Педагогічні науки / 2. Проблеми підготовки фахівців

Рикова Л.Л.

Комунальний заклад «Харківська гуманітарно-педагогічна академія» Харківської обласної ради, Україна

Взаємозумовлене використання структурних і функціональних моделей як дидактична умова в процесі підготовки майбутніх вчителів природничо-математичних спеціальностей

Особлива роль в успішності функціонування суспільства належить фундаментальним наукам, ядро яких складають природознавство і математика, оскільки вони забезпечують науково-технічний і технологічний розвиток. Саме тому ключовим завданням вищої педагогічної освіти сьогодні є підготовка вчителів природничих і математичних дисциплін, здатних в найближчий термін поліпшити стан природничо-математичної підготовки випускників шкіл. Загальновизначеним фактором забезпечення якісного навчання є добір та використання засобів навчання. На думку учених-психологів (В.В. Давидова, Л.М. Фрідмана, А.І. Уйомова, Н.Г. Салміної та ін.), одним із найпродуктивніших засобів навчання є моделі. Теоретичні питання щодо застосування моделей у навчанні розглянуті Ю.К. Бабанським, П.Л. Гальпєріним, В.В. Давидовим, Д.Б. Ельконіним, В.Н. Каганом, А.В. Славіним, Л.І. Шиловою та іншими. Разом із тим, практика роботи вищих педагогічних навчальних закладів свідчить, що в системі підготовки майбутніх вчителів природничо-математичних спеціальностей дидактичний потенціал навчальних моделей залишається недостатньо реалізованим, передусім через відсутність науково обґрунтованих підходів до їх добору і застосування. Незважаючи на велику кількість робіт, присвячених різним аспектам використання моделей у вивченні природничо-математичних дисциплін, залишились невирішеними низка питань. Зокрема, ані в теоретичних, ані в експериментальних роботах не вивчалися питання про комплексне використання моделей. Наше дослідження присвячене саме цьому питанню.

Глибинне розуміння об’єктів вивчення природознавства і математики, теоретичні узагальнення у межах конкретних наук, а також філософські узагальнення в межах міжпредметних зв’язків мають модельний характер. При цьому використання моделей має низку особливостей, головна з яких полягає у застосуванні послідовностей моделей, які з одного боку сприяють глибокому проникненню в суть об’єктів вивчення, а з іншого боку відображають еволюцію розвитку науки в цілому. Викладання природничих і математичних дисциплін запозичило у відповідних наук історичну послідовність уявлень про певне коло явищ і процесів. З цим, зокрема, пов’язана етапність навчання. Практична реалізація такого підходу до навчання диктує «ступінчасту» структуру кожного етапу навчання. На першому етапі завжди увага зосереджена на вивченні конкретних об’єктів, явищ, процесів, які складають певний розділ природничої чи математичної науки. Наприклад, такі явища як фотоефект, випромінювання та поглинання світла атомами складає розділ фізичної науки «Квантова оптика», а такі геометричні об’єкти як еліпс, гіпербола, парабола складають в аналітичній геометрії розділ «Криві другого порядку». На другому етапі узагальнюються усі результати, що отримані на попередньому етапі, внаслідок чого народжується теорія (система уявлень), в межах якої знаходять пояснення усі явища, процеси й об’єкти, що були вивчені на попередньому етапі (звичайно, в діапазоні тих експериментальних і теоретичних методик, що існують на відповідний момент часу). На третьому етапі порівнюються існуючі на якомусь часовому періоді теорії, які існують у суміжних природничих або математичних науках. Виділяються найбільш загальні закономірності, принципи, залежності в природі, які й визначають основи світорозуміння.

Наразі, визначивши зміст кожного з трьох етапів навчання, підкреслимо, що «ступінчастість», про яку мова йшла вище, по-перше, розповсюджується на кожний з цих трьох етапів, по-друге, на кожному етапі має свою специфіку. Це, в свою чергу, визначає специфіку створення і використання моделей на кожному етапі. Оскільки «ступінчастість» пов’язана з дискретним розвитком уявлень про окремі об’єкти, про окремі науки, про світ в цілому, то про специфіку моделей і їх використання можна говорити тільки в цьому ракурсі.

Отже, на першому етапі вивчається деякий конкретний об’єкт з певної групи об’єктів, що складають деякий розділ (підрозділ) конкретної природничої або математичної науки. Спочатку вивчається структура об’єкта шляхом безпосередніх спостережень, а також за допомогою існуючих експериментальних методик. Результати оформлюються у вигляді таблиць, малюнків, схем, які надалі представляються у вигляді сукупності за допомогою оптимальної структурної моделі (наприклад, геометричної). Далі властивості об’єкта, що спостерігаються, співставляються з його дослідженою структурою, після чого визначаються залежності між властивостями та структурою, а також між самими структурними одиницями. В результаті викриваються деякі причинно-наслідкові зв’язки, які звичайно представляються у вигляді функціональних моделей (наприклад, математичних). Подальше дослідження даного об’єкта звичайно супроводжується появою нових (раніше невідомих) властивостей об’єкта, для пояснення яких не вистачає даних про відому структуру об’єкта і відомих залежностях. Здійснюється наступний крок «вглиб» об’єкта, виявляються нові структурні одиниці, уточнюється структурна модель. Слідом за цим з’являються нові функціональні моделі, тобто нові залежності. Наступний крок в черговий раз уточнює (або змінює) структурну модель, що супроводжується з’ясуванням нових залежностей, тобто появою нових функціональних моделей, і так далі. Саме таким чином виникає чергування структурних і функціональних моделей, які переплітаються одна з одною, породжують одна одну, перебувають в органічному взаємозв’язку. В якості прикладів можна навести будь-який «відрізок» розвитку уявлень як у бік мікросвіту, так і у бік макросвіту. Неможливо без чергування структурних і функціональних моделей пройти ланцюжок «Земля – Сонячна система – зоряні скупчення – Чумацький шлях - …», також як і в бік «тіло – молекула – атом – ядро атома (нуклони) – мезони – ферміони – …». Аналогічні шляхи проглядаються і при вивченні біологічних систем: структура – функціональні зв’язки - структура – функціональні зв’язки  і так далі. Такий шлях є оптимальним при вивченні будь-яких об’єктів, явищ, процесів. Саме цим шляхом йдуть теорія твердих тіл, теорія рідин і газів, електродинаміка, магнітодинаміка, оптика тощо. При цьому структурні моделі породжують функціональні і навпаки, органічно переплітаючись одна з одною, утворюючи цільну неподільну реальність. В математиці класичним приладом такого багатоступінчастого алгоритму є шлях, який веде до розуміння найбільш важливого об’єкта у математичному аналізі – інтеграла за мірою. Основні етапи цього шляху – інтеграл на сегменті – криволінійний інтеграл – поверхневий інтеграл – потрійний інтеграл і так далі.

Таким чином, глибоке вивчення будь-якого конкретного об’єкта як у природознавстві, так і в математиці реалізується поетапно. На кожному етапі створюється уточнена (на порівняння з попереднім етапом) структурна модель об’єкта і функціональні моделі, що випливають з неї, які характеризують причинно-наслідкові зв’язки між структурними одиницями і властивостями об’єкта, що спостерігаються. Тому ми розглядаємо взаємозумовлене використання структурних і функціональних моделей, що породжують одна одну і органічно пов’язані між собою, як дидактичну умову в процесі підготовки майбутніх вчителів природничо-математичних спеціальностей.

Література:

1. Давыдов В. В., Варданян А. У. Учебная деятельность и моделирование. Ереван, 1981.— Вопросы психологии, 1981, № 6, с. 13—26.

2. Салмина Н.Г. Виды и функции материализации в обучении. М.: Изд-во Моск.ун-та, 1981.

3. Фридман Л.М. Наглядность и моделирование в обучении. — М.: Знание, 1984

4. Шилова Л.И. Моделирование как метод познания и обучения на уроках математики. Проблеми сучасної педагогічної освіти. Сер.: Педагогіка і психологія. – Зб. Статей: Вип. 16 – Ялта: РВВ КГУ, 2007. –Ч.2.