Формирование и функционирование понятий в учебном познании

Сложность понятий определяет путь их формирования. Весь объём знаний понятия сразу усвоить невозможно. Оно формируется постепенно в течение длительного времени, на многих уроках. Рассмотрим для примера процесс формирования упоминавшегося выше понятия оксидов.

В процессе формирования понятий можно выделить четыре этапа:

1) введение в понятие;

2) формулировка определения понятия;

3) развитие понятия;

4) применение понятия.

1. Введение в понятие – это накопление таких знаний об исследуемом объекте, которые приведут к выделению сущности. На этом этапе важно активизировать те знания, которые явятся своеобразным «пьедесталом» для построения нового знания. Это соответствует природе работы мозга.

Дж. Брунер, исследуя психику человека, обнаруживает: «Восприятие предполагает акт категоризации. Фактически в эксперименте происходит следующее. Мы предъявляем субъекту соответствующий объект, а он отвечает путём отнесения воспринятого раздражителя к тому или иному классу вещей или событий. На этой основе только и могут строиться любые наши теоретические рассуждения» [18]. Из экспериментальных наблюдений психологов следует, что мозг, воспринимая новое знание, прежде всего ищет ответы на вопросы «что это? на что это похоже?». Ответ мозг получает, если находит соответствующее знание, усвоенное ранее, – опорное. Отсюда в дидактике опорным знаниям придаётся чрезвычайно важное значение.

И. Хофман в книге «Активная память» отмечает, что при восприятии объекта происходит установление соответствия между физическими параметрами воспринимаемого объекта и сохранившимися следами прежних восприятий в центральной нервной системе. И далее: «Только после того, как установлено такое соответствие, стимул (воздействующий на рецепторы предмет. – Л.К.) приобретает значение и содержащаяся в нём информация получает интерпретацию. Информация о прошлых событиях составляет, таким образом, необходимую предпосылку для распознавания поступающей в данный момент информации» [154]. Можно сделать вывод: если информация о воспринимаемом объекте не находит хранящейся в памяти соответствующей информации, то не происходит и осознанного восприятия. Установление указанного соответствия является основой классифицирования объектов.

Таковы тонкие механизмы работы мозга, а способность к классификации является свойством мозга, заложенным самой природой. Это должно учитываться при формировании понятий в учебном процессе.

Подобные явления можно вычленить и в макропроцессах истории науки. Так, в химической науке до формирования понятий был длительный период накопления знаний о различных веществах. Накопленные знания постепенно трансформировались в систему, которая позволила произвести классификацию веществ по группам. Так, были выделены спирты, многие из которых оказались кислотами. В противоположность им выделены основания (оксиды, карбонаты, гидроксиды). В дальнейшем из этой группы были вычленены оксиды, существенным признаком которых стал бинарный состав.

Это был этап введения в понятие. Подобный этап должен быть и в учебном процессе. Это значит, что для введения в понятие необходимо найти опорные знания, которые помогут выйти на новое знание. В результате выводится новый термин, которым обозначаем понятие.

В учебном процессе введения понятия оксидов опорными знаниями являются изученные химические свойства кислорода, в частности образование оксидов. В свою очередь, получение знаний о свойствах кислорода опирается на знания о взаимодействии реакций соединения, в которые вступают простые вещества (синтез), и умения составлять уравнения таких реакций, а для этого учащиеся должны уметь составлять формулы оксидов. 2. Формулировка определения понятия. Второй этап заключается в формулировке определения понятия. Определения даются разными способами. Наиболее распространённой схемой является следующая: понятие – ближайший род – существенный признак. Эта схема показывает, какие знания должен получить учащийся для выведения определения. Формулировку определения оксидов школьники дают самостоятельно под руководством учителя [77, 78].

На ученических столах находится раздаточный материал: оксид меди(II), оксид магния, оксид железа(III), оксид кремния, в пробирках – оксид углерода(IV), вода, оксид азота(IV).

Образцы подобраны так, чтобы дети смогли отметить разнообразие свойств оксидов (агрегатное состояние, цвет, температура плавления).

Наблюдения школьники заносят в таблицу.

Таблица 1. Свойства оксидов

При анализе свойств оксидов нужно учесть, что человеческое сознание сначала воспринимает различия, затем сходство. В связи с этим сначала анализируем различающиеся свойства. Такими оказываются цвет, агрегатное состояние, температура плавления, строение. Затем учащиеся находят общий признак оксидов. Они отмечают, что оксиды состоят из двух элементов и в состав каждого оксида входят атомы кислорода. Эти признаки и будут существенными. В схеме определения понятия учащиеся отмечают:

понятие – ближайший род – существенный признак.

Учащиеся производят мысленные действия: сравнение, сопоставление, анализ, синтез – и реализуют схему:

оксиды – сложные бинарные вещества – содержащие атомы кислорода.

Произведя названные мысленные действия, учащиеся выводят формулировку определения понятия. Тем самым они сделали первый шаг в изучении понятия.

3. Развитие понятий. Формируется понятие при дальнейшем изучении химического материала. Учащиеся узнают всё новое и новое, синтезируя его с ранее полученным первоначальным знанием о понятии.

Понятие оксидов получает развитие при знакомстве с важнейшими классами неорганических веществ. Сначала дети отмечают, каким элементом образован оксид – металлом или неметаллом. В результате делят оксиды на оксиды металлов и оксиды неметаллов. Произошло первое мысленное разложение изучаемого объекта – анализ.

Далее изучают реакции взаимодействия оксидов неметаллов с водой с образованием кислоты. В копилку содержания понятия прибавляется знание о проявлении кислотных свойств оксидов неметаллов. Подобным образом школьники узнают о реакциях оксидов металлов с водой с образованием оснований, следовательно, об основных свойствах оксидов. Здесь прибавляется ещё один элемент знаний: не все оксиды могут взаимодействовать с водой. Позднее, когда будет изучена природа химической связи, они узнают, что прочность химической связи обусловливает немолекулярное строение и нерастворимость в воде.

Сопоставляя свойства воды как оксида в изученных реакциях, учащиеся обнаруживают двойственную природу оксидов – амфотерность.

При изучении групп элементов Периодической системы Д. И. Менделеева учащиеся знакомятся с конкретными оксидами. Так, при изучении серы прибавляются новые знания об оксидах. В оксидах серы степень окисления будет разной: в одном она равна +4, в другом – +6. Это определяет состав: соотношение числа атомов серы и кислорода в одном 1:2, в другом 1:3. Узнают о строении молекул этих оксидов. Помимо уже известных кислотных свойств эти оксиды проявляют окислительно-восстановительные свойства. Учащиеся связывают высокую степень окисления в три- оксиде серы и приходят к выводу о проявлении окислительных свойств этого оксида. Устанавливают, что в диоксиде степень окисления серы +4 позволяет проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства.

В дальнейшем понятие оксидов пополняется всё новыми знаниями – о своеобразии оксидов углерода, фосфора, кремния, оксидов различных металлов.

Получаемые всё новые знания об оксидах обобщаются, происходит мысленный синтез. Так осуществляется развитие понятия.

Подобным образом происходит этап развития любых химических понятий (соли, кислоты, основания и др.).

4. Применение понятий. Усвоенным понятием учащийся может оперировать, осуществляя разные познавательные цели: объяснять какие-либо явления, систематизировать материал, использовать для открытия нового знания, предсказывать новые явления. Иными словами, усвоенное и осознанное понятие функционирует в мозгу учащегося. С другой стороны, успешное оперирование понятием является критерием усвоения. Если учащийся не может применить понятие на практике, значит, он его не усвоил.

Понятие в учебном процессе проявляет те же функции, что и в общеисторическом процессе.

В обучении, где понятия являются способом передачи от поколения к поколению знаний, добытых в общеисторическом процессе познания, проявляется методологическая функция понятий. Она помогает учащемуся осознать устройство реального мира, установить значение знаний о нём, осмыслить соотношение реальной действительности и её отражения в сознании.

Отражательная функция понятий проявляется в воспроизведении учащимися конкретных (богатых) знаний. Содержание этой функции заключается в том, чтобы в сознании ученика запечатлелось понятие реального предмета или явления. Отражение реальности в понятиях может сформироваться, если в учебном процессе школьники изучали именно реальность, а не способ выражения знаний с помощью формул и уравнений реакций, если формирование понятий не закончилось на формулировке определения, а продолжалось познание конкретного понятия. Однако при изучении химии ученики чаще знакомятся с формулами и уравнениями, без представлений о самом веществе или химическом процессе, выражаемых в знаковых моделях. Такое состояние преподавания химии заложено в содержании многих учебников.

Отражательная функция показывает, каковы отдельные стороны или свойства вещества и какие взаимосвязи между ними установлены. Если школьник не умеет установить взаимосвязи, то понятие превращается в рассыпающуюся множественность отдельных фактов, которую можно запомнить только механически, без понимания. Чем больше взаимосвязей устанавливает ученик, тем полнее его сознание отражает в понятии реальную действительность, объясняет и систематизирует отдельные элементы знаний об объекте. При этом проявляется систематизирующая функция. Владея ею, школьники могут систематизировать предлагаемый учебный материал, соотносить знания друг с другом, объяснять явления. Так проявляется объясняющая функция.

Во всех случаях проявления описанных функций учащийся оперирует понятиями. При этом он не только усваивает знания, но и приобретает фонд умственных действий, что ведёт к развитию ребёнка.

Проявление прогнозирующей функции может быть различным. Учащиеся могут предсказать состав вещества на основании владения понятием валентности, предсказать продукты реакции на основе знаний свойств исходных веществ, неизвестные свойства на основе общей закономерности. Владение учащимися прогнозирующей функцией понятий позволяет широко использовать проблемный подход к изучению нового учебного материала.

Если понятие сформировано так, что оно обладает всеми функциями, то учащийся использует такое понятие для самостоятельного добывания новых знаний, то есть полноценно применяет его. Если ученик знает только определение, а система абстракций не синтезировалась в единую систему понятия, то умение применять знания не формируется.

Приведём результаты исследования, показавшие, насколько сформированы функции понятий в сознании учащихся [77]. Для этого им предлагались особые задания. В экспериментальных классах применялась специальная методика формирования понятий, обладающих вышеперечисленными функциями. В контрольных классах формирование понятий происходило по традиционной объяснительно-иллюстративной методике.

Чтобы проверить усвоение понятий на уровне систематизирующей функции, было дано следующее задание.

Разделите данные вещества на группы. Укажите, на основании каких свойств вы провели деление.

Ни в экспериментальных, ни в контрольных классах кислые и основные соли не изучались. Среди указанных признаков названы как существенные, так и несущественные. Учащиеся должны были выбрать существенный признак для деления солей на группы. Получены следующие результаты (табл. 2).

Таблица 2. Результаты выполнения заданий, проверяющих сформированность систематизирующей функции понятий

Разделение солей на группы затруднений у школьников как экспериментальных, так и контрольных классов не вызвало. Разница состоит в обоснованности выбора. Большинство учащихся экспериментальных классов обосновали свои действия.

Так, ученик экспериментального класса М. дал следующее объяснение: «Первая группа: Cu₂(OH)₂CO₃, FeOHCl₂. Эти соли мы относим к первой группе, так как в их составе есть анион гидроксид и эти соли взаимодействуют с кислотами, проявляя свойство основания. Вторая группа: Al₂(SO₄)₃, NiCl₂. Объединили эти соли, потому что они взаимодействуют с кислотами и основаниями и образуется осадок. Третья группа: Ca(HCO₃)₂, K₂HPO₄. Эти соли мы отнесли к третьей группе, так как в составе есть катион водорода и эти соли взаимодействуют с основаниями и проявляют свойства кислоты».

Из ответа следует, что ученик при классификации взял два существенных признака – состав и соответствующее проявление свойств. Примечательно, что М. в предъявленных веществах распознал соли, предсказал их свойства («проявляют свойство кислоты, проявляют свойства оснований»). Это свидетельствует о том, что учащиеся экспериментальных классов в этом задании показали также владение объяснительной функцией.

Учащиеся контрольных классов затруднялись обосновывать свои действия. Например, ученик Л. написал (лучший ответ): «Я произвёл деление веществ по отношению к кислотам и основаниям». Объяснить более точно ученик не сумел, то есть у учащихся контрольных классов не сформирована объяснительная функция.

Результаты показывают, что целенаправленное формирование систематизирующей функции понятий даёт более осознанные и глубокие знания у учащихся экспериментальных классов.

Подобные результаты получены при проверке сформированности прогнозирующей функции. Чтобы выявить сформированность этой функции, в задание включали уравнение реакции, которая ещё не изучалась. Учащимся об этом не сообщалось.

В одном из вариантов были следующие задания.

Какие из приведённых реакций возможны, а какие – нет? Ответ обоснуйте. Закончите уравнения возможных реакций.

Учащиеся экспериментальных классов ещё не изучали реакцию кислотных оксидов с основанием, а контрольных классов – эту же реакцию, а также реакцию между оксидами. Нужно отметить, что знания о системе неорганических веществ в экспериментальных классах формировались на основании системно-деятельностного подхода, а в контрольных неорганические вещества изучались объяснительным методом в другой логике.

Рассмотрим результаты выполнения тех упражнений, которые требуют предсказания. Это реакция кислотного оксида с основанием. Сравним выполнение этого уравнения с уравнениями изученных реакций (табл. 3).

Таблица 3. Результаты выполнения заданий, в том числе проверяющих прогнозирующую функцию понятий (выделено полужирным шрифтом)

Как видим, учащиеся экспериментальных классов достаточно успешно справились с предсказанием (67 %). У учащихся контрольных классов предсказательная функция практически не сформирована (11 %).

Из сказанного следует, что от овладения школьниками функциональностью понятий зависит осознанность владения знаниями, формирование умения применять знания. Можно сделать вывод: методика формирования понятий должна обеспечивать овладение учащимися понятий с присущими им функциями.