Знаково-символическое моделирование учебной информации в процессе обучения школьников

ИННОВАЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ В ОБЩЕМ И ПРОФЕССИОНАЛЬНОМ ОБРАЗОВАНИИ

УДК 371.315

ББК 74.202.4

А. С. Галышева, Ю. А. Сверчкова

Знаково-символическое моделирование учебной информации в процессе обучения школьников

В статье раскрываются средства символико-графической формы представления информации и на их основе организация обучения школьников моделированию учебной информации в образовательном процессе.

The article considers means of the symbolical-graphic forms of representation of information and on their basis the organisation of training schoolchildren to model the educational information during the educational process.

Ключевые слова: знак, символ, графика, моделирование, учебная

информация, педагогические условия.

Keywords: character, symbol, script, modelling, educational information, pedagogical conditions.

Знаково-символическое моделирование как форма представления информации, включающая знаки, символы и графику требует знания ее конструктивных элементов. «Уже самый общий анализ показывает, что форма характеризуется пятью основными элементами: точкой, линией, плоской формой, цветом и текстурой. Эти элементы составляют словарь форм, который имеется в нашем распоряжении для графической подачи информации» [1: 28].

Визуальный язык, по мнению У. Боумена, имеет не только «словарь элементов формы, но и грамматику пространственной организации, идиомы объемной перспективы и синтаксис фразировки образов» [1: 27]. Предлагая словарь знаково-символической формы информации, этот автор дает полную характеристику его элементов, которая значима для организации учебного моделирования. В графической практике точка имеет различные размеры, формы и цветовой тон, тем самым она выступает в качестве символа. Линия как одномерное образование указывает направление, протяженность или движение. Линейная форма может варьироваться по толщине, длине, структуре, характеру, насыщенности и направлению. Плоская форма -двумерное образование, которое используется для обозначения контура, площади, очертания, обрамления. Они могут сочетаться друг с другом и вызывать представление о большой простой фигуре. Цвет

является средством для выделения значимости элементов моделей и лучшего их восприятия, осмысления и запоминания. Текстура образуется скоплением малых частичек в определенную систему, визуальный характер которой зависит от всего этого скопления в целом.

Грамматику пространства, У. Боумен рассматривает как пространственную организацию элементов практических моделей. В зависимости от поставленной задачи он выделяет одноплановую, многоплановую и непрерывную пространственную организацию абстрактной формы.

Одноплановая организация представляет собой плоское двумерное пространство, в котором размещаются элементы, кодирующие реальные объекты. Для целостного восприятия модели реального объекта, «удержания» формы на плоской поверхности У. Боумен выделяет следующие способы: прямолинейность,

непрерывность, присоединение, ассоциация параллельности, одинаковые размеры, одинаковая резкость, равномерная текстура, объединение.

Многоплановое изображение разбивает форму на отдельные плоскости, способствующие восприятию некоторых свойств и условий существования реальных объектов. Многоплановая организация элементов осуществляется с помощью приемов наложения, ассоциации расстояния, неравных размеров, различного веса, контраста, разной резкости, наложения текстур, разобщения.

В нашем понимании одноплановое изображение характерно для отражения объекта изучения, а многоплановое для его связей. Пространственная организация приводилась нами [1,3: 50] как моносистемные и полисистемные географические модели.

Непрерывное пространство объемно по своей природе, отмечает У. Боумен, и связано с построением линейной перспективы. Нам представляется, что данный способ пространственной организации элементов в процессе обучения используется только при изучении специфического содержания.

Вместе с тем ни словарь визуального языка, ни пространственная организация его элементов не обеспечивают адекватность графической модели учебной информации замыслу ее содержания, если не используются средства визуального воздействия. Эти средства служат для построения графических фраз (фразировки содержательных образов) и способствуют выявлению и отображению в графических моделях информации, сходства, различия и взаимодействия и смыслового значения ее элементов. К ним относятся связь, дифференциация, ударение. Они реализуются в моделях

с помощью физического сходства, различия, доминирования, цветового тона, текстуры, обрамления ее элементов.

Точность перевода информации на визуальный язык определяется различными способами в зависимости от цели коммуникации [1: 48]. К ним относятся следующие виды изображений: объективное - показывает идею как видимую реальность (фотография); символическое - характеризуется тем, что из реальной действительности воплощаются те характеристики объекта, которые необходимы для его познания: абстрактное - графическое

представление объекта через систему понятий, не имеющих прямого отношения к нему (перевод состояния объекта в блок-схему, взаимосвязь элементов объекта, таблицы в круговую форму и т. д.). При этом сам символ может быть ассоциативным (напоминающим форму объекта) и условным (обладать независимой от объекта формой).

Фактически У. Боумену через словарь символико-графических форм, их пространственную организацию, средства визуального воздействия удалось обосновать системное функционирование знаков, символов, графики и правила, которые определяют общие закономерности их построения, осмысления и употребления для моделирования различной информации.

В исследовании И. М. Титовой [5] мы находим подтверждение этих общих подходов, а также их конкретизацию в учебной информации и развитие в условиях обучения химии.

Семиотический и методический анализ содержания графических средств, применяемых в обучении химии позволил автору выделить две совокупности знаков, из которых практически складывается любое графическое выражение. Это знаки общелогического содержания и знаки, специфичные для выражения химической информации.

К первой совокупности знаков относятся прямая линия (отрезки), рамки, фигурные скобки, стрелки, штриховки, разные шрифты, цветовые обозначения - все то, что при условии определенного размещения на плоскости изображения обусловливает общую графическую форму организации информации (т. е. представляет ее в виде схемы, таблицы, диаграммы и т. п.) и составляет основу графического языка. Система знаков общелогического содержания определяет общепредметный характер графики в обучении и является средством выражения прежде всего структуры учебного материала.

Знаки второй совокупности выражают химическое содержание изучаемого материала, его предметную специфику. Они используются в качестве самостоятельных выражений, несущих определенную информацию (плоскостные идеальные модели атомов, молекул, электронных облаков и т. п.), насыщая собой графическую форму, создаваемую комбинацией знаков первой системы (т. е. включаясь в схему, таблицу и т. п.), они в целом определяют

предметное содержание символико-графического выражения. Из приведенного следует, что обе совокупности знаков, применяемых в учебной химической информации, представляют символикографическую систему, язык которой не выходит за рамки «словаря» У. Боумена. Вместе с тем особенности содержания образовательной области требуют выделения в этой системе основных (простых) и производных (усложненных) идеографических знаков. Усложнение знаков или использование их на новом теоретическом уровне обусловлено пространственной организацией (одноплановой, многоплановой), которая в свою очередь зависит от содержания информации.

Это дает возможность направить учебное познание на существенное проникновение в содержание образовательной области через усиление теоретического аспекта знаний; повысить активность обучающихся; подготовить обучающихся к самообразовательной деятельности на уровне функциональной грамотности.

Продуктом применения знаково-символической системы являются различной сложности и назначения символико-графические модели: схематические рисунки; разнообразные формы организации и выражения структуры учебной информации; изображения изучаемых объектов, их сущности, состава и связей.

По существу данные модели полностью соотносятся со способами визуализации информации по У. Боумену: объективный, символический и абстрактный. Кроме того, в данном перечне моделей, с одной стороны, просматривается последовательность овладения моделированием, с другой - два плана оперирования знаками, символами и графикой:

• в содержательном как средство системного выражения учебной информации;

• в деятельностном как средство организации учебнопознавательной деятельности.

В педагогических исследованиях процессов учебного моделирования (И. М. Титова, М. А. Галагузова, Г. В. Сердюк, М. А. Панфилов) рассматриваются его этапы, принципы и условия организации в процессе обучения. М. А. Галагузова и Г. В. Сердюк выделили четыре этапа моделирования: аналитический, знаковосимволический, творческий, действенный. Суть первого этапа -разделение учебного материала на большие, завершенные по содержанию блоки (дидактические единицы). Второй этап - «сжатие» учебной информации до минимальной и существенно необходимой с помощью перевода ее на знаково-символический язык - собственно моделирование.

Этот процесс осуществляется на основе следующих принципов:

• количественная ограниченность и унифицированность;

• актуализация смысловых элементов;

• автономность и модельность;

• структурность;

• ассоциативность и стереотипность.

Первый принцип требует применения минимального количества знаков, символов, графики, которые унифицируются в различных смысловых элементах учебной информации в данной модели. Второй обусловливает выделение значимости смысловых элементов содержания, которые составляют суть учебной информации: ключевые понятия, определения и т. д. Третий, четвертый и пятый принципы отражают строение и форму модели как аналог изучаемого объекта. Фактически данные принципы оговаривают способ символического изображения реального объекта (по У. Боумену), в котором используются средства визуального воздействия: связь, дифференциация, ударение.

Иначе говоря эти два этапа представляют подготовительную деятельность педагога к обучению.

Третий этап, по мнению авторов, особенно важен для формирования умений использовать знания как инструмент познания. Он включает совместную работу преподавателя и обучающихся со знаково-символической моделью: анализ, дополнение,

преобразование. На третьем этапе происходит освоение языка модели и предметных теоретических знаний по принципу от общего к частному.

На четвертом этапе обучающиеся соотносят теоретические знания с педагогической реальностью. Мы полагаем, что на этом этапе обучения вводятся в модель реальные ситуации, требующие моделирования способов их разрешения с помощью теоретических знаний. Тем самым устанавливаются недостающие знания, уточнение и соотнесение понятий.

В нашем понимании этапы дидактической информационно -развивающей модели М. А. Галагузовой и Г. В. Сердюк представляют полный цикл обучения конкретному содержанию учебной информации. Средством этого обучения является моделирование преподавателем учебной информации, которое осуществляется на первых двух этапах. Организация обучения отражена в третьем и четвертом этапах. Недостаток организационных этапов обучения нам видится в том, что слабо наполняется самостоятельная деятельность в моделировании учебной информации. Язык знаков, символов, графики вводится не как объект познания, а как его совершенствование в новых условиях. Учитывая, что авторы исследовали данную дидактическую модель в условиях высшего образования, мы допускаем правомерность их точки зрения. Однако это усиливает значимость формирования функциональной грамотности в условиях визуализации учебной информации на первой и второй ступенях общего среднего образования.

Процесс знаково-символического моделирования учебной информации и организацию обучения на его основе М. А. Панфилов разделяет на три этапа [3]: объединение учебного материала в информационно-емкие, завершенные по содержанию блоки; перевод информации на знаково-символический язык и построение ее дедуктивной формы в виде логико-семиотической модели; чтение и понимание схем конспектов (логико-семиотических текстов). Первый этап автор рассматривает как способ упорядочения организации обучения и управления познавательной деятельностью. На это направлено структурирование учебного содержания на основе следующих параметров: общий бюджет времени, группировка

учебного материала в блок-модули, резерв времени. Блок-модуль представляет собой логически-завершенный узел учебного материала, совокупность взаимосвязанных модулей, наполненных конкретным содержанием в соответствии с целями профессиональной подготовки, задачами обучения и используемыми методами. Предметные модули содержат теоретические знания как единство содержательного обобщения теоретических понятий. Обучающие модули включают некоторый объем знаний о самой учебной деятельности.

В этой связи М. А. Панфилов вполне справедливо рассматривает модуль как рейтинговую систему контроля и оценки знаний, а также как организацию умственного труда обучающихся.

Второй этап связан с переводом блок-модуля на знаковосимволический язык и построением содержания в виде схемы конспекта. Также как и предыдущие авторы, построение содержательной модели осуществляется с помощью «словаря» элементов знаково-символического языка, фразировки образов и их пространственной организации в соответствии с целями обучения и логикой содержания учебной информации для ее систематизации и поэтапного обобщения.

«Практическое осуществление моделирования как процесса пошагового содержательного обобщения учебной информации начинается с разработки уровневой модели. Она строится на основе вычленения составляющих элементов дедуктивного структурирования как экспликативной формы учебного содержания, ранжирования по значимости этих составляющих, установления взаимосвязей между ними» [3: 53].

В связи с этим автор выделяет три уровня (на примере усвоения определений терминов и понятий) систематизации учебной информации, каждый из которых имеет определенную структуру и логику построения. На первом уровне выделяются ключевые понятия с использованием графической символики (прямоугольник, одиночное обрамление, шрифт), раскрывающие то, о чем говорится в учебной

информации. На втором - выделяются сущностные признаки изучаемого понятия (что говорится?) на основе мысленного членения явления на элементы и сравнения его с другими понятиями этого рода. На этом уровне добавляются графические символы - линия, стрелки, двойное обрамление и т. д. Третий уровень - определение сопоставляемых признаков изучаемых понятий и синтезирование частей изучаемого явления, объединение в группы однородных предметов на основе обобщения отдельных изучаемых явлений.

Особенностью второго этапа моделирования, с нашей точки зрения, является представление учебной информации в систематизированном виде и процедура ее усвоения как процесс пошагового обобщения на основе анализа, сравнения, абстрагирования, синтеза.

«Перевод содержания учебной информации на искусственный язык позволяет ... оптимально продвигаться по пути формирования оперативных схем мышления. Поскольку в процесс обучения вводится и сам метод содержательного обобщения формируемых знаний и способов действия, то такие схемы конспекты студенты впоследствии строят самостоятельно в процессе изучения программного материала» [3: 54]. Полностью разделяя эту точку зрения, мы считаем, что она переносима на процесс формирования функциональной грамотности школьников, так как изучение каждого блока учебной информации начинается с процесса построения логикосемиотической модели, вокруг которой формируется необходимая информационная среда, способствующая усвоению познавательных средств - предметных и общеучебных знаний и умений.

Третий этап знаково-символического моделирования учебной информации связан с интерпретацией и применением этих моделей. Он реализуется посредством комментированного чтения схем-конспектов.

Приведенные этапы раскрывают основное условие знаковосимволического моделирования - «цикличность как набор одних и тех же процедур, . логично увязанных между собой элементов учебной деятельности в их функциональной взаимосвязи» [3: 52].

С нашей точки зрения, цикличность можно рассматривать как условие эффективности обучения моделированию, обеспечивающее повторяемость учебных действий в создании моделей различного назначения и сложности. Не менее важным является рассмотрение цикличности как принципа, требования и правила которого направлены на создание условий повторяемости учебных действий не только через этапы моделирования, но и через организацию обучения способам визуализации учебной информации.

В практическом опыте работы со схемами-конспектами, основной акцент активности смещен на деятельность учителя, который, не

привлекая учащихся, осуществляет все символико-графические операции и в готовом виде предъявляет полученное графическое выражение учащимся. Следствием такого подхода является «воспринимающе-воспроизводящий» характер деятельности учащегося, что не обеспечивает развития школьников, не создает предпосылки формирования умения учиться.

В целях активизации знаково-символической деятельности и использования ее в процессе формирования предметных знаний И. М. Титова предлагает два аспекта [5: 89-93]:

• моделирование целей и содержания графической деятельности;

• активизацию учащихся посредством включения их в предметную графическую деятельность по оперированию отдельными идеографическими знаками и логико-графическими формами выражения материала на репродуктивном, репродуктивнопродуктивном и продуктивном уровнях.

Первый аспект отражает содержательный подход, в котором выделяются два основных направления:

• о знакомление с отдельными идеографическими знаками и обучение оперированию ими (графическое моделирование химических объектов на разных теоретических уровнях);

• изучение различных форм графической организации и выражения материала и их логических функций, а также выработку умений по самостоятельному составлению и полифункциональному применению таблиц, схем и т. п.

Эти направления свидетельствуют о модернизации целей графической деятельности: из исполнительской она превращается в объект изучения. Кроме того ее результаты - графические выражения, рассматриваются как средство активизации учебной деятельности.

Второй аспект отражает организационно-методический подход, который также включает два направления: методическое обеспечение и установление субъект-субъектных отношений участников педагогического процесса. Первое направление требует разработки:

• системы заданий для учащихся на основе модернизированного понимания роли графики;

• приемов включения учащихся в активную графическую деятельность;

• необходимых дидактических материалов и наглядных пособий».

Второе направление связано с организацией совместной

деятельности по моделированию учебной информации учебника и представлением ее в форме малого графического пособия.

На основе результатов анализа научных источников можно сделать вывод о том, что знаково-символическое моделирование является технологией обучения (деятельность педагога) и усвоения

предметных и учебных знаний и умений (деятельность обучающихся). Как технология обучения оно включает:

• общую и конкретные цели, которые характерны для организации поэтапного овладения языком, приемами и способами моделирования;

• алгоритм знаково-символического моделирования учебной информации;

• методическое обеспечение обучения моделированию;

• су бъект-субъектное взаимодействие с обучающимися, результатом которого выступают модели учебной информации.

Знаково-символическое моделирование как технология усвоения учебной информации под руководством педагога содержит:

• разноуровневые цели, отражающие степень самостоятельности обучающихся;

• алгоритм овладения языком, приемами и способами моделирования в соответствии с возрастанием сложности моделей (схематический рисунок; изображение объектов изучения, их сущности, состава и связей; разнообразные формы организации и выражения структуры учебной информации) кодирования информации;

Кроме того, анализ приведенного исследования позволяет выделить педагогические условия формирования символикографических умений школьников, обеспечивающих единство учебных действий и психической деятельности учащихся. Опираясь на психологическое определение условий, характеристики сущности урока как формы взаимодействия педагог - ученик можно уточнить определение педагогических условий.

Педагогические условия - это совокупность педагогических действий учителя как внешних обстоятельств, определяющих способ организации и характер протекания учебно-познавательной деятельности учащихся.

Подчеркнем, что особенностью моделирования учебной информации являются его функции в познавательно-практической деятельности: наглядности, образности, оперативности, и

эвристичности. Оно служит средством предметной познавательной деятельности, активатором мышления, и в то же время общим принципом усвоения. Иначе говоря, особенность организации обучения моделированию учебной информации состоит в единстве предметных и учебных знаний и умений. В этой связи детерминантами педагогических условий выступают общая и частные цели обучения, содержание образовательной области, методологические подходы к организации процесса обучения, его общедидактические и специфические принципы.

Содержательный потенциал образовательной области, его многоцелевая реализация требует выбора методологического подхода к организации процесса обучения. Нами используются два основных подхода - системный и личностно-деятельностный.

Системный подход дает возможность спроектировать организацию процесса обучения как целостность его целевых, содержательных и методологических компонентов, и взаимодействие этих компонентов, придает результату такое системное качество, которого нет ни у одного из них в отдельности.

Общая цель и содержание обучения предполагают личностнодеятельностный подход к организации процесса обучения. Это означает, что конструирование и осуществление процесса обучения ориентировано на личность, как цель, субъект, результат и главный критерий его эффективности. «Личностно-деятельностный подход требует специальной работы по организации деятельности школьников, по переводу их в позицию субъектов познания и общения. Это в свою очередь, требует обучения...планированию деятельности, ее организации и регулированию, контролю, самоанализу и оценки результатов деятельности» [4: 87]. Организация процесса обучения на основе личностно-деятельностного подхода вызывает необходимость создания педагогических условий для развития личности.

Модель педагогических условий включает детерминанты педагогических условий, их компоненты и этапы реализации, которые конкретизируются в действиях учителя как организатора процесса обучения и как внешнее воздействие на обучающихся.

Основными компонентами педагогических условий являются содержательно-целевой и организационно-методический. Первый конкретизируется в действиях учителя естествознания как анализ содержания обучения с целью определения:

• места первичных знаний о знаково-символическом моделировании;

• возможной формы выражения учебной информации;

• возможных разноуровневых заданий по применению отдельных фрагментов или знаково-символического моделирования в целом;

• составление схемы-конспекта учебной информации для урока.

Второй компонент педагогических условий - организационнометодический - включает действия учителя, обеспечивающие предъявление содержания обучения в вербальной, затем в знаковосимволической форме как образец компактности, лаконичности, конкретности выражения явления и его связей (свертывание учебной информации) с последующим объяснением применяемых знаков и символов. Этот момент имеет большое мотивирующее значение для обучающихся. Следующая группа действий - организация самостоятельной знаково-символической деятельности. Для ее

организации разрабатываются специальные разнохарактерные и разноуровневые задания, дополнительные средства наглядности, определяются формы взаимодействия педагог-ученик, ученик-ученик. В рамках этого компонента при выполнении обучающимися заданий осуществляется контроль и оценка развития умений знаковосимволического моделирования учебной информации.

Данные компоненты педагогических условий реализуются в четыре этапа: аналитико-проектировочный, обучающий,

организационно-деятельностный, контрольно-корректирующий.

Основополагающим для организации обучения знаковосимволическому моделированию является введение знаний о знаковосимволической графике, и одновременно соответствующих умений в содержание обучения естествознанию. Формирующий эксперимент показал целесообразность их введения в следующих ситуациях:

• при изучении понятий содержание или признаки которых могут быть выражены с помощью фразировки образов;

• при изучении материала, усвоение которого организуется через использование логических операций (анализ, сравнение, классификация, обобщение, систематизация, конкретизация);

• при изучении материала, раскрывающего возможности для установления внутри- и межпредметных связей.

Знаково-символическое моделирование учебной информации становится объектом усвоения в процессе организации этой деятельности на основе специальных заданий, классифицируемых по составу знаково-символической графики и по усвоению умственных действий:

• задания, предполагающие использование простых, единичных конструктивных элементов. В этой группе заданий фрагменты вербальной информации переводятся на язык знаково-символической графики;

• задания, предполагающие организацию работы с композициями конструктивных элементов;

• задания, связанные с выражением результатов логических

операций, осуществленных с учебным материалом. Они подразделяются по уровню осуществляемой деятельности: реподуктивные (заполнение готовых сравнительных таблиц, самостоятельное дополнение классификационных схем); выполняющиеся по аналогии (составление схем, отражающих классификации различных природных объектов); творческие (составление таблиц обобщающего

характера; схем, отражающих связи между понятиями, явлениями, свойствами);

Эффективность педагогических условий организации обучения школьников знаково-символическому моделированию учебной информации подтверждена динамикой результатов выполнения разноуровневых заданий, направленных на: формирование знаний о знаках, символах, графике; оперирование знаками, символами графикой как знаково-символическая деятельность в процессе усвоения содержания образовательной области. Общее представление об эффективности педагогических условий дают результаты контрольных срезов (табл. 1), подтверждающие динамику уровней знаково-символической деятельности школьников в течение двух лет, 5 и 6 классы (58 человек).

Таблица 1

Динамика уровней знаково-символической деятельности

по выполнению заданий контрольных срезов, %___________

Уровни знаковосимволической деятельности Контрольные срезы в экспериментальном обучении

Констатирующий Формирующий

1 2 3 4

Репродуктивный 54,8 29,8 22,6 16,4 8,9

Репродуктивно-продуктивный 25,8 44,8 41,8 44,8 51

Продуктивный 0 25,4 35,6 38,8 40,1

Полученные данные свидетельствуют, что к концу обучения половина школьников 5-6 классы овладели моделированием учебной информации на репродуктивно-продуктивном уровне деятельности, 40 % из них умеет кодировать учебную информацию - продуктивная деятельность. Это дает основание признать эффективной модель знаково-символического моделирования учебной информации.

Список литературы

1. Боумен У. Графическое представление информации. - М.: Мир, 1971. -

225 с

2. Галагузова М. А., Сердюк Г. В. Моделирование в процессе обучения педагогике // Сов. педагогика. - 1991. - № 12. - С. 78-82.

3. Панфилов М. А. Модельное представление учебного содержания. -Саранск: Изд-во Морд. ун-та, 2005. - 163 с.

4. Сластенин В. А. Педагогика: учеб. пособие для студ. вузов, обучающихся по пед. специальностям / В. А. Сластенин, И. Ф. Исаев, Е. Н. Шиянов; под ред. В. А. Сластенина. - 5-е изд., стер. - М.: Академия, 2006. - 566 с.

5. Титова И. М. Активизация познавательной деятельности учащихся в обучении химии средствами графики: дис. ... канд. пед. наук. - Л., 1985. - 243 с.