Применение алгоритмических процедур в обучении школьников решению творческих задач

А.А. Гин

Ключевые слова:

алгоритмические процедуры, творческие задачи, теория решения изобретательских задач.

применение алгоритмических процедур в обучении школьников решению творческих задач

В статье показана разработанная автором процедура решения исследовательских и изобретательских задач, которая может быть использована в школе при развитии у учащихся творческого мышления.

Умение решать творческие нестандартные задачи сегодня необходимо любому человеку. Динамично развивающееся общество, быстро меняющиеся условия жизни побуждают человека постоянно действовать в ситуациях неопределенности, тем самым решать каждый раз новые задачи.

Актуальность обучения школьников решению творческих задач обусловлена в России необходимостью перехода к инновационной экономике, которая предполагает развитие высоких технологий, а, значит, и постоянное решение творческих (исследовательских и изобретательских)задач.

Для решения сложных задач были разработаны алгоритмы (по терминологии Г. Альтшуллера и других исследователей -эвристические процедуры), включающие различные инструменты теории решения изобретательских задач (ТРИЗ) и рекомендации по последовательности их использования. При решении задачи по такому алгоритму изобретатель по установленным

I A.A. Гин

правилам корректирует первоначальную формулировку задачи, строит модель задачи, определяет имеющиеся ресурсы, формулирует идеальный конечный результат, выявляет и анализирует противоречия, применяет специальные приёмы против психологической инерции.

Первый алгоритм появился в 1956 году, он назывался АРИЗ-56. Целью создания алгоритма было построение процесса решения задачи в некоторой логической цепи, которая повышала бы вероятность ее решения, не давала бы мысли «ходить по кругу», совершая большое количество бесплодных проб и ошибок.

АРИЗ-56 выглядит следующим образом:

I. Аналитическая стадия.

1. Выбор задачи.

2.Определение основного звена задачи.

3. Выявление решающего противоречия.

4. Определение непосредственной причины противоречия.

II. Оперативная стадия.

1. Исследование типичных приемов решения (прообразов):

а) в природе,

б) в технике.

2. Поиски новых приемов решения путем изменений:

а) в пределах системы,

б) во внешней среде,

в) в сопредельных системах.

III. Синтетическая стадия.

1. Введение функционально обусловленных изменений в систему.

2. Введение функционально обусловленных изменений в методы использования системы.

3. Проверка применимости принципа к решению других технических задач.

4. Оценка сделанного изобретения [1].

В дальнейшем АРИЗ развивался и апробировался Г.С. Альтшуллером при участии его учеников и последователей. Появлялись новые версии АРИЗ в 1959, 1961, 1964, 1965, 1971, 1977, 1982, 1985 гг. Было опубликовано 20 вариантов АРИЗ, причём каждая последующая версия усложнялась, добавлялись новые инструменты для анализа и решения.

Последняя версия АРИЗ, созданная при жизни Г.С. Альтшуллера -АРИЗ-85В. Это сложный алгоритм для решения изобретательских задач в сфере инженерно-технической деятельности. Он включает: ана-

лиз задачи; построение модели задачи и образа её идеального решения; поиск ресурсов для решения задачи; формулирование противоречия и приёмы разрешения его; рефлексивный анализ решения задачи.

Последний «классический» вариант - АРИЗ-85В, содержит 9 частей:

1. Анализ задачи (7 шагов).

2. Анализ модели задачи (3 шага).

3. Определение идеального конечного результата и физического противоречия (6 шагов).

4. Мобилизация и применение вещественно-полевых ресурсов (7 шагов).

5. Применение информационного фонда (4 шага).

6. Изменение и (или) замена задачи (4 шага).

7. Анализ способа устранения физического противоречия (4 шага).

8. Применение полученного ответа (3 шага).

9. Анализ хода решения (2 шага).

Всего 40 шагов, 10 правил и 44 примечания.

Впоследствии появилось еще несколько вариаций АРИЗ, созданных учениками Г.С. Альтшуллера. Некоторые последователи пошли по пути усложнения АРИЗ-85В, ещё более детального прописывания шагов алгоритма (например, АРИЗ-КЭВ, созданный школой Б.Л. Злотина). Другие последователи сочли, что АРИЗ-85В избыточен для большинства встречающихся в инженерной практике задач и пошли по пути упрощения алгоритма, использования нескольких усложняющихся алгоритмов в зависимости от предполагаемой сложности задачи (А.В. Подкатилин и др.).

Учеником Генриха Альтшуллера Борисом Злотиным была также сделана попытка разработки алгоритмической процедуры для детей старшего школьного возраста. Эта версия алгоритма была названа «Аризёнок» [4]. «Аризёнок» представлял собой несколько упрощённую версию АРИЗ-85, состоящую из 5 частей и 26 шагов. «Аризёнок» требовал высокой тризовской квалификации преподавателя. Усвоение «Аризёнка» требовало значительного времени, высокой мотивации и достаточно высокого уровня интеллектуального развития школьников. Может быть, поэтому он не получил сколько-либо заметного распространения.

В нашем исследовании была поставлена цель - разработать такую алгоритмическую процедуру решения задач, которая соответствовала бы содержанию школьных естественнонаучных дисциплин, уровню

развития школьников, была бы понятна и посильна в освоении при отсутствии преподавателя-тризовца высокой квалификации.

Такую процедуру мы назвали ПРИЗ (процедура решения исследовательской/изобретательской задачи).

Любая версия алгоритмов в ТРИЗ имеет несколько функциональных подразделов, а именно:

1. Анализ условия задачи и уточнение формулировки;

2. Собственно поиск идей с помощью решательных инструментов (приемы, стандарты, эффекты и др.);

3. Рефлексия процесса решения задачи по алгоритму.

Практика решения изобретательских задач в реальной инженерной деятельности показывает, что на стадии анализа задача часто переформулируется, то есть решается задача в несколько (а иногда и существенно) иной формулировке, чем это было изначально.

В учебном процессе мы ставим задачи заведомо корректно (кроме тех случаев, когда в целях обучения постановке задач специально даем некорректные формулировки, но это уже на сравнительно более поздних этапах обучения). Поэтому аналитический этап при решении учебных задач может быть значительно упрощён, однако, он необходим для лучшего осознания учениками условия задачи, вычленения главного и, наоборот, неважного в условии. К тому же практика обучения показывает, что без этого этапа учащиеся начинают выдвигать идеи еще до того, как внимательно прочтут условие.

ПРИЗ не использует сложные для понимания (без специального обучения) школьника термины и инструменты ТРИЗ, такие как техническое и физическое противоречие, вещественно-полевой анализ и др.

ПРИЗ предлагает всего один решательный механизм (перечень воздействий) для физических задач, и один (перечень биологических функций) для биологических задач. Вызвано это тем, что основной педагогической целью ПРИЗ является формирование у учащихся определенной последовательности умственных действий, упорядочивающих решение исследовательской или изобретательской задачи, а не собственно нахождение идей по решению сложной реальной задачи. Это вполне достигается и при одном решательном механизме.

ПРИЗ содержит функциональный элемент по проверке решения, что особенно важно при формировании «дисциплины умственной деятельности» при решении задач детьми, склонными к выдвижению фантазийных, зачастую ни на чем не основанных идей (в отличие от

взрослого специалиста, обычно хорошо знающего ограничения, в рамках которых решается задача). ПРИЗ-Ф предназначен для решения задач преимущественно с физическим содержанием, ПРИЗ-Б - с биологическим содержанием. ПРИЗ сравнительно прост в освоении, может быть использован учителями на уроках физики и биологии или в дополнительном образовании.

В качестве примера приведем простейшую версию ПРИЗ для решения биологических задач.

ПРИЗ-Б

0. Подготовка к работе.

Запишите условие задачи. Если, прочтя условие, вы сразу догадались о сути решения, подумайте, единственное ли оно? Нет ли лучшего решения?

1. Системность.

Что входит в исследуемую систему? Из каких элементов она состоит? Что в ней происходит (или должно происходить)? Что находится в окружении исследуемой системы? Что именно нужно объяснить?

2. Прием обращения (если нужно обратить задачу исследовательскую в изобретательскую).

Вместо вопросов «Как?», «Почему?», «Возможно ли?» задается вопрос «Как сделать, чтобы...».

3. Идеальный конечный результат.

Как сделать, чтобы интересующее нас действие или явление произошло само собой? Интересующее нас явление произойдет само собой, если.

4. Перечисление процессов.

Какие процессы (явления, взаимодействия) могут происходить в системе? Какие из них могут способствовать интересующему нас явлению? Проверьте процессы биофизические, биохимические, физиологические. Какие действия по ДОГОВОРу являются главными, или определяющими для данной задачи.

5. Перечисление ресурсов.

Какими ресурсами располагает система? Где в ней или вблизи нее могут находиться интересующие нас вещества? Какие морфологические, анатомические, физиологические особенности организмов (биообъектов) могут быть нам полезны? Какие системы живого организма располагают необходимыми нам ресурсами?

6. Формулировка гипотез.

Какие предположения (гипотезы) можно выдвинуть, отвечая на вопрос задачи? При поиске гипотез используйте ДОГОВОР

7. Проверка правдоподобности гипотез и оценка решения.

Какие есть доказательства достоверности выдвинутых гипотез? Оцените идеальность решения по надёжности и целесообразности.

ДОГОВОР с природой

Любой организм живет в окружающей среде. И чтобы жить, ему необходимо осуществлять все жизненно важные процессы. Эти процессы, направленные на сохранение жизни, можно зашифровать одним словом - ДОГОВОР (Дыхание, Обмен веществ, Гомеостаз, Обмен энергии, Выживание, Обмен информацией, Размножение). Образно говоря, организм как бы заключает ДОГОВОР с окружающей его природой об условиях своего существования и выживания в природе.

Подробнее о процессах, входящих в ДОГОВОР:

ДЫХАНИЕ. Все живые существа дышат. При дыхании из окружающей среды поступает окислитель, необходимый для протекания окислительно-восстановительных реакций в организме, и выделяются газообразные продукты обмена.

ОБМЕН ВЕЩЕСТВ (питание и выделение отходов). Живой организм нуждается в «строительном материале» для клеток (питание и питье). Организм получает пищу пассивно (фильтрация) или активно добывает (поиск, поглощение пищи, различные способы охоты - привлечение, преследование, подкарауливание), питательные вещества доставляются кровеносной системой к клеткам, отходы удаляются (выделение).

ГОМЕОСТАЗ. Способность к сохранению постоянной внутренней среды (температуры, давления, рН среды...) при неблагоприятных абиотических факторах в изменчивой внешней среде.

ОБМЕН ЭНЕРГИИ (теплообмен). Для жизнедеятельности необходима энергия. Откуда ее берут живые существа? Из окружающей среды (энергия Солнца, термальных источников), из преобразованной (запасенной) энергии органических веществ - это питательные вещества, которые расщепляются с выделением энергии. Избыток тепла удаляется из организма при испарении влаги, при дыхании.

ВЫЖИВАНИЕ (поведенческие реакции организма). Стремление к безопасному существованию, способность избегать опасностей при

взаимодействии с биотическими факторами внешней среды; способность выживать среди других существ (хищников, паразитов). Это активное движение и преднамеренная неподвижность (маскировка, затаивание, укрытие, отпугивание, бегство); защита от паразитов; конкурентная борьба; поиск благоприятных жизненных условий, в том числе, жилища.

ОБМЕН ИНФОРМАЦИЕЙ. На всех уровнях организации живой материи происходит обмен информацией. Животные предупреждают других животных об опасности, наличии или отсутствии пищи, о готовности к продолжению рода и т. д. Передают друг другу сигналы растения и даже простейшие организмы. Информация передается с помощью звуковых и оптических сигналов, тактильных ощущений, химических веществ...

РАЗМНОЖЕНИЕ. Стремление и способность к продолжению рода (в том числе поиск и привлечение партнера). Забота о потомстве.

Комментарий:

Задачи, которые решает живое существо, как правило, возникают именно в связи с выполнением этого ДОГОВОРа, т.е. особенности морфологического строения, существования, поведения живых существ, как правило, определяются именно выполнением перечисленных процессов.

Использование разработанной алгоритмической процедуры в процессе обучения позволяет увеличить результативность формирования у учащихся умения решать исследовательские и изобретательские задачи.

Литература

1. Альтшуллер Г.С., Шапиро Р.Б. О психологии изобретательского творчества //Вопросы психологии. - № 6. - 1956. - С. 46-47.

2. Гин А. А., Кавтрев А. Ф. Объяснить необъяснимое. Серия «Библиотека Мир 2.0». - М.: ВИТА-ПРЕСС, 2012.

3. Гин А. А., Андржеевская И. Ю. Хищники нападают. Серия «Библиотека Мир 2.0». - М.: ВИТА-ПРЕСС, 2012.

4. Злотин Б.Л., Зусман А.В. Месяц под звездами фантазии: Школа развития творческого воображения. — Кишинев: Лумина, 1988.