемность - неотъемлемая черта дознания старших дошкольников, основой структурный компонент творческого развития. Именно проблемность обеспечивает постоянную открытость ребенка новому и выражается в поиске несоответствии и противоречий (Н.Н. Поддьяков), а также в собственной постановке новых вопросов и проблем.
Способность детей на занятиях проявляется в постановке таких вопросов и проблем, как: «Почему белочка шубку меняет два раза в год, а мех на хвостике только один раз?», «Если все растения содержат много воды, то почему она не течет, когда режешь морковку, яблоко, картошку?», «Почему мухи и комарики прилипают к паутине паука, а он быстро бегает по липкой паутине и не прилипает?», «У всех птиц есть крылья, чтобы летать высоко и далеко, и у курицы есть крылья; почему же она не улетает?», «У всех птичек окраска такая, чтобы быть незаметными для врагов, почему же снегирь такой яркий? У него нет врагов, что ли?», «Если в человеке много воды, почему она не хлюпает, когда мы прыгаем?», «Земля круглая, а почему мы тогда не падаем, почему не выливается вода из рек, морей и океанов?», «Почему вода относится к неживой природе, ведь она движется в реке, течет?».
Проблемы, выдвинутые детьми, мы фиксируем, накапливаем, чтобы использовать их в работе с другими группами. Однако отметим: проблемы дети ставят далеко не на каждом занятии, и большинство из них из области растительного и животного мира - мира, наиболее им близкого и интересного. Но есть еще, к примеру, мир чисел и цифр, звуков и букв, символов и знаков, о существовании которого ребенок даже не подозревает. Как сделать, чтобы он и в этих областях знаний видел проблемы и хотел их решать? Результаты исследований свидетельствуют: педагог, максимально используя проблемы, выдвигаемые детьми, должен еще и преднамеренно создавать ситуации специальными заданиями, направленность которых - обнажить, заострить противоречия в сознании ребенка и выявить из этих преднамеренных ситуаций противоречия, которые он способен замечать. Дети способны осознавать и разрешать под руководством педагога те же типы противоречий, что и школьник, и взрослый, и ученый. Противоречия в познавательной деятельности изучали многие психологи и педагоги (С.Ф. Жуйков, Т.В. Кудрявцев, А.М. Матюшкин, М.И. Махмутов, Н.А. Менчинская, М.Н. Скаткин и др.).
Так, Т.В. Кудрявцев считает: проблемные ситуации могут быть созданы, когда обнаруживается несоответствие между имеющимися у учащихся системами знаний и теми требованиями, которые предъявляют им при решении новых учебных задач и проблем.
Несоответствие, доходящее до противоречия, возникает между:
§ уже усвоенными знаниями и новыми фактами, обнаруживающимися в ходе решения данной задачи;
§ одними и теми же по характеру знаниями, но более низкого и более высокого уровня;
§ научными знаниями и знаниями донаучными, житейскими, практическими.
Эти типы проблемных ситуаций получили распространение и в работе с дошкольниками. Что мы учитываем при этом? Во-первых, проблемная ситуация возникает, когда педагог преднамеренно сталкивает жизненные представления детей (или достигнутый ими уровень) с научными фактами, объяснить которые они не могут - не хватает знаний, жизненного опыта. Как мы это делаем? Так, изучая тему «Вода» педагог сообщает достоверные научные знания о том, что все живые организмы, в том числе растения, животные и человек, на две трети состоят из воды.
Посмотрев внимательно на комнатные цветы, овощи, выложенные на столе, дети с удивлением спрашивают: «Где же эта вода?». А затем, решительно отвергнув утверждение педагога, приводят свои доводы: «На руках, на ногах, на теле воды нет, а если она внутри, то почему она не хлюпает, когда мы прыгаем?».
Суть в том, что жизненный опыт ребенка сталкивается с научными знаниями, которые ему кажутся неправильными в силу того, что не соответствуют его жизненным представлениям и опыту, ранее усвоенному. Возникает противоречие. Дошкольник не принимает новое знание, которое не вписывается в систему его знаний, в сформировавшуюся картину мира. Да и педагог не стремится его переубедить и навязать новое знание (в этом принципиальное отличие проблемного обучения). Он внимательно выслушивает все возражения, поощряет за самостоятельность суждений, активность в обсуждении, а затем предлагает провести опыт, чтобы выяснить совместно, действительно ли все живые организмы на две трети состоят из воды. Что очень важно: выслушать все, подчеркиваем, все предположения детей, поблагодарить за активное участие и постепенно подвести к мысли: растения, употребляемые в пищу: морковь, свекла, картофель, яблоки, - содержат много жидкости. Чтобы убедиться в этом, надо их отжать через марлю или соковыжималку, что можно выполнить в домашних условиях.
По свидетельству родителей, дети выполняют задание с большим интересом. Не угасает интерес и на следующем занятии. Обычно мы начинаем его с предложения сравнить количество жидкости и твердой массы (которые дети приносят с собой), чтобы определить их соотношение, пропорции. На основании факта: сока гораздо больше, чем твердого вещества, - исследователи «принимают» то знание, которое ранее отвергли, принимают его в результате собственной работы мысли, так как человек, как считает С.Л. Рубинштейн, подлинно владеет лишь тем, что добывает собственным трудом.
Стремясь поддержать у детей интерес к новой теме, мы создаем новую проблемную ситуацию: «сталкиваем» только что усвоенные знания с новыми фактами. На вопрос: «Будет ли течь сок из моркови (свеклы, яблока), если ее разрезать?» - большинство обычно дают отрицательный ответ. Но, чтобы все убедились в правильности этого предположения, педагог разрезает овощи и фрукты, а затем формулирует основную проблему: «Если растение на две трети состоит из воды, то почему же она не вытекает при разрезании?». Напряженная тишина свидетельствует: дети не знают. Тогда педагог сообщает: «Самостоятельно решить эту загадку природы вы сможете, когда узнаете, как устроены живые организмы».
Если хотим научить детей видеть проблемы, и не только видеть, но и решать. В практике обучения широкое применение получили проблемные ситуации, возникающие при преднамеренном побуждении детей к решению новых задач старыми способами.
Поняв несостоятельность этих попыток, ребенок убеждается в необходимости открытия новых способов. В качестве примера приведем занятие по гимнастике ума с детьми 5 лет на тему «Поздравительные открытки для Пятачка». Занятие проводится в игровой форме. Кукла Винни-Пух обращается к детям за помощью: «У меня к вам просьба. Дело в том, что я приглашен на день рождения к Пятачку и к другим друзьям. В подарок Пятачку я приготовил горшочек меда. Но ведь Пятачок его съест, и ему ничего не останется на память. Скажите, пожалуйста, что еще можно подарить Пятачку и другим моим друзьям, чтобы что-то осталось на память?».
На наших занятиях дети обычно называют разные предметы, игрушки, открытки, выясняют, где их можно купить. Выслушав, спрашиваем: «Какой подарок самый дорогой?». В ходе обсуждения дети приходят к выводу: самый дорогой - тот, который сделан своими руками. Что же можно сделать своими руками? Дети решают, что это могут быть открытки. Но, оказывается, Винни-Пух вовсе не умелец, он даже не знает, какой должна быть открытка, с чего начать. Вот почему, отвечая на вопросы педагога, дети, опираясь на опыт занятий в творческой мастерской, рассказывают гостю о том, какой должна быть открытка, чтобы радовать адресата. Предварительная беседа заканчивается вопросом: «Сколько же открыток вы можете сделать
во время занятия?». Обычно большинство считают, что одну. «А 30 разных открыток?» - спрашивает педагог и показывает 30 чистых листочков бумаги. В ответ недоумение, решительный отказ. Естественно, мы выясняем причины. В основном отказ обосновывается невозможностью придумать такое количество разных открыток из-за нехватки времени. И тут на помощь - с подачи педагога - «приходит» волшебная шкатулка: чтобы он мог выбрать тот, который ему понравится больше всего. Но сначала вы должны обсудить, чем открытки будут различаться». Вопрос этот решается в ходе беседы: формой, цветом, украшениями.
Работают дети в такой последовательности: сначала заполняют ящички волшебной шкатулки (используем тризовский прием - морфологический ящик). В первый помещают три разные формы (сердечко, овал, ромб), во второй - бумагу разных цветов (красный, синий, зеленый), в третий - украшения (солнышко, цветок, шарики). Произносят волшебное заклинание: «Крибле, крабле, буме! Мы начинаем создавать открытки для Пятачка». Затем педагог предлагает взять из первого ящика одну форму и, соединив ее с одним цветом, поочередно приложить оставшиеся украшения. Готовые открытки - у каждого получается по три - вывешиваются на доске. Далее берется та же форма, но другого цвета. Дети уже улавливают логику действий и сами предлагают, что надо делать, как комбинировать форму, цвет, украшения. Работа только с одной формой дает девять открыток. Тут надо видеть, как радуются дети. Когда же, работая с другими формами и цветами, получают по 27 открыток, эмоциональное состояние можно охарактеризовать как восхищение тем, что сделано так много красивых и разных открыток, что открыт способ, как это делать (метод комбинаторики). И что самое важное: дети испытывают удовольствие от самого процесса работы, верят в себя, в то, что могут научиться всему. Очень важно завершить занятие на таком эмоциональном подъеме. К примеру, предложить Винни-. Пуху выбрать красивые открытки. Понятно, что ему трудно это сделать, - все открытки хороши. Тогда дети предлагают подарить ему волшебную шкатулку, чтобы он сам сделал своим друзьям подарки, и еще раз рассказывают, что и как надо делать, т.е. учат способам изготовления.
В чем значимость этого занятия?
Созданная проблемная ситуация окрыляет детей, способствует пробуждению и формированию познавательной потребности, которая, как мы уже отмечали, является важнейшим компонентом творческого потенциала.
Рассмотрим еще один - третий путь создания проблемной ситуации. Он наиболее легок для педагога и очень доступен и естественен для детей. Речь идет о побуждении к сравнению, сопоставлению и противопоставлению противоречивых фактов, явлений, данных, а также высказываний великих людей, сказочных героев и мнений самих детей. Пример тому - занятие на тему «Ударение»: ситуация, созданная путем сопоставления противоречивых фактов. Противоречивые мнения детей легко выявить в процессе диалога - он направляет мысль, способствует ее развитию и, как считает А.М. Матюшкин, наряду с проблемной ситуацией является ведущим методом развивающего обучения.
Знакомя детей с окружающим миром, с миром живой и неживой природы, совместно выясняем признаки живого мира. Наряду с другими предположениями дети выдвигают и такое: все живое движется. Следовательно, движение - признак живого. Когда же мы выясняем, что относится к живому и неживому миру, дети сталкиваются с рядом противоречий называется, многие относят к живым объектам все растения. Однажды спор возникает по инициативе одного ребенка - у него возникло сомнение, что деревья, цветы, трава могут двигаться. Проблему решали с помощью диалога.
Проблемную ситуацию педагог может вызвать, побуждая детей выдвигать гипотезы. Покажем это на примере темы «Воздух». Чтобы создать проблемную ситуацию, надо прежде всего четко определить ту главную цель. которую дети должны усвоить на занятии. Она сводится к следующему: воздух находится везде. Это знание высокого уровня обобщения, и усвоить его ребенку трудно: ведь воздух не возможно увидеть, рассмотреть, потрогать. Но для развития мышле
мышления очень важно подвести детей к самостоятельному выводу. а не сообщать это знание в готовом виде. Чтобы ребенок захотел изучать тему «Воздух», необходимо столкнуть его жизненные представления с научными фактами, для объяснения которых у него не хватает ни знаний, ни жизненного опыта.
Причем возникшее противоречие должно заинтересовать детей, тогда оно будет принято ими. Именно поэтому изучение этой темы мы начинаем с опытов.
Сначала показываем стакан, переворачиваем: вверх дном, наклоняем горизонтально, чтобы все убедились: в стакане нет ни жидкого, ни твердого вещества. Затем задаем вопрос: «Что находится в стакане?». Ответ: «Пустой!» - соответствует уровню знаний и жизненных представлений детей о воздухе. Но педагог не спешит исправлять и предлагать знания в готовом виде. Достав полиэтиленовый мешочек, спрашивает: «Что вы здесь видите? Что здесь есть?». - «Ничего!. Тогда педагог, ловя мешочком воздух, быстро перехватывает руками края наполненного пакета и опять спрашивает: «Что теперь в мешочке?». И дети хором отвечают: «Воздух».
Раздаем детям пакеты – чтобы поймали воздух, обратили внимание, как много его поймано; когда воздух выпущен, определяем: «Где теперь воздух, который был в мешочке?» ответы большинства таковы: «Здесь!», «Возле меня», «Везде». Опыт убеждает: воздух есть во всех уголках комнаты. Но остается вопрос со стаканом, в котором как считали вначале, ничего нет. Поэтому вновь спрашиваем: «А в стакане есть воздух?» Одни отвечают утвердительно, другие выражают сомнения. Из этого следует: не все приняли новое знание. Чтобы помочь решить эту проблему, проводим следующий опыт: уравновесив на весах 2 стакана, в один помещаем горящую лучину. Дети наблюдают за стрелкой весов – в какую сторону она отклонится. Обсудив причины отклонения стрелки, помогаем сомневающимся прийти к выводу: воздух есть везде.
Создавая проблемные ситуации, мы побуждаем детей выдвигать гипотезы, делать выводы и, что очень важно, приучаем не бояться допускать ошибки, не читаем нравоучений. Ведь это порождает робость. Как считает A.M. Матюшкин, боязнь допустить ошибку сковывает инициативу ребенка в постановке и решении интеллектуальных проблем. «Боясь ошибиться, он не будет сам решать поставленную проблему - он будет стремиться получить помощь от всезнающего взрослого. Он будет решать только легкие проблемы», что неизбежно приведет к задержке интеллектуального развития.
Ильницкая И.А.
ПРИМЕРЫ ПРОБЛЕМНЫХ СИТУАЦИЙ РАЗНЫХ ТИПОВ
Участниками городского методического объединения по проблеме «Технология деятельностного метода как средство реализации современных целей образования» г.Воркуты, с помощью способов создания проблемных ситуаций, были разработаны и описаны примеры проблемных ситуаций в образовательной деятельности в помощь педагогам применяющим в своей работе данную технологию:
1. П.С.возникает при преднамеренном столкновении педагогом жизненных представлений детей (или достигнутого им уровня знаний) с научными фактами, для объяснения которых у них не хватает знаний и опыта.
Преднамеренно столкнуть жизненные представления детей (или достигнутый ими уровень знаний) с научным фактом можно с помощью:
- опыта,
- рассказа об опыте,
- различных наглядных средств, ТСО
- практических заданий, в которых дети допускают ошибки или невыполнимых заданий
1. Научный факт «Все планеты вращаются вокруг солнца»
После полученного представления о солнечной системе у детей может возникнуть вопрос или специально создать ПС «Если планеты вращаются вокруг солнца, почему они не сталкиваются?»
(решение: моделирование солнечной системы, опытническая деятельность)
2. Сравнение хвойных и лиственных деревьев: дети знают, что хвойные деревья всю зиму зеленые, а лиственные деревья на зиму сбрасывают листья.
При чтении рассказа о лиственнице дети выясняют, что лиственница сбрасывает хвою на зиму. Несоответствие достигнутого уровня знаний с научным фактом.
Возникает ПС: «Все ли хвойные вечнозеленые?».
Предлагается сравнить два дерева из хвойных: ель и лиственница. Подводим к противоречию:
Почему ель зимой и летом зеленая, а лиственница на зиму сбрасывает хвою?
3. Чтобы сделать стекло, люди используют песок.
ПС: «Стекло прозрачное, а песок нет. Как такое возможно?»
4. При обсуждении поговорки «Как с гуся вода»выясняется, что гусь в воде не мокнет – это факт.
ПС: «Почему гусь выходит сухим из воды?» (научный факт доказываем опытническим путем).
5. Проблема вытекает в ходе опыта и наблюдения за комнатными растениями: если вовремя не полить растение, то одни начинают опускать листики, вянуть, а кактус - нет и в частом поливе не нуждается.
ПС: «Почему кактус без воды не вянет?»
6. Наблюдение на прогулке: где сосульки быстрее тают, на южной или северной стороне?
Проводится опыт: ставим ведра под крышу с двух сторон здания. Возникает проблемный вопрос: Почему количество воды разное? Подводим детей к пониманию, что с южной стороны сосульки тают быстрее, потому что светит солнце.
Перминова Н.В., воспитатель МБДОУ № 27
7. Факт: всем растениям нужен свет и солнце. Подводим к противоречию: Зимой света и солнца нет, а растения не погибают. Почему?
8. Факт: все растения поворачиваются на свет, к солнцу. Опыт: сравнить 2 растения: в темноте и на солнце.
Карчевская Л.А., ст.воспитатель МБДОУ № 37
9. Факт: Солнце зимой не греет, а летом греет. Почему?
Карчевская Л.А., ст.воспитатель МБДОУ № 37
10. Факт: Снег холодный, но зимой он согревает деревья. Почему?
Карчевская Л.А., ст.воспитатель МБДОУ № 37
11. Факт: вода может быть в разном состоянии: газообразном, твердом, жидком.
Карчевская Л.А., ст.воспитатель МБДОУ № 37
12. Воспитатель сообщает детям, что птица живет в норе, а дети отрицают этот факт и доказывают, что только на дереве. Находим ответ на проблемный вопрос «Живут ли птицы в норе?» в рассказах Бианки.
Карчевская Л.А., ст.воспитатель МБДОУ № 37
2. ПС возникает при несоответствии известного и требуемого способа действия, когда мы побуждаем детей выполнять новые задания старыми способами
1. Предъявление факта: Снег грязный, так как в нем содержатся частицы пыли.
Что вас удивило? (пыли не видно, снег белый, значит чистый)
Как мы можем увидеть частицы пыли в снеге? (гипотезы: внимательнее рассмотреть, рассмотреть под лупой – знакомое действие)
После рассматривания приходят к выводу, что увидеть частицы пыли сложно или их там нет (расхождение мнений).
Давайте поступим так, как делают ученые – проведем опыт. Вы уже знаете, как проверить чистоту воды, а как можно проверить загрязненность снега?
Воспитатель напоминает об опыте, когда дети проверяли воду на чистоту.
Дети: нужно растаять снег и получится вода, мы ее профильтруем и посмотрим через увеличительное стекло (знакомое действие).
Снег тает долго и воспитатель задает вопрос:
Что можно сделать, чтобы снег растаял быстрее? (подогреть – новое действие)
Проводят опыт совместно с воспитателем, самостоятельно выполняют фильтрацию воды и делают вывод.
2. ПС: лепка куличей из сухого песка, сухой глины «Как слепить куличики?».
Скрыпник Г.Б., воспитатель МБДОУ № 22
3. Ручка используется для письма (функция ручки). Предложить детям выполнить рисунок без краски, карандашей, фломастеров. Возникает вопрос: чем еще можно нарисовать рисунок? - Ручкой.
Аладьина Т.С., воспитатель МБДОУ № 34
Спицына С.А., воспитатель МБДОУ № 26
Досмухамедова Н.Г., воспитатель МБДОУ № 27
4. Уход за комнатными растениями: Детям предлагается протереть листья фикуса и влажной фиалки тряпочкой. Так как у фиалки на листьях ворсинки, тряпочкой протереть невозможно. ПС «Как очистить листья фиалки от пыли?»
Жилинская М.А., Жарикова Н.М., воспитатели МБДОУ № 54
Аксёнова Т.Е., воспитатель МБДОУ № 83
5. Рисование. На первом занятии дети рисовали дерево. На втором занятии детям предлагается нарисовать лес на общем ватмане.
– Как мы все вместе будем рисовать лес на одном листе? Будет ли всем удобно? Что можно сделать?
Подводим к выводу, что каждый может нарисовать дерево на отдельном листе, вырезать и наклеить на общий лист ватмана.
Перминова Н.В., воспитатель МБДОУ № 27
6. Математика. Детская проблема: Нужно козлику перебраться на другой берег реки, но не может. Необходимо подобрать мостик (полоска бумаги) и проложить через речку.
При выполнении задания дети сталкиваются с затруднением – не все мостики подходят.
Что надо сделать, чтобы подобрать правильную полоску? (сравнить длину полоски и ширину реки).
Перминова Н.В., воспитатель МБДОУ № 27
3. ПС можно создавать, побуждая детей к сравнению, сопоставлению и противопоставлению противоречивых
- фактов, явлений
- мнений ученых, писателей, сказочных героев
- мнений самих дошкольников
- различных вариантов текстов произведений, сказок, видов искусств
1. ПС: «Почему варежки мокрые?»
Какое время года на улице? (зима)
Мы видели на прогулке воду?
Зимой мы можем увидеть на улице воду?
Почему промокли наши варежки, и, откуда взялась вода, если на улице снег?
2. ПС: «Почему сырник называется сырником, если он готовится из творога?»
Клыкова Е.В., Полякова Н.Н., воспитатели МБДОУ № 65
Куприянова О.В., Церфус О.Е., воспитатели МБДОУ № 63
3. ПС: «У всех птиц есть крылья, но почему не все летают?».
(Постановка гипотез, познавательно-исследовательская деятельность)
Клыкова Е.В., Полякова Н.Н., воспитатели МБДОУ № 65
Куприянова О.В., Церфус О.Е., воспитатели МБДОУ № 63
4. После чтения сказки «Морозко» детям задается вопрос:
Морозко под пуховой периной прячет зеленую траву, чтобы не замерзла. Так в сказке, а как в жизни? Мнения детей расходятся: да – нет. Объясняют почему.
ПС: «Трава под снегом замерзает или нет?»
На прогулке проводится опыт с термометрами. Один термометр закапывают глубже в снег, другой – вешают на ветку дерева. Сравнивают температуру и выясняют, что температура под снегом выше. Также раскапывают снег, чтобы выяснить: осталась трава под снегом или нет.
Скрыпник Г.Б., воспитатель МБДОУ № 22
5. Чтение стихов и загадок о морозных узорах на стекле.
ПС: «Откуда появляются на стекле узоры?»
Скрыпник Г.Б., воспитатель МБДОУ № 22
6. - Прочтите слово, написанное на доске «Поля» и, найдите этот предмет в нашей картинной галерее.
Почему вы выбрали две разных картины, на которых изображена девочка Поля и ландшафт - поля? Почему так получилось? Ведь я написала на доске одно слово.
Я покажу вам картину, а вы хором назовете тот предмет, который на нем изображен. Послушайте, как они звучат, определите, в чем разница в произношении.
Дети приходят к выводу: ударение падает на разные слоги, и от того, на какой слог оно падает, зависит его смысл.
Аладьина Т.С., воспитатель МБДОУ № 34
Спицына С.А., воспитатель МБДОУ № 26
Досмухамедова Н.Г., воспитатель МБДОУ № 27
7. ПС: «Почему весной, когда везде все растаяло, в Воркуте лежит снег?»
Бодарева О.В., Федорук М.В., воспитатели МБДОУ №103
8. ПС: «Все ли медведи спят зимой?»
Возникает при сравнении белого и бурого медведя, их образа жизни, приспособленности к условиям. Белый медведь в спячку не впадает.
Бодарева О.В., Федорук М.В., воспитатели МБДОУ №103
9. При изучении свойства льда и наблюдениях на прогулке могут появиться проблемные вопросы:
Откуда берутся сосульки?
Почему зимой сосулек нет, а весной они появляются?
Откуда на крыше вода?
Жилинская М.А., Жарикова Н.М., воспитатели МБДОУ № 54
Аксёнова Т.Е., воспитатель МБДОУ № 83
10. ПС: «Что такое колокольчик?» (звонок – цветок).
Карчевская Л.А., ст.воспитатель МБДОУ № 37
4. ПС можно создать, учитывая и используя типичные ошибки детей или односторонний подход к явлениям
1. При ознакомлении с пустыней дети пришли к выводу «В пустыне жить нельзя, там нет воды». Формулируем проблему: «Есть ли в пустыне вода? Можно ли жить в пустыне?». Далее могут появиться вопросы «Кто живет в пустыне? Что растет в пустыне?»
Клыкова Е.В., Полякова Н.Н., воспитатели МБДОУ № 65
Куприянова О.В., Церфус О.Е., воспитатели МБДОУ № 63
2. Из практики: дети представляют «бутончик» как «батон». Выясняем, ищем информацию, что такое «бутончик» и «батончик».
Скрыпник Г.Б., воспитатель МБДОУ № 22
5. П.С. можно создать при побуждении детей к выдвижению гипотез, предварительных выводов и обобщений. Противоречие возникает в результате столкновения различных мнений детей, а также между выдвинутым предположением и результатом его опытной проверки
1. ПС: «Как нарисовать траву, если нет зеленой краски?»
Как мы можем получить зеленую краску, если у нас только синяя и желтая краски?
Щербина С.А., Рычкова О.А., воспитатели МБДОУ № 42
Смирнова Е.А., воспитатель МБДОУ № 18
2. ПС: «Что быстрее в тепле растает: снег или лед?»
Выводим гипотезы, проверяем опытническим путем.
Может возникнуть вопрос «Почему лед тает быстрее, чем снег?»
Аладьина Т.С., воспитатель МБДОУ № 34
Спицына С.А., воспитатель МБДОУ № 26
Досмухамедова Н.Г., воспитатель МБДОУ № 27
11. При чтении сказки «12 месяцев». Побуждаем выдвигать гипотезы на проблемный вопрос: «Могут ли встретиться сразу 12 месяцев. Почему?»
Карчевская Л.А., ст.воспитатель МБДОУ № 37
Список литературы
Ильницкая И.А. Проблемные ситуации и пути их создания на уроке. – М.,1985.
Кудрявцев Т.В. Проблемное обучение: истоки, сущность, перспективы. – М., 1991.
Глава 4. АЛГОРИТМ РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМНЫХ СИТУАЦИЙ
Значение АРИЗ (алгоритма решения изобретательских задач) при поиске решения проблем Г.С. Альтшуллер определил очень четко: «Решение задачи по АРИЗ - это творчество в любом понимании. Организованное творчество - это самое главное. Возможность организации творчества дает надежду на то, что так же можно организовать творчество в других видах человеческой деятельности, что неизмеримо более заманчиво, чем просто возможность решать технические задачи.
Наша высшая задача - перестроить мышление»4.
Под перестройкой мышления Г.С. Альтшуллер понимал замену хаотичного поиска идеи решения (когда «мысли суетятся») такой четко организованной последовательностью выполнения мыслительных операций, при которой каждый шаг мысли обоснован и логически вытекает из предыдущих шагов. Как же можно выработать навыки технологии «как думать»?
Чтобы приобрести навыки любой профессии, нужны длительные тренировки с комплексом специальных упражнений, только тогда появляется автоматизм при выполнении необходимых операций. Следовательно, нам нужен такой комплекс упражнений, в каждом из которых есть проблемная ситуация - только при ее решении работает мышление, и алгоритм, который позволит преобразовать проблему в задачу и найти идею ее решения. При этом алгоритм не заменяет мышления - он только показывает направление - «куда думать».
Сформулируем требования к такому алгоритму:
осознанность мыслительных операций и управляемость ими;
получение результата на уровне идеального (для данной проблемной ситуации);
лаконичность;
повторяемость результата при соблюдении алгоритма;
универсальность (применимость для анализа и поиска решения любых проблем).
В качестве комплекса упражнений лучше всего использовать так называемые «изобретательские задачи» - реальные технические проблемы, которые возникали при создании или совершенствовании различных машин и механизмов. И пусть никого не смущают термины «изобретательские» и «технические»: первый говорит только об оригинальности проблемы и необходимости особого подхода к ее решению. А «технические» знания, которые требуются для поиска решения, находятся на уровне 8–9-го классов средней школы (а чаще и того меньше). Главное, что понадобится при поиске решения, - это четкая логическая последовательность выполнения всех мыслительных действий по «перемалыванию» задачи. А чтобы алгоритм воспринимался вами не как спущенная сверху инструкция, которую почему-то надо выполнять, а осознанно, чтобы стал он своим, родным и близким, выведите его сами в ходе анализа и поиска решения четырех проблем.
Проблема 1
ЛАМПА Г. Н. БАБАКИНА
Процесс мягкой посадки ракеты после полета осуществляется следующим образом: чтобы ракета стала на «ноги», расположенные обычно в хвостовой части, ее перед посадкой разворачивают хвостовой частью к посадочной поверхности (рис. 4.1). Затем включаются тормозные двигатели, которые обеспечивают торможение и плавный спуск ракеты.
При проектировании первого в мире посадочного комплекса «Луна-16» для мягкой посадки на Луну в его хвостовой части установили мощную лампу, чтобы осветить лунную поверхность под «ногами» станции. Лампы накаливания состоят из трех основных частей: нити накаливания, стеклянной колбы для сохранения вакуума, в котором находится нить5, и цоколя - металлической части, соединяющей лампу с источником электроэнергии и местом ее установки. Посадочный комплекс спроектировали, рассчитали, изготовили, стали испытывать на стенде. В режиме «Посадка» включили лампу. Лампа зажглась, но через некоторое время задымилась, стала матовой и перегорела.
При исследовании выяснилось, что в месте соединения стеклянной колбы с цоколем в стекле образуются микротрещины. Выяснили и причину образования микротрещин - от вибрации, которую создают во время работы тормозные двигатели. Через трещины проникает воздух, раскаленная нить накаливания окисляется и перегорает. Как быть?
Сотрудники отдела, ответственного за изготовление лампы, перепробовали множество вариантов, но... При решении этой задачи методом мозгового штурма обычно намечаются такие направления поиска решения:
1. Устранить воздействие вибрации на лампу. С этой целью предлагаются различные виды подвесок, пружин, амортизаторов, пластичных составов, гасящих вибрацию, вплоть до вынесения лампы из комплекса и освещения места посадки каким-нибудь другим способом (например, вторым спутником).
2. Изменить конструкцию лампы. Характер этих предложений сводится к замене лампы накаливания дуговой лампой типа прожектора, изменению способа крепления лампы (без цоколя) к корпусу станции, усилению той части колбы, которая трескается, и т.д.
Рассмотрим лампу как систему, основная функция (ОФ) которой - освещать место посадки. Лампа состоит из трех основных элементов - подсистем: нити накаливания, цоколя и колбы (рис. 4.2). Основную функцию системы выполняет подсистема «нить накаливания», создавая световой поток в раскаленном состоянии. Цоколь и колба выполняют вспомогательные функции (ВФ): цоколь держит всю лампу в корпусе станции и соединяет ее с источником тока; колба обеспечивает вакуум, предохраняя раскаленную нить от взаимодействия с кислородом воздуха.
Если вспомнить, что лампа, хотя и проектировалась на Земле, работать должна на Луне, где практически нет кислорода и вполне достаточно своего вакуума, то сразу же возникает вопрос: «А зачем на Луне колба? Давайте ее уберем!» Именно такое решение предложил главный конструктор комплекса «Луна-16» Г.Н. Бабакин, как только ознакомился с проблемой.
Рассмотрим инструментарий, который позволил выйти на такое решение.
Прежде всего был проведен структурный анализ системы, предназначенной для выполнения конкретной основной функции, определен ее состав (подсистемы) и функции каждого элемента. Затем эти функции были перенесены в ту среду, в которой должна работать вся система. Одного этого анализа оказалось достаточно, чтобы найти практически идеальное решение: вся система остается без изменений, а вредное качество исчезает. Назовем задачу, в которой можно реализовать такое решение, минимальной, или мини-задачей.
Сделаем первые выводы:
при анализе ситуации необходимо четко определить ОФ системы, состав системы и элементы, обеспечивающие выполнение ОФ;
для получения идеального решения нужно стремиться устранять элементы, выполняющие ВФ.
Прикинем первую инструментальную цепочку действий при поиске решения проблемной ситуации: формулирование основной функции - определение состава системы и функций отдельных элементов - формулирование идеального конечного результата.
Кратко эту схему можно записать так:
ОФ → Состав системы → ИКР.
Проверим, можно ли использовать эту цепочку мыслительных действий для поиска решения других проблем.
Проблема 2
ИГЛА ДЛЯ ХИРУРГИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЙ
После хирургической операции разрезанные ткани сшивают ниткой - накладывают шов. Но в ушке иголки нитка складывается вдвое, и это утолщение разрывает ткани, особенно тонкие6(рис. 4.3). До недавнего времени на эти разрывы не обращали внимания, так как процесс заживления основного шва шел достаточно долго. Но в последнее время в связи с успехами медицины и фармакологии эти разрывы ткани стали затягивать процесс выздоровления. Как быть?
Лучшая из идей, которую предлагают при решении задачи мозговым штурмом, - соединять нитку с иголкой «в торец». Решение хорошее, но технологически сложное.
Проанализируем ситуацию. Основная функция системы «иголка с ниткой», для выполнения которой эта система была создана, - сшивать разрезанные ткани. Но в процессе выполнения основной функции возникает нежелательный эффект - сложенная вдвое нитка в ушке иголки образует утолщение, которое создает в соединяемых тканях разрывы. Причина образования утолщения - необходимость соединять иголку с ниткой.
Здесь важно обратить внимание на еще один момент: это утолщение существовало всегда, но на него не обращали внимания, так как процесс выздоровления больного зависел от других факторов. Но с некоторого времени к этому соединению стали предъявлять новые, повышенные требования - и возник нежелательный эффект. Конечно, утолщение можно устранить, если не соединять нитку с иголкой: тогда ткани не будут разрываться, но и иголка с ниткой не будут объединены в систему и не смогут выполнять свою основную функцию.
Таким образом, между основной функцией данной системы (сшивать ткани) и нежелательным эффектом (образованием разрывов) существует четкая причинно-следственная связь: ЕСЛИ мы хотим сшивать ткани, ТО должны соединить нитку с иголкой, НО тогда образуются разрывы.
И обратно: ЕСЛИ мы хотим предотвратить образование разрывов, ТО не должны соединять нитку с иголкой, НО тогда не сможем сшить разрезанные ткани.
Отсюда хорошо видно, что попытка обеспечить выполнение основной функции с помощью определенного принципа действия системы приводит к появлению соответствующего нежелательного эффекта. А попытка устранить возникший эффект приводит к появлению нового нежелательного эффекта: в частности, к невозможности выполнять основную функцию.
Возникает противоречие: нитка должна быть соединена с иголкой в ушке, чтобы сшивать разрезанные ткани (выполнять ОФ), и не должна быть соединена, чтобы не возникал нежелательный эффект (утолщение в ушке, которое приводит к разрыву тканей). Иными словами, соединение должно быть - и не должно быть.
Противоречие, при котором к одному состоянию, свойству или параметру системы предъявляются противоположные ФИЗИЧЕСКИЕ требования, называется физическим противоречием (ФП).
Определим условия, при которых можно устранить физическое противоречие. Очевидно, что в идеале иголка, нить и место их соединения должны иметь одинаковый диаметр. Одинаковый диаметр получится, если иголку с ниткой «состыковать» - обеспечить соединение «в торец», но осуществлять такое соединение в операционных условиях слишком сложно.
Уточним функции каждого элемента этой системы.
Основную функцию - «сшивать ткани» - выполняет нить, которая, кстати, стоит значительно дешевле иголки. Иголка же выполняет две вспомогательные функции - прокалывает отверстие и протягивает в него нить. Нельзя ли убрать элемент, выполняющий вспомогательные функции? Можно, если эти функции «по совместительству» будет выполнять элемент, выполняющий основную функцию.
Что же для этого необходимо? Чтобы нитка могла выполнять функции иголки, она, без сомнения, должна обладать и свойствами иголки, т.е. быть острой и твердой. А чтобы сохранить возможность выполнять свою основную функцию - сшивать - нитка должна быть гибкой и эластичной. Причем в данном случае в одно и то же время. Новое физическое противоречие.
Его можно разрешить, если принять во внимание, что свойствами иголки должна обладать не вся нить, а только ее часть - кончик. Как это сделать? Обратились к специалистам-химикам. Они подобрали специальный раствор, нить, пропитанная таким раствором, становилась твердой. Оставалось заточить кончик нити.
Сделаем очередные выводы. Определять ОФ системы, ее состав и функции элементов нужно, но этого недостаточно: при попытке устранить один нежелательный эффект возникает другой, между ними существует причинно-следственная связь, и, если продолжать стремиться к ИКР, возникает физическое противоречие.
Инструментальная цепочка мыслительных действий при анализе и поиске решения проблемной ситуации дополняется: формулирование основной функции (ОФ) - определение состава системы и функций отдельных элементов - выявление причинно-следственной связи (Если - То - Но) в двух вариантах - выявление физического противоречия (ФП) - формулирование идеального конечного результата (ИКР).
Запишем ее кратко:
ОФ → состав системы →
→ Если - То - Но → ФП → ИКР.
Проблема 3
РАДИОСТАНЦИЯ ДЛЯ АЛЬПИНИСТОВ
При восхождении на высокие вершины альпинисты для связи с базовым лагерем используют радиостанции, которые работают на фиксированных частотах (рис. 4.4). Но высоко в горах при температурах ниже –50 °С транзисторы сильно охлаждаются, и их физические свойства меняются. В результате меняется частота, на которой они должны работать, и связь с лагерем нарушается. Чтобы радиостанция не замерзала, ее главную часть (генератор частоты) предложили поместить в термостат - сосуд типа термоса с подогревом, а наружу вывести антенну, микрофон и динамик. Но оказалось, что термостат будет весить в три-четыре раза больше, чем сама радиостанция, да еще нужен мощный аккумулятор в качестве источника питания - а это опять лишний вес, который носить в горах очень трудно. Как быть?
Проанализируем ситуацию - почему возникла проблема? Основная функция, которую должна выполнять система в составе: радиостанция, базовый лагерь внизу и альпинист наверху, - обеспечить устойчивую радиосвязь между базовым лагерем и альпинистом. Радиостанция была спроектирована для работы в нормальных климатических условиях - при средних температурах - и прекрасно выполняла свою основную функцию. Используя радиостанцию на восхождениях в горах при низких температурах, альпинисты предъявили к ней значительно более жесткие требования, и радиостанция работать отказалась. Так возник нежелательный эффект № 1 (НЭ1). Чтобы его устранить, предложили использовать средство устранения (СУ) - термостат. Термостат действительно обеспечивает устойчивую радиосвязь, но много весит, что создает новый нежелательный эффект (НЭ2).
Сформулируем причинно-следственные связи в их противоположных состояниях:
1. Если использовать термостат (СУ), то нарушений связи не будет (НЭ1 устраняется), но появляется лишний вес (НЭ2).
(Черточка над обозначением указывает на его отрицание, т.е. на противоположное значение.)
2. Если же термостат не использовать (СУ не вводить), то лишний вес не появляется (НЭ2 не возникает), но сохраняется нарушение радиосвязи (НЭ1).
Схематически это можно записать так:
Свойство связи между двумя взаимодействующими объектами, при котором изменение одного объекта, или его части, или его параметра в нужную для нас, потребителей, сторону вызывает недопустимое для нас, потребителей, изменение другого объекта, или его части, или его параметра, называется техническим противоречием (ТП).
Таким образом, между возможностью иметь устойчивую радиосвязь и необходимостью таскать лишний вес существует прямая зависимость, причем без всяких возможных компромиссов: или связь и лишний вес, или ни веса, ни связи.
Чтобы поставить изобретательскую задачу, применим прием, который уже был использован в задаче о лодке Робинзона: введем в систему отсутствующий, идеальный термостат. Такой термостат ничего не весит, не потребляет никакой энергии (так как он отсутствующий!), но прекрасно выполняет свою функцию: согревает радиостанцию.
Тогда постановка изобретательской задачи может схематически выглядеть так:
т.е. не вводя средство устранения
И тем самым не создавая новый нежелательный эффект, устранить имеющийся нежелательный эффект. Наша конкретная задача может быть записана так: не вводя термостат и тем самым сохраняя способность отсутствующего термостата не создавать лишний вес, обеспечить незамерзание радиостанции.
Из постановки изобретательской задачи и противоречия технического естественно вытекает противоречие физическое: термостат должен быть, чтобы радиостанция не замерзала и обеспечивалась устойчивая радиосвязь (основная функция системы), и термостата быть не должно, чтобы не приходилось носить лишний вес (чтобы не возникал НЭ2).
Функцию идеального крана в задаче о лодке Робинзона выполняла сама система. Очевидно, что функцию идеального термостата, как и любого идеального элемента, тоже должна выполнять сама система. Тем более что термостат выполняет вспомогательную функцию. А опыт решения предыдущих задач подсказывает, что от таких элементов нужно избавляться. Поэтому идеальное решение должно выглядеть так: система сама обеспечивает обогрев радиостанции.
Уточним состав системы, т.е. когда и при каких условиях ведется радиосвязь. Очевидно, только тогда, когда радиостанция находится в горах вместе с альпинистом, который сам является прекрасным источником тепла. Следовательно, функцию термостата - подогревать - можно передать альпинисту. Было предложено ту часть радиостанции, которая боится мороза, помещать в нагрудный карман комбинезона, а наружу вывести только микрофон, динамик и антенну.
Сделаем очередные выводы. Инструментальная цепочка действий при поиске решения проблемной ситуации дополняется новыми шагами: формулирование основной функции (ОФ) - определение состава системы и функции отдельных элементов - формулирование технического противоречия (ТП) в двух вариантах (выявление нежелательного эффекта НЭ1 - введение средства устранения СУ - появление нового нежелательного эффекта НЭ2) - постановка изобретательской задачи (ИЗ) - формулирование физического противоречия (ФП) - формулирование идеального конечного результата (ИКР).
Запишем кратко новую схему:
ОФ → состав системы → ТП (НЭ1 → СУ → НЭ2) →