--PAGE_BREAK--1.2.1. Исследование математических способностей в зарубежной психологии.
В исследование математических способностей внесли свой вклад такие яркие представители определенных направлений в психологии, как А.Бинэ, Э.Трондайк и Г. Ревеш, и такие выдающиеся математики, как А.Пуанкаре и Ж. Адамар.
Большое разнообразие направлений определило и большое разнообразие в подходе к исследованию математических способностей, в методических средствах и теоретических обобщениях.
Единственное, в чем сходятся все исследователи, это, пожалуй, мнение о том, что следует различать обычные «школьные» способности к усвоению математических знаний, к их репродуцированию и самостоятельному применению и творческие математические способности, связанные с самостоятельным созданием оригинального и имеющего общественную ценность продукта.
Большое единство взглядов проявляют зарубежные исследователи по вопросу о врожденности или приобретенности математических способностей. Если и здесь различать два разных аспекта этих способностей – «школьные» и творческие способности, то в отношении вторых существует полное единство – творческие способности ученого-математика являются врожденным образованием, благоприятная среда необходима только для их проявления и развития. В отношении «школьных» (учебных) способностей зарубежные психологи высказываются не столь единодушно. Здесь, пожалуй, доминирует теория параллельного действия двух факторов – биологического потенциала и среды.
Основным вопросом в исследовании математических способностей (как учебных, так и творческих) за рубежом был и остается вопрос о сущности этого сложного психологического образования. В этом плане можно выделить три важные проблемы.
1. Проблема специфичности математических способностей. Существуют ли собственно математические способности как специфическое образование, отличное от категории общего интеллекта? Или математические способности есть качественная специализация общих психических процессов и свойств личности, то есть общие интеллектуальные способности, развитые применительно к математической деятельности? Иначе говоря, можно ли утверждать, что математическая одаренность – это не что иное, как общий интеллект плюс интерес к математике и склонность заниматься ею?
2. Проблема структурности математических способностей. Является ли математическая одаренность унитарным (единым неразложимым) или интегральным (сложным) свойством? В последнем случае можно ставить вопрос о структуре математических способностей, о компонентах этого сложного психического образования.
3. Проблема типологических различий в математических способностях. Существуют ли различные типы математической одаренности или при одной и той же основе имеют место различия только в интересах и склонностях к тем или иным разделам математики?
По вопросу о специфике математических способностей, хотя и нельзя констатировать наличие единого мнения, но большинство ученых, среди которых такие крупные авторитеты в области психологии, как А. Бинэ, Г. Ревеш, и в области математики, как Ж. Адамар и А. Пуанкаре, явно склоняются в пользу признания специфичности математического таланта. А. Бинэ прямо и недвусмысленно указывал на то, что «математический ум предполагает совершенно специальную способность». А. Пуанкаре и впоследствии Ж. Адамар говорили о специфике мышления математика, о своеобразной, свойственной математикам «математической интуиции», о подсознательной творческой работе. Хотя Адамар и отмечал, что математическая одаренность и математическое творчество как-то связаны собщим интеллектом, творчеством вообще (упоминая в этом отношении о фактах связи математической одаренности с одаренностью в других областях), но он же указывал на частые случаи «ограниченности» математического ума.Ревеш высказывает убеждение в том, что математический талант есть специфическая форма таланта, которую необходимо отличать от других форм научного таланта. Математический талант может проявляться вместе с другими талантами, но он органически не связан с ними; таланты к другим наукам возможны без математической способности и даже при абсолютном отсутствии последней.
Вопрос о структурности математических учебных способностейпринимал у психологовпрежде всего форму вопроса о том, нужно ли говорить о математических способностях как об едином свойстве или правильнее говорить об арифметических, алгебраических и геометрических способностях. Еще в 1909—1910 гг. К. Стоун и независимо от него С. Куртис, изучая достижения в арифметике и способности к этому предмету, пришли к выводу о том, что едва ли можно говорить о математических способностях как об едином целом, даже в отношении арифметики. В 1910 г. была опубликована большая статья В. Брауна «Объективное исследование математических способностей», в которой говорилось, что успешность в алгебре и геометрии определяется качественно различными свойствами и что нет свойства, которое лежало бы в основе математических способностей вообще. Исследований по выявлению компонент математических способностей проводилось большое количество, но они не дают более или менее ясного и четкого представления о структуре математических способностей. Для примера приведу результаты исследования структуры математического мышления, проводимого В. Хаекером и Т. Цигеном.Авторы прежде всего выделили четыре основных сложных компонента, составляющие «ядро» математического мышления: пространственный, логический, числовой и символический. Дальше они попытались каждый из этих компонентов разложить на более простые составляющие. Получилась такая схема:
A. Пространственный компонент.
1.Понимание пространственных фигур, образов и их комплексов (синтезов, гештальтов).
2. Память на пространственные образы (пространственные
представления).
3. Пространственные абстракции (умение видеть у пространственных объектов общие признаки).
4. Пространственное комбинирование (понимание и самостоятельное нахождение связей и отношений пространственных объектов).
B. Логический компонент.
1.Образование понятий (типа «синус», «логарифм», «тензор»
и т. д.) и понятийных абстракций.
2. Понимание, запоминание и самостоятельное нахождение
общих понятийных связей.
3. Понимание, запоминание и самостоятельное выведение
заключений и доказательств по правилам формальной
логики.
C. Числовой компонент.
1.Образование числовых представлений.
2. Память на числа, числовые решения.
D. Символический компонент.
1.Понимание символов.
2. Запоминание символов.
3. Операции с символами.
Обобщая результаты большинства исследований, мы получим самые общие характеристики математического мышления, такие, как способность к абстракции, способность к логическому рассуждению, хорошая память, способность к пространственным представлениям и т. д.
Перейдём к вопросу о типологии математических способностей. Наиболее распространенной в зарубежной психологии является типология математических талантов, основанная на противопоставлении дискурсивного, развернутого во всех своих звеньях мыслительного процесса, интуитивному мыслительному процессу, связанному с непосредственным «схватыванием» необходимых отношений.Еще Р. Декарт в своих «Правилах для руководства ума» противопоставлял цепи последовательных логических умозаключений интуицию как непосредственное усмотрение связей и отношений между различными явлениями. Ж. Адамар говорит о логическом и интуитивном математическом мышлении (и соответственно о двух типах математиков). «Логика» отличает значительно меньший «удельный вес» бессознательного в мышлении, более узко направленная мысль, последовательность и ясная расчлененность мыслительного процесса. Мышление «интуитивиста» характеризуется значительно большим удельным весом бессознательного, более «рассеянной» мыслью, быстротой и сокращённостью («свернутостью») мыслительного процесса.
Интересен взгляд западных учёных на сущность математического творчества. В работах А. Пуанкаре, Ж. Адамара, Г. Ревеша встречаются следующие идеи. Ход мыслительного процесса ученого может осознаваться не во всех своих звеньях. Ученому свойственно не только «развернутое» дискурсивное мышление, но и так называемое интуитивное мышление, протекающее в сокращенном, «свернутом» виде. Оно усматривает или открывает существенные связи раньше, чем дискурсивное мышление успеет доказать их соответствие действительности. Это часто и воспринимается как бессознательная творческая работа. Можно установить определенные стадии творческого процесса: 1) период бесплодного сознательного обдумывания; 2) период отвлечения от работы, период отдыха или переключения на другую деятельность. В это время активно работает подсознательное мышление, происходит «инкубация» идеи; 3) внезапное «озарение», открытие истины в тот момент,когда человек меньше всего думает о предмете; 4) снова сознательная работа над анализом и отшлифовкой идеи.
продолжение
--PAGE_BREAK--1.2.2. Исследование проблемы математических способностей в отечественной психологии.
Свои взгляды на природу и сущность математических способностей или математического мышления высказывали многие математики и методисты.
Одним из первых отечественных авторов, затрагивающих проблему математических способностей, был русский математик Д.Д. Мордухай-Болтовский. Основные мысли о математическомтворчестве он изложил в оригинальной статье «Психология математического мышления». Автор предлагает следующий перечень компонентов, в совокупности образующих математические способности: «Хорошая математическая способность предполагает сильную память и причем главным образом на предмет того типа, с которым имеет дело математика»; «остроумие», т. е. способность «обнимать умом зараз два совершенно разнородных предмета»; «быстрота мысли», которую автор связал с «бессознательным мышлением». Д.Д. Мордухай-Болтовский отметил различие двух типов воображения: абстрактного у «алгебраистов» и более конкретного у «геометров».
А.Я. Хинчин [26] указывал следующие черты математического мышления: 1) доминирование логической схемы рассуждений, 2) лаконизм (стремление находить кратчайший путь к цели), 3) четкое расчленение хода рассуждений, 4) точность (каждый математический символ имеет строго
определенное значение).
А.Н. Колмогоров в работе «О профессии математика» указывал, что способности к механическому запоминанию большого числа фактов, формул, складывание и перемножение в уме длинных рядов многозначных чисел не имеют отношения к математическим способностям. Он отмечал, что различные стороны математических способностей встречаются в разных комбинациях, что эти способности проявляются обычно рано и требуют непрерывного упражнения. К математическим способностям А.Н. Колмогоров относил: 1) способность умелого преобразования буквенных выражений, нахождения удачных путей для решений уравнений, не подходящих под стандартные правила, или, как принято называть у математиков, «вычислительные или алгоритмические способности»; 2) геометрическое воображение или «геометрическую интуицию»; 3) искусство последовательного правильно расчлененного логического рассуждения.
Б.В. Гнеденко [6] выделяет следующие свойства математического мышления: 1) способность улавливать нечеткость рассуждения, отсутствие необходимых звеньев доказательства; 2) привычку к полноценной логической аргументации; 3) четкую расчлененность хода рассуждений; 4) лаконизм; 5) точность символики.
С.И. Шварцбурд считал, что главным элементом математического воспитания следует признать воспитание творческой деятельности учащихся, и выделял компоненты «математического развития», которые рассматриваются в методической литературе: развитие пространственного представления; умение отделить существенное от несущественного; умение абстрагировать; умение абстрактно мыслить; умение от конкретной ситуации перейти к математической формулировке вопроса, к схеме, сжато характеризующей существо дела; обладание навыками дедуктивного мышления; умение анализировать, разбирать частные случаи; применение научных выводов на конкретном материале; умение критиковать и ставить новые вопросы; владение достаточно развитой математической речью, как письменной, так и устной; обладание достаточным терпением при решении математических задач.
Самое значительное исследование психологов по данной проблеме принадлежит В.А. Крутецкому и изложено в его книге «Психология математических способностей школьников».В. А. Крутецкий даёт следующее определение математическим способностям: «Под способностями к изучению математики мы понимаем индивидуально-психологические особенности (прежде всего особенности умственной деятельности), отвечающие требованиям учебной математической деятельности и обусловливающие на прочих равных условиях успешность творческого овладения математикой как учебным предметом, в частности относительно быстрое, легкое и глубокое овладение знаниями, умениями и навыками в области математики». Собранный В. А. Крутецким материал позволил ему выстроить следующую общую схему структуры математических способностей в школьном возрасте.
1. Получение математической информации.
1) Способность к формализованному восприятию математического материала, схватыванию формальной структуры задачи.
2. Переработка математической информации.
1) Способность к логическому мышлению в сфере количественных и пространственных отношений, числовой и знаковой символики. Способность мыслить математическими символами.
2) Способность к быстрому и широкому обобщению математических объектов, отношений и действий.
3) Способность к свертыванию процесса математического рассуждения и системы соответствующих действий. Способность мыслить свернутыми структурами.
4) Гибкость мыслительных процессов в математической деятельности.
5) Стремление к ясности, простоте, экономности и рациональности решений.
6) Способность к быстрой и свободной перестройке направленности мыслительного процесса, переключению с прямого на обратный ход мысли (обратимость мыслительного процесса при математическом рассуждении).
продолжение
--PAGE_BREAK--3. Хранение математической информации.
1) Математическая память (обобщенная память на математические отношения, типовые характеристики, схемы рассуждений и доказательств, методы решения задач и принципы подхода к ним).
4. Общий синтетический компонент.
1) Математическая направленность ума.
Выделенные компоненты тесно связаны, влияют друг на друга и образуют в своей совокупности единую систему, целостную структуру, своеобразный синдром математической одаренности, математический склад ума.
Не входят в структуру математической одаренности те компоненты, наличие которых в этой системе не обязательно (хотя и полезно). В этом смысле они являются нейтральными по отношению к математической одаренности. Однако их наличие или отсутствие в структуре (точнее, степень их развития) определяют тип математического склада ума. Не являются обязательными в структуре математической одаренности следующие компоненты:
1. Быстрота мыслительных процессов как временная характеристика.
2. Вычислительные способности (способности к быстрым и точным вычислениям, часто в уме).
3. Память на цифры, числа, формулы.
4. Способность к пространственным представлениям.
5. Способность наглядно представить абстрактные математические отношения и зависимости.
1.2.3. Классификация математических способностей.
Исходя из всего вышесказанного и основываясь на компонентах (параметрах) математических способностей, выявленных математиками, педагогами и психологами в нашей стране и за рубежом, проведу систематизацию этих параметровпредложенную В.А. Гусевым в его работе «Психолого-педагогические основы обучения математике».
Классифицируя составляющие математических способностей, автор пришёл к выводу, что прежде всего их можно распределить по двум основным блокам: в первый блок входят общие характеристики мышления или умственной деятельности (формулировки этих качеств личности формально не связаны ни с какой специальной математической деятельностью); ко второму блоку относятся параметры математических способностей, непосредственно связанные с математической деятельностью учащихся. Совершенно ясно, что эти параметры следует идентифицировать по уровню их сложности, продвинутости и т. д. Отмечу при этом, что все составляющие взяты автором из соответствующих исследований, выполненных к настоящему времени.
Итак, рассмотрим один из возможных вариантов классификации составляющих (параметров) математических способностей учащихся (см. Приложение 1).
Оценивая предложенную классификацию параметров математических способностей, можно сделать следующие выводы.
1.Отличительной чертой данной классификации является ее направленность на целостное формирование личности каждого школьника, и в этой связи ее многогранность.
2. Бросается в глаза большое пересечение указанных параметров с общими целями обучения математике, сложность этих взаимосвязей. Важно отметить, что фундаментом во всем этом многообразии являются мыслительные процессы, это выдвигает на первый план процессы формирования приемов мыслительной деятельности.
3. Построенная классификация играет немаловажную роль
в диагностике параметров математических способностей учащихся и позволяет дифференцировать их по уровням владения теми или иными приемами мыслительной деятельности.
4. Особенно важно, что здесь выделяются некоторые врожденные параметры (задатки), о которых нам известно немногое.
Выводы.
Под математическими способностями следует понимать специальные особые способности, которые необходимы для успешного выполнения математической деятельности. Математические способности являются не единым образованием, а имеют сложную многогранную структуру. Успешность математической деятельности зависит не от отдельно взятой способности, а от комплекса способностей. Математическая одарённость предполагает наличие определённых природных предпосылок и проявляется только в творческой деятельности. Однаконе следует забывать, что каждый человек (ученик) обладает в определенной мере математическими способностями. Оценить и развить эти способности — задача педагогов.
Глава II.
Методика развития математических способностей.
Раздел 1. Общая методика.
2.1.1. Общие положения теории развития способностей.
Диалектико-материалистическая концепция развития способностей, преобладающая в отечественной психологии, опирается на следующие положения. Все психические явления, включая способности, являются вторичными образованиям по отношению к объективному миру, образу жизнедеятельности человека, его обучению и воспитанию, которые служат причиной, источником психического развития. Анатомо-физиологические задатки выступают лишь необходимые условия развития человека и его способностей. Способности имеют общественно-исторический характер. Их разнообразие порождено большим количеством исторически сложившихся видов деятельности, профессий, специальностей. Способности в своем развитии в основном определяются образом жизни и деятельности и изменяются с изменением жизнедеятельности. В формировании и развитии способностей решающую, определяющую роль играют внешние условия, обучение и воспитание в самом широком смысле слова, те виды деятельности, которые выполняет человек. Личность формирует и развивает свои способности в процессе усвоения и приумножения опыта прошлых поколений, воплощенного в продуктах материальной и духовной культуры. Формирование и развитие способностей определяется не только достигнутым уровнем культурного развития страны, наличием продуктов культуры, в которых воплотились способности человека, а прежде всего эффективностью способов усвоения (присвоения), созидания и усовершенствования этих продуктов в процессе рационально организованной деятельности. Причем не всякая деятельность развивает и формирует способности человека. Рассматривая общую структуру жизнедеятельности человека, нетрудно заметить существование видов деятельности, не развивающих, а наоборот, отвлекающих и даже тормозящих развитие его основных способностей. Так, если человек, имеющий музыкальные или изобразительные наклонности задатки, вынужден заниматься тяжелым физическим трудом, то эта деятельность вряд ли будет развивать его потенциальные способности к музыке и живописи. Когда говорят о развивающей деятельности применительно к отдельному индивиду, то имеют в виду, что она, во-первых, выступает как значимая для него, как деятельность, вокруг которой аккумулируются и реализуются все возможности человека. Поэтому, чтобы понять, является ли данная деятельность развивающей, ей необходимо дать личностную характеристику. В этом смысле даже профессиональная деятельность, проходящая через всю жизнь человека, не всегда может быть значимой для индивида. Главным признаком значимости деятельности является то, что он идет на свою работу как на праздник, с большим воодушевлением. Во-вторых, такая деятельность должна быть организована в соответствии со следующими принципами: носит не репродуктивный, а творческий (во всяком случае субъективно-творческий) характер; отвечает принципам развивающего обучения, которое ведется на повышенном уровне сложности и опережает развитие, ведя его за собой, ориентируясь на те компоненты способностей, которые еще не полностью сформировались и которые формируются под влиянием такого обучения; деятельность положительно мотивирована: учащиеся испытывают чувство большой радости, совершая ее, и отчетливо понимают свои недостатки и допускаемые ошибки, видят результаты своих действий, осознают и объективно оценивают свое продвижение к цели на каждом этапе деятельности, заметно переживают успехи и относительные неудачи.
Задача разностороннего развития способностей должна дополняться не менее важной задачей выявления одаренных детей и предоставления им возможностей для дальнейшего развития. Иначе говоря, необходимо ориентироваться на такой подход в обучении, который, реализуя разностороннее развитие способностей каждого, одновременно максимально содействует росту способностей к тем видам деятельности, к которым ученик проявляет наибольший интерес и может достичь наибольших успехов.
Для реализации данной концепции развития способностей необходимо: а) создать в учебных заведениях и внешкольных учреждениях условия, благоприятствующие формированию и развитию способностей учащихся; б) применить эффективные формы учебно-воспитательной работы; в) применить рациональные методы и приемы диагностики и развития способностей.
Как известно из психологии и педагогики, благоприятными условиями для воспитания способностей являются:
· любовь к детям и педагогической деятельности, глубокое знание индивидуально-психологических и возрастных особенностей учащихся, хорошее знание своего дела (содержания, форм и методов учебно-воспитательной работы);
· признание в учебном заведении в системе ценностей приоритета творческой деятельности и творческой личности; творческий климат в учебном заведении и внешкольном учреждении;
· соблюдение в процессе управления учебно-творческой деятельностью учащихся гуманного, демократического стиля общения;
· проблемное обучение; решение творческих задач; показ значимости организуемой творческой деятельности для воспитания способностей;
· сотрудничество (сотворчество) педагога и учащихся (осуществление совместных поисков условий и средств для развития творческих способностей); сам педагог как образец творческой личности с ярко выраженной установкой на педагогическое творчество;
· уважение к личности учащегося в сочетании с разумной требовательностью (анализ типичных ошибок и недостатков — только в доброжелательной форме);
· организация самостоятельной деятельности (все то, что учащиеся могут выполнить без помощи педагога, они должны выполнить самостоятельно);
· индивидуальный подход к учащимся в процессе выявления и развития способностей;
· применение педагогом методов поощрения учащихся; выражение оптимизма и веры в творческие возможности учащихся;
· хорошая обеспеченность педагога научно-методической литературой и техническими средствами обучения;
· высокий уровень внеклассной работы;
· система морального и материального поощрения творчески работающих педагогов; внедрение в практику работы учебного заведения передового педагогического опыта;
· наличие дифференцированного обучения и т.д.
Для воспитания способностей большое значение имеют следующие формы учебно-воспитательной работы: кружки, диспуты, семинары, конференции, КВН, экскурсии, творческие уроки, факультативы, индивидуальное обучение, индивидуальный подход к учащимся, дифференциация обучения, коллективные формы обучения, исследовательская и опытническая работа, викторины, игры. конкурсы, клубы по интересам, кино-, изо- и фотостудии, научно-технические общества, фестивали, смотры, вечера вопросов и ответов, конкурсы, турниры, олимпиады, лекции, беседы, выставки, практикумы, дополнительные индивидуальные занятия с учащимися, домашняя работа учащихся и др.
Основные направления в развитии и формировании способностей предусматривают следующие мероприятия. Во-первых, выявление (диагностика) природных задатков к определенной деятельности и анализ качества результатов деятельности. Во-вторых, тренировка и развитие природных свойств личности путем ее включения в систематическую деятельное под руководством специалиста (учителя).
2.1.2. Принципы работы по развитию математических способностей учащихся.
В данном разделе описываются наиболее существенные принципы работыпо развитию математических способностей учащихся, реализуемые как на уроках, так и на внеклассных занятиях. Принципы составлены Э. Ж. Гингулисом [5] на основе анализа опыта работы по развитию математических способностей учащихся.
Принцип активной самостоятельной деятельности учащихся. Он требует от учителя четкого выделения времени на объяснение нового материала. Предпочтительно вводить теоретический материал довольно крупными порциями — тем самым быстро осознается достаточно полная система фактов, необходимых для решения задач по данной теме. Но после этого нужно отвести не часть урока, а одно или несколько занятий полностью на решение задач. Обычно ребятам сообщают номера (или тексты) сразу всех 5—6 задач, которые будут решены на уроке или на кружке. Класс работает самостоятельно. Сильные учащиеся при этом загружены весь урок, хотя оформлять решение до конца для них необязательно, достаточно сообщить учителю о том, что получены верные ответы. Основная часть класса справляется с меньшим числом заданий, но при этом тоже работает самостоятельно. Роль учителя сводится к выборочному контролю, к занятию с отстающими.
Принцип учета индивидуальных и возрастных особенностей учащихся предполагает наличие у учителя четких представлений о возможностях каждого ученика, о динамике роста его потенциала. С учетом этой динамики нужно предлагать индивидуальные задачи. Они должны быть доступными для учащихся средних возможностей. Тем самым ребята предохраняются от обескураживающего действия неудачи. В то же время более способные ребята требуют трудных задач, на которых они могут испытать свои умственные силы. Подготовка индивидуальных заданий требует от учителя широкой «задачной эрудиции».
К методическим средствам реализации указанного принципа относятся краткие содержательные обсуждения идей и методов решения.
На определенном этапе — на рубеже VII—VIIIклассов — учащиеся начинают понимать, что усвоение нового метода способствует успеху в большей мере, нежели доведенное до конца «кустарное» решение.
Принцип постоянного внимания к развитию различных компонентов математических способностей заставляет отметить сложность проявления этих способностей. Учителя почти никогда не знают, какой подход обеспечит данному ученику наибольший успех и продвижение
вперед. Кажется логичным заключить, что наибольшие достижения возможны при достаточном внимании ко всем компонентам математических способностей.
Достигается это с помощью правильного подбора тематики задач, рассмотрения различных подходов к решению одной и той же задачи. Полезны приемы, направленные на повышение удельного веса геометрических, наглядных соображений. Они экономят время урока, так как наглядность может заменить и словесную формулировку условия, и подробную запись решения.
При разборе задач очень важно помнить о принципе соревнования. Во внеурочных условиях хорошо зарекомендовали себя различные математические олимпиады, «бои» и т. д., но элементы состязания возможны и на уроке. К соревнованию побуждают следующие вопросы учителя: «Кто решит быстрее? У кого решение получилось самое короткое? Самое простое? Самое неожиданное?» и т. д.
Иногда высказывается мнение, что соревнования травмируют, деформируют сознание школьников и в результате слабые учащиеся еще острее чувствуют свою отсталость, а лучшие «математики» класса зазнаются. Эти опасения имеют основания. Но существуют и меры компенсации: предлагаемые задания должны быть посильны. Следует учитывать также, что учащиеся VII— IXклассов уже довольно трезво оценивают свои математические способности. Венгерский психолог Э. Гефферт установила, что высокоодаренность не сочетается с эгоцентризмом и негативными социальными установками. Э. Гефферт пришла также к следующему выводу: «С радостью выполненная деятельность оплачивает сама себя, причем не ожидается дополнительного признания».
Рассматривая задачи, доступные учащимся, нельзя забывать о принципе профессионализма. Он требует, чтобы школьники уверенно владели системой опорных задач. Для этого нужна ежедневная работа по закреплению навыков, повторению ключевых идей и методов. Кроме того необходимо следовать принципу яркости. Это означает, что занятия должны быть разнообразны по форме и интересны по содержанию. Свою подлинную увлеченность предметом учитель может продемонстрировать подбором красивых и разнообразных задач, рассказами из истории математики.
На внеурочных занятиях есть возможность реализовать принцип полной нагрузки. Речь идёт о поддержании достаточно высокого уровня задач, предлагаемых на кружке или факультативе. Кроме того, имеется в виду повышенная скорость обсуждения решений и большая нагрузка на домашнюю работу ученика. Дома школьник в состоянии подготовить доклад по какому-то теоретическому вопросу, придумать красивую задачу, написать сочинение на математическую тему и т. д.
Bзаключение подчеркнем, что развитие у учащихся математических способностей напрямую зависит от личности учителя. Если школьникам
будет неинтересно с ним, если они не почувствуют роста своих возможностей, то они прекратят углубленные занятия математикой.
2.1.3. Развитие математической одарённости.
Для освещения проблемы одарённости в своей работе за основу я взяла жизненный путь и взгляды замечательного русского математика –Колмогорова Андрея Николаевича. Такой выбор неслучаен, так как в случае А.Н. Колмогорова нам предлагается редкая и, видимо, полезная в научном смысле ситуация: – математический гений размышляет по поводу развития математических способностей у детей и юношества. Следует учесть при этом, что он почти всю жизнь конкретно, как педагог, занимался развитием одаренных детей и юношей, постоянно анализируя свой собственный опыт в этом отношении.
На вопрос о пути своего становления как математика Андрей Николаевич отвечал, что его путь в математику был «извилистым». В детстве Колмогоров не был вундеркиндом. Иначе говоря, не было того резкого умственного опережения, которое заставляет окружающих возлагать на ребенка особые, редко оправдывающиеся надежды на замечательное будущее. Правда, как он сам пишет [9], «интерес к математике проявился достаточно рано. Так, где-то в четыре-пять лет придумал и сам решил такую задачу: имеется пуговица с четырьмя дырочками. Для ее закрепления достаточно протянуть нитку, по крайней мере, через две дырочки. Сколькими способами можно закрепить пуговицу?».
В этом же возрасте, по его словам, «испытал радость математического открытия», открыв закономерность — образование последовательных квадратов:
1=12
1+3=22
1+3+5=32
1+3+5+7=42 и так далее.
Но потом, в средних классах, победили другие интересы: он всерьез увлекается биологией, потом появились шахматы. Когда кончил среднюю школу, то занимался серьезным образом в семинаре С.В. Бахрушина. При этом увлекала металлургия и параллельно с университетом поступил на металлургический факультет химико-технологического института и некоторое время там проучился. «Окончательный выбор математики как профессии,- пишет Колмогоров, — произошел, когда я начал получать первые самостоятельные научные результаты, то есть лет с восемнадцати-девятнадцати».
Свой обычный, ни в коей мере не ускоренный тип развития Колмогоров рассматривал как неслучайный и принципиальный для развития творческих способностей и несколько скептически относился к так называемым «вундеркиндам».
А.Н. Колмогоров уже тогда, тридцать лет назад, видел опасность, которая сейчас стала очевидной для большинства психологов, работающих в области одаренности. Он весьма скептически относился к тому, что по выражению Н.С. Лейтеса, относится только к «возрастной одаренности». Колмогоров в переписке с Крутецким пишет, что «мы теряем много медленно развивающихся потенциально крупных талантов» [29]. И далее еще жестче — « в последние годы эта опасность сильно возросла при развившемся ажиотаже вокруг «одаренности» и особенно математической». Ускоренное прохождение школьной программы, вообще ускоренное развитие, которое много лет является чуть ли не главным критерием высоких способностей, по мнению Колмогорова, мало о чем свидетельствует.
Именно потому для всех, кто работает с одаренными детьми- математиками, он ставит следующие вопросы:
1. «в каком возрасте можно, независимо от тренированности и различий в физиологически обусловленных темпах развития уловить хотя бы в первом приближении математические способности…
2. в каком возрасте форсированное развитие задатков математического мышления уже реально влияет на достижение «потолка» способностей».
Оба этих вопроса в другом месте – в ответах на анкету — формулируются им с почти максимальной степенью четкости:
«сейчас дело идет о выявлении математически одаренных детей с целью организованного форсирования их математических занятий. Следует решить не вопрос о том, когда это возможно, а когда это целесообразно (подчеркнуто А.Н. Колмогоровым)».
Такую постановку вопроса он дополняет личным опытом, весьма уместным, имея в виду масштаб его математического дарования: « что касается лично меня, то я думаю, что ни я сам, ни математическая наука ничего не потеряли из–за того, что задача «выявления» (кавычки Колмогорова) моих математических способностей была предоставлена мне самому. Я начал систематически дополнительно заниматься математикой в возрасте 15-16 лет, когда сам решил, что это серьезное и нужное дело».
Есть и другая точка зрения, которой следуют многие наши педагоги и даже психологи — специалисты по одаренности. Они считают, что чем раньше развивать специальные способности, тем лучше. (Кстати, и В.А. Крутецкий, в переписке с которым Андрей Николаевич обозначил эти мысли, судя по монографии, считал возможным и необходимым ранние специализированные занятия с одаренными к математике детьми.) Если иметь в виду последние физиологические и психофизиологические исследования о сензитивных периодах развития, с одной стороны, и исследования о закономерностях развития общих способностей, с другой, то приходится признать, что позиция, представленная выдающимся математиком, психологически значительно больше обоснована, чем бытующая в ряде школ система раннего интенсивного и специализированного обучения одаренных детей.
Как считает Колмогоров, «до 10-12 лет — с довольно хорошим успехом заменим общим воспитанием сообразительности и умственной активности». « Весьма желательны», — пишет Колмогоров,- и внешкольные занятия — типа математических кружков, но в них « следует по возможности избегать установки на предопределение будущих профессиональных интересов» [9].
Другое дело старшие классы, где «запоздание с усвоением строгой логики и специальных математических навыков в 14-15 лет делается уже трудно восполнимым».
Уже тогда, тридцать лет назад, Колмогоров четко определяет для себя разницу между высокими способностями к изучению математики, с одной стороны, и собственно творческими способностями в этой области, с другой.
По мысли Колмогорова, чтобы стать творческим математиком, нужно, во-первых, сохранять, культивировать у себя своего рода «детское мышление». По мнению А.Н. Колмогорова, способности к математическому творчеству у человека тем выше, чем на более ранней стадии общечеловеческого развития он остановился. Самый гениальный наш математик: (судя по всему, имеется в виду Гаусс),- говорил А.Н. Колмогоров, остановился в возрасте четырех-пяти лет, когда «дети любят отрывать ножки и крылышки насекомым». Себя А.Н. Колмогоров считал «остановившимся на уровне тринадцати лет, когда мальчишки очень любознательны и интересуются всем на свете, но взрослые интересы их еще не отвлекают».
Самодиагноз Андрея Николаевича с психологической точки зрения безупречен. Если учесть невероятную широту «посторонних» научных интересов математика Колмогорова — от гидродинамики до поведения в русской речи падежа, знать его литературные вкусы — от Евтушенко до Томаса Манна и Ахматовой, его культ дружбы и то особое место, которое в его жизни занимал спорт, то в этом случае возникает именно образ типичнейшего подростка. Но у Колмогорова есть еще одно условие для развития математической интуиции, необходимой для творчества. Впрочем, это условие некоторым образом связано с первым. Это обязательные для любого творческого ученого интересы, выходящие за рамки его профессии – прежде всего интересы в искусстве и литературе. (Конечно, в этом отношении Колмогоров не одинок. А. Эйнштейн много раз писал, что «Достоевский дает ему очень много, гораздо больше, чем Гаусс»).
Особое значение для Колмогорова имела музыка. Он считал, что «между математическим творчеством и настоящим интересом к музыке имеются какие-то глубокие связи». Далее он ссылается на своего друга, П.С. Александрова, у которого «каждое направление математической мысли, тема для творческих размышлений связывались с тем или иным конкретным музыкальным произведением». Решая вопрос, стоит ли брать какого-то студента или аспиранта в ученики, Колмогоров всегда принимал во внимание его нематематические, общекультурные интересы.
Следует отметить, что современные психофизиологические исследования подтвердили особую связь музыки и математики. Так, именно у выдающихся математиков и музыкантов были обнаружены так называемые «гармоники», т.е. особые биоэлектрические показатели, определенным образом возникающие в ответ на стимуляцию мозга.
Обобщая выше сказанное, можно сделать следующие выводы:
1. По мнению Колмогорова, ускоренное («вундеркиндное») развитие не только не обязательно для достижения в будущем высокого профессионального (творческого) уровня, но в большей степени чревато возможностью неудач и даже психических отклонений. При диагностике математических способностей у детей категорически нельзя ориентироваться на темп развития и обучения.
2. Великий математик считал, что недопустима ранняя специализация способностей. Лишь с расцвета подросткового возраста (с 12-13 лет) можно начинать расширенное и углубленное обучение математике.
3. Для развития творческих способностей к математике, считает Колмогоров, необходимо выйти за пределы самой математики и развивать у ребенка, подростка или юноши общекультурные интересы, в частности, интерес к искусству (прежде всего — музыке) и поэзии.
В заключение хотелось бы добавить, чтов способных детях таланты развиваются только в результате самостоятельной умственной работы, привычки преодолевать разные трудности. Такие условия дает самообучение и разумное одиночное обучение, не обучающее, но ободряющее и завлекающее. Полная самостоятельность в посильных вопросах, и своевременное разъяснение учителя в вопросах, превышающих силы ученика, способствуют развитию и воспитанию таланта.
Выводы.
Процесс развития математических способностей учащихся требует от учителя большого профессионализма. Для обеспечения эффективности своей деятельности педагог должен владеть разнообразными методами обучения, использовать в своей работе многочисленные приёмы и средства обучения. Его деятельность должна быть направлена на развитие самостоятельности и творческого потенциала в учениках. Поэтому для успешного осуществления своей деятельности учитель нуждается в разнообразных методических пособиях и рекомендациях, в обмене педагогическим опытом с другими учителями. В следующем разделе будут рассмотрены конкретные рекомендации по организации процесса развития математических способностей на уроке и внеклассных занятиях.
Раздел 2. Частная методика.
2.2.1. Развитие математических способностей на уроках математики.
В подавляющем большинстве учебников и дидактических пособий для средней школы практически отсутствуют задачи, которые способствовали бы подготовке учеников к деятельности творческого характера и формированию у них соответствующих математических способностей. Математические знания учащихся слишком часто оказываются формальными и невостребованными, у основной массы учащихся не формируется разумный подход к поиску способа решения незнакомых задач.
Поэтому на уроках математики необходимо более активно заниматься развитием навыков в применении общих форм математической деятельности, таких, как:
· использование известных алгоритмов, формул, процедур;
· кодирование, преобразование, интерпретация:
· классификация и систематизация;
· правдоподобные рассуждения;
· выдвижение и проверка гипотез, доказательство и опровержение;
· разработка алгоритмов.
В данном разделе будут рассмотрены задачи разного уровня сложности, решение которых способствует развитию у учащихся навыков в использовании некоторых из выделенных выше общих форм математической деятельности.
продолжение
--PAGE_BREAK--1. Использование известных алгоритмов, формул, процедур.
К сожалению, в преподавании математики в российской школе по-прежнему доминирует формальный подход, связанный с отработкой конкретных методов решений. Существует такой тезис: «Если учащемуся предлагают упражнения только одного типа, выполнение каждого из них сводится к одной и той же операции, если эту операцию не приходится выбирать среди сходных и условия, данные в упражнении, не являются для учащегося непривычными и он уверен в безошибочности своих действий, то учащийся перестает задумываться об их обоснованности». Этот тезис можно подкрепить описанием следующей психолого-дидактической закономерности:последовательность рассуждений (А, В, С… М), повторяющаяся при решении однотипных задач, может свертываться до составной ассоциации (А, М). Однако обратный процесс — развертывание — происходит без потерь не у всех учащихся.
Этот эффект хорошо известен составителям вариантов вступительных экзаменов в высшие учебные заведения: какова бы ни была по сути проста задача, но если ее решение предполагает использование двух различных (хотя бы и известных) алгоритмов или же если в нем должно содержаться некоторое исследование (к примеру, по параметру), то массовые ошибки неизбежны. Более того, ошибки часто появляются и в том случае, если алгоритм используется в ситуации, в которой он неприменим.
Задача 1.1. Решите систему
Решение этой задачи, как нетрудно видеть, сводится к цепочке простых логических рассуждений и использованию стандартных формул. Однако для того, чтобы получить правильный ответ, эти стандартные формулы следует правильно использовать. Не приводя ответ полностью, выпишем одну из четырех серий решений
(1)
К сожалению, слишком многие учащиеся бездумно отождествляют параметры kи nи вместо серии (1) пишут, что
упуская тем самым, условно говоря, большую часть решений этой серии.
Задача 1.2. Некоторое число умножили на 3, а затем к полученному произведению прибавили 2. Верно ли, что полученное число больше исходного?
Ясно, что За + 2 > а только при а > — 1, но какой процент, к примеру, семиклассников сразу даст верный ответ?
Реакция учащихся на последнюю из проводимых в этом разделе задач продемонстрирует степень их понимания стандартной схемы решения иррациональных уравнений.
Задача 1.3. Решите уравнение
Большая часть учеников начнет решение с нахождения ОДЗ и раскрытия модуля. А между тем можно сразу перейти к уравнению
Целесообразно задать учащимся такой вопрос: «Как вам кажется, какое уравнение проще решить, данное выше или уравнение ?».
2. Кодирование, преобразование, интерпретация.
Простейшим примером использования указанных форм деятельности является их внутриматематическое применение, к примеру, замена переменной, перевод задачи с одного математического языка на другой (от алгебры к геометрии и обратно).
Кодирование или переформулирование способствует выявлению скрытых свойств объектов (существенных для данной задачи) путем включения их в другую систему связей. Использование разнообразных формулировок задачи способствует ее пониманию. Культура мышления предполагает развитое умение думать об одном и том же на разных языках.
Нужно уметь создавать и пользоваться различными моделями. А потому важно научить школьников формализовывать задачи и переводить условия и результаты с одного языка на другой, т.е. кодировать информацию, понимать смысл (т.е. интерпретировать) полученных в результате исследования результатов. Многие школьные задачи содержат в себе элементы кодирования, преобразования, интерпретации (к примеру, практически все текстовые задачи, но далеко не только они). Приведем примеры.
Задача 2.1. Докажите, что если от произвольного двузначного числа отнять двузначное число, записанное теми же цифрами в обратном порядке, то получится число кратное девяти.
Самая первая кодировка, с которой знакомятся школьники в процессе обучения математике, — это десятичная (позиционная) запись натуральных чисел. Если — исходное число, то , а число, «записанное теми же цифрами в обратном порядке», равно , поэтому их разность кратна девяти.
Задача 2.2. Вычислите
Это число равно двум! Действительно, если положить , то получим выражение (а + 1)(а + 2) — а(а + 3) = а2 +3а + 2 — а2 — За = 2вне зависимости от значения переменной а.
Конечно, тот же результат может быть получен, если записать каждую из входящих в данное выражение дробей в виде
и раскрыть скобки. При таком способе решения еще придется увидеть (не используя калькулятор), что 1997∙1998 -1996 ∙1999 = 2.
Самое время сказать несколько слов о роли калькуляторов в обучении математике. Если он имеется у каждого учащегося в классе, то бессмысленно предлагать подобную единичную задачу; ясно, что ее математическое содержание останется нераскрытым. Необходимо дать несколько примеров, в каждом из которых ответ — 2, с тем, чтобы затем «разгадать загадку».
Задача 2.3. Проверьте, что
(2)
и найдите еще несколько подобных примеров.
Проверить это равенство легко, труднее найти аналогичные. Конечно, кто-то может сразу догадаться, что 8 = 32 — 1, и написать равенство
(3)
справедливость которого тоже очевидна. Однако, как и в предыдущем примере, основная идея — это введение замен (подстановок). Запишем равенство
Его частными случаями являются равенства (2) и (3). В результате мы построили своего рода модель. Все что осталось сделать, — это исследовать ее, т.е. найти соотношение между а и b, при выполнении которого справедливо наше обобщенное равенство. А для этого надо провести простые преобразования:
, или , откуда .
3. Классификация и систематизация
Классификация — общепознавательный прием, суть которого заключается в разбиении данного множества объектов на попарно непересекающиеся подмножества (классы) в соответствии с так называемым основанием классификации, т.е. признаком, существенным для рассматриваемых объектов. Систематизация — это объединение объектов или знаний о них путем выявления существенных связей между ними, установление порядка между частями целого на основе определенного закона, правила или принципа.
Как писал У.У.Сойер: «Математика — это классификация и изучение всех возможных закономерностей». Однако навыки в проведении классификации и систематизации необходимы далеко не только математикам, но инженерам и врачам, юристам и экономистам, менеджерам и т.д.
В математике часто встречается дихотомия, т.е. разбиение множества на два подмножества. Действительно, натуральные числа разделяются на простые и составные, действительные числа — на рациональные и иррационачьные, а иногда на алгебраические и трансцендентные. Целые числа можно различать по их остаткам при делении на какое-то число и т.д. и т.п. Естественнее всего классификация появляется при решении комбинаторных задач, однако наша первая задача из другой темы.
Задача 3.1. Может ли быть верным равенство .
И если да, то когда?
Часто встречается такой ответ: «Данное равенство верно в том случае, когда числа а и b
имеют разные знаки». Ответ не является полным, поскольку в нем ничего не говорится о том случае, когда одно из этих чисел обращается в ноль. Здесь допущена распространенная ошибка, которая заключается в неполноте проведенной классификации. В данном случае следует учитывать, что кроме положительных и отрицательных чисел, существует еще и ноль. Правильный ответ: при ab
≤ 0.
Задача 3.2. Сколькими способами можно расположить на шахматной доске (в соответствии с правилами шахмат) белого и черного королей?
Ответ: 4 ∙ (64 — 4) + 24 ∙ (64 — 6) + 36 ∙ (64 — 9) = 3612 способами.
Введем систематизацию, различая случаи расположения одного из королей, например, черного. Именно, если черный король находится в одной из четырех угловых клеток, то, значит, имеется 64 — 4 = 60 возможностей для расположения белого короля. Если черный король стоит на краю доски, но не в углу (таких клеток 24), то имеются 58 вариантов для белого короля (из 64 клеток он не имеет права занимать саму клетку черного короля и еше 5 соседних, т.е. имеющих с ней общую сторону или вершину.) В оставшихся 36 случаях белый король может стоять на любой из 55 клеток, поскольку для него запрещены 8 клеток, соседствующих с клеткой черного короля, и сама эта клетка, т.е. 64 — 9 = 55.
Задача 3.3. Сколько различных (с точностью до положения в пространстве) каркасов треугольные пирамид можно составить, имея
1)
зеленые и красные стержни длиной по 20 см каждый?
2)
стержни длиной в 10 и 20 см?
Давайте составим таблицу, систематизирующую пирамиды по числу, например, зеленых стержней
Число зелёных стержней
1
2
3
4
5
6
Число пирамид
1
1
2
4
2
1
1
Действительно, все пирамиды с одним зеленым ребром являются одинаковыми. Если зеленых рёбер два, то они могут быть либо смежными, либо скрещивающимися, поэтому в соответствующем месте стоит число «2». Но не кажется ли странным число «4» в средней клетке этой таблицы? Ведь три зеленых стержня могут:
а) выходить из одной вершины;
б) образовывать треугольник;
в) образовывать незамкнутую пространственную ломаную.
Однако в последнем случае имеются две различные конфигурации, так сказать, правая илевая. На рис. изображены обе эти конфигурации, причем зеленые стержни обозначены толстыми линиями.
Таким образом, при помощи чисто комбинаторных рассуждений находим ответ: можно составить 12 пирамид.
Что можно сразу сказать о задаче пункта 2), так это то, что число вариантов не может быть большим, чем в случае 1), поскольку все равно, как различать ребра пирамиды: по цвету или же по длине — так что основания классификации одинаковы. Другое дело, что различаются сами множества пирамид, поскольку, к примеру, пирамиды, в одной из граней которой имеются два ребра длиной 10 см и одно — 20 см, не существует. В частности, аналогичная таблица не будет симметрична! Ответ: 5 различных пирамид.
Указанный в этом разделе подход к преподаванию математики может быть использован в школах различного профиля. И вполне возможно, что чем более, так сказать, гуманитарной является школа, тем сильнее следует подчеркивать нематематическую сторону дела, т.е. то, что методы и подходы, применяемые при решении конкретных математических задач, имеют чрезвычайно общий характер и связаны с процессом формирования и развития качеств мышления, необходимых для полноценного функционирования в современном обществе.
2.2.2. Развитие математических способностей на внеклассных занятиях.
Внеурочные занятия по математике решают целый комплекс задач по углубленному математическому образованию, развитию индивидуальных способностей ученика, максимальному удовлетворению их интересов и потребностей.
Почему ученик занимается математикой вне занятий? В младшем возрасте это интерес к математике как любимому предмету, в среднем и старшем – это либо интерес к математике как науке, либо профессионально-ориентационный интерес, связанный с предполагаемой послешкольной деятельностью.
Среди задач, которые можно решать на внеклассных занятиях выделяются две категории внеучебных задач.
Первая
категория.Задачи типа математических развлечений (занимательные задачи). По поводу этой категории Б.Л. Кордемский [11] пишет: «Первая категория внеучебных задач (очень пестрая по содержанию) прямого отношения к школьной программе не имеет и, как правило, не предполагает большой математической подготовки. Сюда входят задачи различной степени трудности и, прежде всего, начальные упражнения из цикла внешкольных упражнений, развивающих математическую инициативу, т. е. упражнения, предназначенные для тех, кто делает лишь первые шаги в мир математической смекалки.
Вторая
категория.Задачи, примыкающие к школьному курсу математики, но повышенной трудности.
Рассмотрим каждую категорию отдельно.
Занимательные задачи.
Занимательные задачи в большинстве случаев содержат сюжет, доступный и понятный учащимся на начальных стадиях изучения математики. В структуре этих задач заложено проявление и развитие, например, таких параметров математических способностей, как догадка, смекалка, сообразительность, любопытство, любознательность и т. п.
В практике школы не предусмотрено решение задач занимательного характера непосредственно на уроке (нет прямого указания в программе, нет рекомендаций в методической литературе, отсутствует соответствующий материал в учебниках), в то время как для большинства людей, интересующихся математикой, первые живые впечатления от этой науки связываются с задачами или целыми книгами «развлекательного» плана.Задачи занимательного характера могут служить прекрасным способом вызывать у учащихся интерес к изучению математики.
Учитывая многообразие различного рода увлекательных, шутливых задач, для обеспечения целенаправленного и эффективного их использования необходима некоторая классификация занимательных задач.
Остановимся на классификации, предложенной одним из специалистов в области занимательных задач, Б.Л. Кордемским [10].Заметим, что классификация ведётся согласно операционно-тематическому принципу — по сюжетам в сочетании с группами однородных операций — действий, применяемых для решения задач, объединенных темой. Согласно этому принципу выделяют следующие задачи:
1. «Затруднительные положения» (сюжетный стержень:
физические действия, выполнение которых затруднено, но может быть осуществлено средствами математической смекалки).
2. «Геометрия на спичках» (сюжетный стержень: конструирование из спичек моделей фигур).
3. «Семь раз примерь, один раз отрежь» (сюжетный стержень: преобразование фигур при помощи перекраивания).
4. «Умение везде найдет применение» (сюжетный стержень: элементарно-технические и практические вопросы, решение которых требует участия математической мысли).
5. «С алгеброй и без нее» (сюжетный стержень безразличен, операционный стержень: алгебраический путь решения или любой иной, но всегда есть некоторая «изюминка» или в самомспособе, или в сопоставлении способов решения).
6. «Математика почти без вычислений» (операционный стержень: действий почти нет, но для решения нужны искусные рассуждения).
Примеры занимательных задач будут содержаться в базе данных.
Особое значение имеют задачи, которые принято называть логическими. Основную, главную роль при решении таких задач играет правильное построение цепочки точных, иногда очень тонких, рассуждений. Термин «логическая задача» в методической литературе недостаточно четко определен. В большинстве случаев логическими задачами называют те, для решения которых необходимо лишь логическое мышление и не требуется математических выкладок. Поэтому их можно использовать для работы с учащимися различных классов без явной связи с материалом, изучаемым по школьной программе. Важно, что многие из задач такого рода носят занимательный характер. К сожалению, задач подобного рода практически нет на страницах школьных задачников. Их можно найти только в сборниках и книгах занимательного характера.
Среди широко распространенных логических задач выделим те, которые решаются способом так называемого «здравого рассуждения», способом предположений, составлением различных таблиц, вычерчиванием графов. Один из наиболее элементарных, примитивных случаев состоит в применении способа перебора.
Рассмотрим задачи, которые можно считать логическими, но решение любой из них опирается на «здравый смысл».
Задача 1. Крестьянину нужно перевезти через реку волка, козу и капусту. Как осуществить перевоз, чтобы волк не съел козу, а коза не съела капусту?
Схема рассуждений и ход решения.
Рассудительный ученик должен потребовать такое уточнение текста задачи: при крестьянине никто никого не ест! Без этого уточнения решать задачу невозможно.
Ознакомившись с текстом задачи, учащиеся могут сделать следующие выводы.
1.Крестьянин может сначала перевезти козу, оставив волка и капусту на одном берегу (волк не ест капусту!).
2. Крестьянин после этого может перевезти либо волка, либо капусту, но он должен с противоположного берега козу увезти назад, чтобы волк не съел ее, или она капусту. В этой комбинации перевоза козы назад и заключается необычность идеи, помогающей решить задачу.
3. После этого крестьянин перевозит соответственно капусту или волка.
4. Наконец крестьянин снова перевозит козу.
При решении данной задачи учащемуся прежде всего необходим «жизненный опыт», так как решение задачи не предполагает каких-либо сложных математических выкладок.По-видимому, в данной задаче проявляется навык проведения логических рассуждений и характерных для дедуктивного мышления умений находить логические следствия из данных начальных условий. Конечно, при решении этой задачи и при решении любой другой, необходимы навык полноценной логической аргументации, стремление к ясности, простоте, экономности и рациональности решений.
При формировании аналитико-синтетической деятельности у учащихся представляют интерес так называемые задачи-головоломки или, как называет их английский профессор Смаллиан, — «дурацкие штучки».
Приведем пример такой задачи.
Задача 2. продолжение
--PAGE_BREAK--Имеются две монеты на сумму 15 копеек. Одна из них не пятак. Что это за монеты?
Схема рассуждений и ход решения.
Практика показывает, что эта задача ставит в тупик человека достаточно часто, поскольку увидеть ответ не так уж легко. Это совершенно не страшно, надо просто подробно исследовать ситуацию. Как это делать?
1. На вопрос, какими могут быть две монеты, составляющие сумму 15 копеек, ответ для системы монет нашей страны однозначный: 10 копеек и 5 копеек.
2. Необычность формулировки задачи состоит в том, что указано: из этих двух монет одна не пятак, т. е. десятикопеечная, зато другая — пятак. При решении данной задачи должно проявиться такое качество мышления, как умение абстрагировать.
Нестандартность мышления проявляется и при решении таких задач, в которых встречаются слова одного рода, а подразумевается противоположный пол. Например, такая задача.
Задача 3. Сын отца полковника беседовал с отцом сына полковника. Кто с кем беседовал, если полковника при этом не было?
Схема рассуждений.
Стандартное понимание слова «полковник» приводит к стереотипному выводу, что полковник — мужчина, но в задаче «полковник» — женщина, т. е. брат полковника беседовал с мужем полковника.
Выше отмечалось, что приведенные задачи требуют для своего решения определенного «здравого смысла», но следует указать и на такие задачи, которые содержат в условиях очень много данных. Удерживать в памяти все факты, приведенные в условиях задачи, трудно, поэтому следует использовать вспомогательные записи или таблицы. Эти записи помогают исключить из рассмотрения нерешаемые варианты (противоречащие условию). Ниже приведены задача, решение которых требует использования вспомогательных таблиц.
Задача 4. Олег, Игорь и Оля учатся в одном классе. Среди них есть лучший математик, лучший спринтер и лучший ху
дожник класса. Известно, что:
1.
лучший художник не нарисовал своего портрета, но на
рисовал портрет Игоря;
2.
Оля никогда не уступала мальчикам в спринте.
Кто в классе лучший математик, лучший спринтер и луч
ший художник?
В задаче речь идет о двух множествах (множество школьников и множество специальностей). Воспользуемся таблицей 3x3 клетки.
Из первого условия задачи следует, что Игорь не художник, ставим в таблице «-», во второй строке и в третьем столбце. Из второго условия следует, что Оля лучший спринтер и поэтому ставим знак «+» в третьей строке и во втором столбце, значит Оля не художник. Игорь не художник, художник — Олег, а лучшим математиком может быть только Игорь. Наглядно показано, что таблица значительно облегчила решение задачи.
Иногда приходится составлять таблицы с большим числом входов или рассматривать несколько таблиц. В этом случае можно использовать графы. Иногда граф может играть вспомогательную роль в сочетании с другими методами решения.
Графом называют схему (сетку, карту), составленную из нескольких точек, называемых вершинами графа, и нескольких отрезков (или дуг), соединяющих эти точки и называемых ребрами графа.
Применяя граф к решению логических задач, вершинам и ребрам графа обычно придают определенный смысл. Часто решение задачи получается наглядным и эффективным. Примером решения с использованием графов может служить следующая задача.
Задача 5. Студенты педагогического университета организовали эстрадный квартет. Михаил играет на саксофоне.
Пианист учится на физическом факультете. Ударника зовут не
Валерием, а студента географического факультета зовут не
Леонидом. Михаил учится не на историческом факультете. Андрей не пианист и не биолог. Валерий учится не на физическом факультете, а ударник — не на историческом. Леонид играет не на контрабасе. На каком инструменте играет Валерий и на каком факультете он учится?
Схема рассуждений и ход решения.
В этой задаче имеется три множества (студенты, инструменты, факультеты) по четыре элемента в каждом. Составление таблиц громоздко (придётся чертить три таблицы) и неэффективно. Воспользуемся графами. Обозначим студентов первыми буквами их имен: М, А Л, В; инструменты, на которых они играют: С, П, У, К; факультеты, на которых они учатся: Ф, Г, И, Б. Будем соединять элементы двух множеств сплошной линией, если между ними установлено взаимно однозначное соответствие, и пунктирной линией, если такое отсутствует.
Пианист учится на физическом факультете, им может быть Леонид, потому что Андрей не пианист, Михаил играет на саксофоне, а Валерий не учится на физическом факультете. Тогда Андрей — ударник, так как Валерий — не ударник, и Андрей учится на географическом факультете, потому что ударник учится не на историческом и Андрей — не биолог. Михаил — биолог, а Валерий играет на контрабасе и учится на историческом факультете.
При отборе задач, предназначенных для той или иной цели, необходимы требования, которым бы отвечала выбранная система задач. Например, Ю.М. Колягин предъявляет следующие требования к задачам, которые могут быть использованы для развития гибкости мышления:
а) допускают несколько способов решения;
б) требуют конструирования нового способа из ранее изученных, применения вспомогательных приемов;
в) требуют необычного способа решения, при этом полезно
завуалировать необходимость необычного способа таким содержанием и структурой, которые по виду напоминают обычную стандартную задачу;
г) решаются известным способом, но необычное содержание задачи маскирует этот способ.
Задачи
повышенной трудности.
В качестве примера таких задач приведу систему заданий для учащихся 7-9 классов по углубленному изучению курса математики, разработанную Салюковой Светланой Васильевной – учителем математики высшей категории средней школы №4 г. Сорочинска [21]. Данная система разработана на основе технологии развивающего обучения и способствует развитию у учащихся математических способностей. Задания вводятся во внеучебное время, учащиеся могут выполнять их либо самостоятельно, либо с помощью учителя, родителей, учеников старших классов. Один раз в неделю учитель проводит консультации по выполнению предложенных заданий.
Сама система заданий представлена в приложении 2. Она включают опорные знания и умения базовой программы. Вместе с тем углубленное обучение с помощью этой системы заданий имеет свои особенности:
· необходимо на основании диагностических исследований производить отбор учащихся: за трехлетний цикл учебы в 7-9 классах данную систему заданий могут усвоить в полном объеме только хорошо подготовленные ученики;
· в системе заданий учтено, что у учащихся 7 класса не сформировано целостное представление о математике как науке;
· задания тесно связаны, переплетены с тем, чем учащиеся занимаются на уроках алгебры и геометрии;
· при выполнении заданий учащимся помогают специальные опорные конспекты по каждой теме, составленные на уроке;
· при организации работы по предложенной системе заданий необходимо проявлять доверие к силам ребенка, диалог учителя и ученика на равных;
· при обучении по предложенной системе заданий вся работа направлена на создание условий для активной, познавательной деятельности, для самостоятельного добывания знаний учащимися, когда требуется самостоятельное осмысливание материала, высказывание собственного мнения об изучаемом, анализ способов познания тех или иных тем.
Разработанная система заданий по математике позволяет:
— максимально использовать резервные возможности в развитии математических способностей каждого ученика;
— добиться быстрого и основательного усвоения углубленных программных знаний с экономией учебного времени;
- повысить интеллектуальный уровень учащихся;
- сформировать навыки выполнения умственных операций;
- повысить качество подготовки школьников по математике.
Выводы.
Основополагающим в процессе развития математических способностей является грамотный подбор задач. Видов задач большое количество, каждая задача выполняет свою отдельную функцию (чаще даже несколько функций). Так занимательные задачи направлены на формирование познавательного интереса к изучению математики, развивают математическую смекалку. Задачи повышенного уровня сложности предназначены для более глубокого, вдумчивого, осмысленного понимания пройденных тем школьного курса математики. В учебных пособиях наблюдается дефицит нестандартных задач, решение которых требует от учеников умственного напряжения, проявления самостоятельности и творчества. Такое многообразие задач требует от учителя так называемой «задачной эрудиции». А ведь не каждый учитель, особенно начинающий, может похвастаться большим «банком задач» или умением их грамотно отбирать. Для решения этих проблем и предназначена база данных, описанию которой посвящена следующая глава.
Глава III.
Разработка базы данных по развитию математических способностей.
3.1. Организация данных в базе данных.
Основу всей базы данных составляют методические разработки по развитию математических способностей. Так как способности развиваются только в процессе специально организованной деятельности, в нашем случае при решении математических задач, то в основном методические разработки представляют собой различные комплексы задач; хотя возможности базы данных не исключают хранение различных обучающих программ, демонстрационных роликов, конспектов уроков и т.п.(OLE-объектов).
В основном все данные хранятся в таблице «Главная». Эта таблица имеет следующие поля:
* «Тема»: содержит информацию о тематике или название методической разработки;
* «Класс»: содержит информацию о том, для какого класса предназначена данная методическая разработка;
* «Вид способностей»: содержит информацию о том, какой вид математических способностей развивает данная методическая разработка;
* «Вид занятия»: содержит информацию о том, на каком занятии лучше всего реализовать данную методическую разработку;
* «Источник»: содержит информацию о том, откуда была взята методическая разработка, кто её автор;
* «Количество заданий»: содержит информацию о количестве заданий в методической разработке;
* «Аннотация»: содержит краткое содержание или первичную ознакомительную информацию о методической разработке;
* «Ключевые слова»: это поле предназначено главным образом для осуществления поиска в базе данных; оно содержит слова, отражающие суть методической разработки, по которым пользователь, возможно, будет осуществлять поиск.
* «Задания»: содержит непосредственно файл (чаще всего документ Word) с заданиями из методической разработке. Фактически здесь содержится то, что предоставляется ученику учителем.
* «Задания с решениями»: содержит файл со всей методической разработкой в целом (задания, их решения, методические рекомендации), то есть весь материал для организации работы учителя.
Ещё в состав базы данных входят 3 вспомогательные таблицы.
Таблица «Классы» содержит всего два поля: «Класс» и «Выбор». Она предназначена для более удобного внесения данных в «Главную» таблицу (выпадающий список) и осуществления многовариантного поиска по фиксированным параметрам. Записи в этой таблице строго зафиксированы, их 6: классы с пятого по девятый и запись «Любой класс». «Любой класс» означает, что данная методическая разработка может быть осуществлена в любом классе, так как её содержание не связано с вопросами школьной программы по математике (логические задачи, занимательные задачи). Следует учитывать, что выбор класса носит рекомендательный характер, а не строго установленный, и то, что например, рекомендовано для пятого класса, можно использовать и в шестом классе (с некоторыми поправками).
Таблица «Вид способностей» также как и таблица «Классы» предназначена для более удобного внесения данных в «Главную» таблицу и осуществления многовариантного поиска по фиксированным параметрам. Записи в ней также зафиксированы, их 5: арифметические, алгебраические, геометрические, логические, смешанные. Так как классификаций математических способностей очень много, не существует одной устоявшейся, то я поделила (конечно, очень грубо) способности на арифметические, алгебраические, геометрические, логические, в зависимости от материала, с которым мы оперируем при решении задач по развитию этих способностей – числа, алгебраические выражения, фигуры, логические рассуждения. Большинство методических разработок развивают целый комплекс математических способностей, в этом случае выбирается смешанный вид способностей.
Таблица «Вид занятия» аналогично предшествующим таблицам предназначена для более удобного внесения данных в «Главную» таблицу и осуществления многовариантного поиска по фиксированным параметрам. Она содержит 3 фиксированные записи: урок, факультатив, внеклассное занятие. Здесь следует учитывать, что предположительно внеклассное занятие по математике должно проводится во всех классах с целью развития познавательного интереса к этому предмету, формирования внутренней мотивации учения, поэтому методический материал носит познавательный, занимательный характер; а вот на факультатив ученики ходят по собственному желанию для серьёзного, более глубокого изучения математики, следовательно, задания в методической разработке имеют повышенный уровень сложности.
3.2. Описание работы в базе данных.
1) Осуществление навигации по базе данных.
При запуске программы пользователь попадает на главную загрузочную форму базы данных «База данных по развитию математических способностей» (см. Приложение 3). С её помощью он может перемещаться по другим формам база данных. На загрузочной форме представлена информация о названии базы данных, её авторе и расположены следующие кнопки перехода к другим формам базы данных:
· «Ознакомительная информация»,
· «Поиск данных»,
· «Добавление данных»,
· «Справочная информация»,
· «Завершение работы».
В форме «Ознакомительная информация» содержится информация о назначении базы данных, её возможностях.
Форма «Поиск данных» позволяет осуществлять различные виды поиска: поиск по фиксированным параметрам и расширенный поиск (подробнее см. следующие разделы). Для каждого вида поиска определена своя закладка на форме. При загрузке формы пользователь по умолчанию попадает на закладку «Поиск по фиксированным параметрам». Чтобы перейти к другому виду поиска надо щелкнуть мышкой по закладке «Расширенный поиск» в верхнем левом углу формы. Результаты поиска по фиксированным параметрам предоставляются пользователю на отдельной форме «Результаты поиска».
Форма «Добавление данных позволяет вносить пользователю новые данные в базу данных.
Чтобы грамотно осуществлять поиск нужной информации или добавлять данные в базу данных, пользователю необходимо ознакомится с правилами выполнения этих операций. Эти правила содержаться в форме «Справочная информация». Каждая из перечисленных форм закрывается с помощью кнопки «Выход». После нажатия этой кнопки, пользователь попадает на главную загрузочную форму базы данных. По завершению работы с базой данных, для её закрытия пользователь должен щёлкнуть по кнопке «Завершение работы» на главной форме.
2) Добавление данных в базу данных.
При добавлении данных пользователь заполняет соответствующие поля таблицы «Главная»: «Тема», «Класс», «Вид способностей», «Вид занятия», «Источник», «Количество заданий», «Аннотация», «Ключевые слова», «Задания», «Задания с решениями». Все эти поля являются обязательными для заполнения.
Подробно хотелось бы описать заполнение полей «Задания» и «Задания с решениями», так типом этих полей является OLE-объект, и пользователю для их заполнения придётся пользоваться пунктом меню «Вставка». Итак, для заполнения полей «Задания» и «Задания с решениями» надо выполнить следующие операции:
1) поместите файлы с методическими разработками в папку Data, которая находится в той же папке, что и файл базы данных;
2) откройте базу данных и форму «Добавление данных»;
3) установите курсор в то место формы, куда вы хотите вставить данные;
4) выберете команду «Объект» из меню «Вставка» и щёлкните на переключатель «Создание из файла» диалогового окна «Вставка объекта»;
5) установите флажок «Связь с файлом», щёлкните на кнопке «Обзор», чтобы найти файл;
6) если вы добавляете данные в поле «Задания с решениями», то установите флажок «В виде значка»;
7) нажмите на кнопку «OK».
Если вы вставили не тот файл, то для его удаления нажмите кнопку Del.
3)
Поиск по фиксированным параметрам.
База данных предоставляет возможность осуществлять поиск по трём параметрам: класс, вид занятия и вид способностей. По каждому из параметров выберете необходимые компоненты, щёлкнув мышкой по полю «Выбор», и нажмите кнопку «Выполнить поиск». Существует два вида поиска по фиксированным параметрам: строгий и нестрогий. При строгом поиске будут отбираться записи, у которых совпадают все три заданных параметра, а при нестрогом – хотя бы один параметр из трёх. Результаты поиска предоставляются пользователю на отдельной форме «Результат поиска», которая содержит кнопку расширенного поиска (кнопка с нарисованным биноклем), то есть по отфильтрованным записям можно будет осуществить расширенный поиск. Если не будет найдена ни одна запись, удовлетворяющая заданным параметрам, то высветится пустая форма.
продолжение
--PAGE_BREAK--