Моделирование как познавательный процесс

Введение.

ГЛАВА 1. Теоретические  предпосылки проектирования педагогических условий применения знаково-снмволического моделирования учебной информации как средства формирования функциональной грамотности школьников.

1.1. Визуализация  учебной информации как принцип наглядности в обучении.

1.2. Функциональная  грамотность как совокупность познавательных средств школьников.

1.3. Моделирование как компонент учебно-познавательной деятельности и познавательное средство функциональной грамотности.

1.4. Организация  обучения знаково-символическому  моделированию содержания учебной информации.

ГЛАВА 2. Проектирование педагогических условий организации  обучения школьников на основе знаково-символического моделирования учебной информации.

2.1. Интегративный характер содержания образовательной области «Естествознание» как минимальное поле функциональной

I грамотности.

2.2. Педагогические  условия организации обучения  знаково-символическому моделированию  в процессе изучения естествознания школьниками 5-6 класса.

2.3. Знаково-символическое моделирование в педагогической практике и в поисковом эксперименте обучения естествознанию в 5-6 классе.

2.4. Результаты  опытно-экспериментальной проверки  эффективности модели педагогических  условий знаково-символического  моделирования учебной информации  «Естествознания».

В условиях вхождения  России в мировое образовательное  пространство, активной информатизации образования становится очевидной необходимость повышения качества образования за счет таких инструментальных средств, как визуализация учебной информации. Визуализация прошла путь от иллюстрации учебной информации до ее моделирования как объекта познания и средства активизации познавательной деятельности в обучении.

Современное образование  как процесс расширения возможностей выбора личностью жизненного пути и  саморазвития, как процесс обучения и воспитания сопровождается констатацией достижения определенных уровней образованности. Уровень образованности отражает тс продукты духовного и материального труда, которые личность способна использовать в своей деятельности для достижения своих целей.

Функциональная  грамотность как уровень образованности формируется в процессе учебно-познавательной деятельности, результатом которой является овладение обучающимися познавательными средствами — предметными и общеучебными знаниями и умениями. При этом доминирующее значение имеют общеучебные знания и умения (информационные, интеллектуальные, организационные, коммуникативные), которые определяют содержательно-деятельностную и потребностно-мотивационную составляющие функциональной грамотности. Содержательный анализ информационных, интеллектуальных, организационных общеучебных умений свидетельствует, что их функции связаны и проявляются в умениях оперировать зпаково-символической и графической формами выражения учебной информации. В то же время эти умения влияют на коммуникативные умения: строить рассказ, объяснять, дискутировать и т.д.

Процесс формирования общеучебных умений подчиняется закономерностям учебно-познавательной деятельности и реализуется через совокупность учебных действий в каждом звене усвоения. Содержание учебных действий направлено на вариативное преобразование формы учебной информации. Ведущим в системе учебных действий является знаково-символико-графическое моделирование как процесс визуализации учебной информации, обеспечивающий её свертывание — развертывание на основе анализа, синтеза, обобщения, классификации и др. с целью формирования теоретических и прикладных знаний, развития мышления.

Овладение учащимися  знаково-символическим моделированием на ступени основной школы становится действенным инструментом развития у них функциональной грамотности  и последующих уровней образованности.

Применение знаков, символов, графики как средства передачи информации, активизации познавательной деятельности, понимания и запоминания учебной информации нашли отражение в работах: И.И. Бариновой, A.M. Берлянта, А.А. Ветрова, М.С. Винокура, Э.В. Ильенкова,

A.M. Коршунова, Б.В. Ломова, А.А. Лютого, В.В. Мантатова, Л.М. Панчешниковой, Л.О. Резникова, В.Ф. Рубахина, Н.Г. Салминой, И.М. Титовой, В.Ф. Шаталова.

Сущность и  структура моделей, их функции, приемы и способы построения рассмотрены  в работах Е.П. Никитиной, М.В. Новик,

B.C. Преображенского, В.Н. Солнцева, В.Б. Сочавы, В.Д. Сухорукова, В.А. Трофимова, В.А. Штоффа.

Психологическое обоснование знаково-символического моделирования как метода познания и мышления представлено в трудах Л.С. Выготского, В.В. Давыдова. А.Н. Леонтьева, С.Л. Рубинштейна, Д.Б. Эльконина.

Содержательная и процессуальная стороны развития личности в обучении раскрыты в научных исследованиях В.П. Беспалько, B.C. Безруковой, Л.С. Выготского, В.В. Давыдова, И.Д. Зверева, Г.Д. Кирилловой, Т.И. Шамовой, Г.И. Щукиной, Д.Б. Эльконина, И.Я. Якиманской и др.

Знаково-символическая  деятельность (моделирование) как частный  вид учебно-познавательной деятельности, направленной на формирование различных  уровней образованности (умения использовать знаково-символический язык для  расширения знаний, развития мышления, выработки суждений и формирования умений), представлены в концепциях визуализации учебной' информации М.А. Галагузовой, Д.А. Донтис, В.Р.Ильченко, Т.С. Комиссаровой, М. Маклина, К. Норберг, М.А Панфилова,

JI.M. Перминовой, И.М. Титовой, Г. Тох, Л.И. Фридман.

Вместе с тем, в названных исследованиях авторов  не в полной мере представлены педагогические условия необходимые для формирования у школьников функциональной грамотности средствами знаково-символического моделирования учебной информации, что порождает противоречия, обусловленные:

• многообразием  применяемых ситуационных методик  формирования функциональной грамотности  и отсутствием для этого обобщенного  средства;

• утверждением знаково-символического моделирования  как универсального средства обучения и отсутствием обоснованных педагогических условий его применения при формировании функциональной грамотности.

Данные противоречия позволяют определить проблему научного обоснования знаково-символического моделирования учебной информации как обобщенного средства формирования функциональной грамотности и проектирования педагогических условий его применения. В рамках этой проблемы сформулирована тема исследования: «Знаково-символическое  моделирование учебной информации как средство формирования функциональной грамотности школьников» (на примере образовательной области «Естествознание» 5, 6 классов).

Цель исследования: разработать модель педагогических условий применения знаково-символического моделирования учебной информации как обобщенного средства формирования функциональной грамотности школьников.

Объект исследования: формирование функциональной грамотности  школьников.

Предмет исследования: знаково-символическое моделирование  учебной информации как средство формирования функциональной грамотности  школьников.

Гипотеза исследования: знаково-символическое моделирование  учебной информации обеспечит формирование функциональной грамотности школьников в процессе обучения естествознанию, если:

• формируются  соответствующие функциональной грамотности  общеучебпые и предметные знания и умения;

• усвоение учебной информации осуществляется как результат мыслительных операций (анализ, синтез, обобщение и др.);

• технология моделирования  обеспечивает полный цикл обучения —  восприятие, осмысление, запоминание, применение учебной информации;

• этапы моделирования  отражают систему действий учителя  по формированию функциональной грамотности  средствами знаково-символического моделирования.

Задачи исследования

1. Обосновать  обобщенное средство формирования  функциональной грамотности школьников.

2. Выявить познавательные средства естествознания, их потенциал в формировании функциональной грамотности.

3. Установить  содержание, принципы, функции, технологию  моделирования учебной информации.

4. Определить  педагогические условия, обеспечивающие  эффективное применение знаково-символического  моделирования как обобщенного  средства формирования функциональной  грамотности. 

5. Апробировать  модель педагогических условий  применения знаково-символического  моделирования. 

Методологическая  основа исследования:

• психолого-педагогическая теория моделирования (М.А. Галагузова, В.В. Давыдов, М.А. Панфилов, B.C. Преображенский, И.М. Титова и др.);

• концепция визуализации информации и функциональной грамотности (Д.А Дондис, В.Р. Ильченко, Т.С. Комиссарова, О.Е. Лебедев, Л.М. Перминова, И.М. Титова, Л.И. Фридман и др.).

Методы исследования

Теоретические: анализ и синтез философской, психолого-псдагогической, методической и специальной литературы по проблеме исследования; моделирование; теоретико-методический анализ состояния исследуемой проблемы.

Эмпирические: педагогическое наблюдение, анкетирование, беседа, педагогический эксперимент, опрос, проведение диагностических контрольных работ.

Методы качественного  и количественного анализа экспериментальных  данных: поэлементный и пооперационный анализ результатов анкетирования, графические и табличные интерпретации данных.

Этапы исследования

I этап (2002-2005 гг.) — изучено состояние разработанности  исследуемой проблемы в философской,  психолого-педагогическои. методической литературе и в практике обучения естествознанию; определены цель, объект, предмет, гипотеза, задачи исследования; проведен констатирующий эксперимент.

II этап (2005-2006 гг.) — проведен формирующий эксперимент  по обучению школьников знаково-символическому  моделированию учебной информации, определены педагогические условия  организации этого обучения, направленного  па формирование предметных естественнонаучных знаний и обобщенного умения — знаково-символического моделирования учебной информации.

III этап (2006-2008 гг.) — апробированы педагогические  условия, систематизированы и  обобщены результаты исследования, сформулированы выводы и заключение, оформлена диссертационная работа.

Экспериментальная база

Исследование  проводилось в течение 2002—2008 учебных  годов па базе муниципальных образовательных  учреждений Лужского района Ленинградской области: Мшинской и Заклинской средних общеобразовательных школ. Общее количество школьников, включенных в экспериментальную работу, составило 120 человек.

На защиту выносятся  следующие положения 

1. Обобщенным  средством формирования функциональной  грамотности школьников является  знаково-символическое моделирование  учебной информации, обеспечивающее  овладение предметными (теоретическими  и прикладными) и общеучебными знаниями и умениями для грамотной ориентации в окружающей жизни.

2. Содержанием  знаково-символического моделирования  учебной информации является  ее преобразование в знаково-символическую  форму. Преобразование осуществляется  как результат мыслительных операций (анализ, синтез, обобщение и др.). При этом знаково-символическое  моделирование выполняет функции:  наглядности, образности, оперативности, эвристичности.

Технология знаково-символического моделирования, ее этапы определяют действия учителя по созданию условий  применения этого обобщенного средства для формирования функциональной грамотности  при организации процессов восприятия, осмысления, запоминания, применения предметных и общеучебных знаний, умений и навыков.

3. Функциональная грамотность в естествознании проявляется через основные содержательные блоки: ■ объяснение явлений природы, наблюдаемых в повседневной жизни; ■ экологическую, физико-химическую и знаково-символическую грамотности. Каждому из этих блоков соответствуют предметные и общеучебные умения как объекты усвоения и средства познания окружающего мира.

4. Модель педагогических условий включает содержательно-целевой и организационно-методические компоненты, а также их детерминанты.

Реализация модели педагогических условий осуществляется в четыре этапа: аналитико-проектировочный; обучающий; организационно-деятельностный и контрольно-корректирующий.

Научная новизна 

1. Определены  основные блоки модели педагогических  условий по применению обобщенного  средства формирования функциональной  грамотности: детерминанты (источники  педагогических условий); компоненты (содержательно-целевой, организационно-методический), этапы их реализации (совокупность действий учителя).

2. Выявлены педагогические условия по применению знаково-символического моделирования как учебного средства формирования функциональной грамотности: конкретизация цели и отбор содержания обучения; знаково-символическая форма предъявления учебной информации; знаково-символическая деятельность учащихся (выполнение разноуровневых специальных заданий, направленных на усвоение познавательных средств «Естествознания» с помощью кодирования и декодирования учебной информации); дополнительные средства наглядности; субъект-субъектное взаимодействие учитель — ученик, ученик — ученик; оценка и самооценка выполнения заданий.

3. Установлены  педагогические действия учителя,  определяющие способ организации  и характер учебно-познавательной  деятельности обучающихся. К ним относятся: аналитико-проектировочные, обучающие, организационно-деятельностные, контрольно-корректирующие.

Теоретическая значимость исследования

1. Уточнено понятие  «педагогические условия» как результат совокупности педагогических действий учителя (внешних обстоятельств учения), определяющих организацию и характер учебно-познавательной деятельности учащихся.

2. Обосновано  применение знаково-символического  моделирования учебной информации  как обобщенного средства формирования  функциональной грамотности школьников  на основе усвоения естественнонаучных знаний и выработки общеучебных умений.

3. Определены  детерминанты педагогических условий  (долгосрочные цели - формирование  функциональной грамотности, естественно-научных знаний, символико-графических умений; содержание обучения образовательной области «Естествознание»; методологические подходы — системный и личностно-деятельностный; принципы обучения — общедидактические и специальные); их компоненты (содержательно-целевой и организационно-методические) и этапы реализации как совокупность педагогических действий учителя.

Практическая  значимость

Разработаны алгоритмы  действий по обучению знаково-символическому выражению учебной информации; составлены вариативные обучающие задания разного уровня сложности по моделированию учебной информации (на примере образовательной области «Естествознание» 5,6 классов).

Рекомендации  по использованию результатов исследования

При обучении знаково-символическому моделированию в любой образовательной  области па различных ступенях образования; в системе подготовки, переподготовки, повышения квалификации педагогических кадров.

Достоверность и обоснованность результатов исследования определяется: методологической целостностью работы; многосторонним анализом фактического материала, полученного в ходе эксперимента; качественным и количественным анализом эмпирических данных, позволяющих оценить  эффективность педагогических условий, обеспечивающих формирование функциональной грамотности средствами знаково-символического моделирования.

Апробация и  внедрение результатов исследования осуществлялись в учебно-воспитательном процессе школ Ленинградской области. Основные положения и результаты исследования обсуждались на заседаниях кафедр естествознания, географии и туризма; педагогики Автономного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Ленинградский государственный университет имени А.С. Пушкина», на Царскосельских международных научно-практических и научно теоретических конференциях (Санкт-Петербург, 2004-2007), отражены в четырех научных публикациях.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, двух глав, выводов, заключения, списка использованной литературы, приложений.

Выводы по 2 главе.

1. Анализ содержания  образовательной области «Естествознание» выявил ее интегративный характер, обусловленный целостностью знаний физики, химии, биологии, географии как основы единой картины мира

2. Основные задачи  образовательной области «Естествознание» в полной мере отвечают требованиям функциональной грамотности - обеспечение грамотной ориентации в окружающей жизни, умение использовать ориентировочную функцию знаний. Логика и структура учебников характеризуется восхождением от общих знаний о природе к частным, что соответствует концепции развивающего обучения. На основе содержательного обобщения выделяются информационные блоки, выстраиваемые как поэтапное исследование общей проблемы - Природа и Человек как единство Земли и Космоса.

3. Содержание  обучения образовательной области  «Естествознание», его символико-графические выражения, задания, в целом, соответствуют минимальному полю функциональной грамотности. Последнее отражено в четырех блоках — научное объяснение явлений природы, наблюдаемых в повседневной жизни; экологический; химический; символико-графическая грамотность. Каждому из этих блоков соответствуют предметные и общеучебные знания и умения как средства познания окружающего мира.

4. Анализ знаково-символической  графики свидетельствует о том,  что они выполняют роль основы для воспроизведения и закрепления учебной информации. Их развивающая функция реализована не достаточно, т.к. в структуре учебника и учебных заданий нет предпосылок для организации знаково-символической деятельности как универсального средства усвоения школьниками научных понятий.

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

6. Детерминантами  педагогических условий являются:

• долгосрочных цели по формированию функциональной грамотности, естественно-научных знаний, символико-графических умений;

• содержание обучения образовательной области «Естествознание»;

• методологические подходы - системный и личностно-деятельностный;

• принципы обучения - общедидактические и специальные.

7. Модель педагогических  условий организации обучения  школьников знаково-символическому моделированию учебной информации включает содержательно-целевой и организационно-методический компоненты, которые воплощаются в:

• конкретных целях  и соответствующих блоках, подлежащих усвоению с применением отдельных конструктивных элементов, их композиций и логико-графических форм;

• знаково-символическое  выражение учебной информации (способ предъявления учебной информации);

• знаково-символическую  деятельность учащихся на основе специальных  заданий, направленных на усвоение предметных и общеучебных умений;

• дополнительные средства наглядности;

• субъект-субъектное взаимодействие;

• оценку выполнения заданий.

8. Этапами реализации  педагогических условий является:

• аналитико-проектировочный;

• обучающий;

• организационно-деятел ьн о стны й;

• контрольно-корректирующий.

9. Основополагающим  для организации обучения знаково-символическому  моделированию является введение  знаний о знаково-символической  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.

10. 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: воспроизводяще-реконструктивные (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);

• задания по составлению малых графических  пособий, системно выражающих фрагмент или весь учебный материал.

Заключение 

1. Содержание  естествознания включает учебную информацию, соответствующую требованиям функциональной грамотности. Ее формирование требует универсальной технологии знаково-символического моделирования учебной информации, включающей комплекс этих ситуаций (заданий), решение которых обеспечивает формирование умений ориентироваться в знаниях для решения конкретных ситуаций и преобразовывать учебную информацию (свертывать-развертывать) с помощью искусственного и естественного языков.

2. Преобразование  учебной информации с помощью  знаков, символов, графики обеспечивает  ее наглядность как условие оптимальной передачи и восприятия и как результат ее осмысления, запоминания, применения. Знаково-символические модели учебной информации выполняют функции наглядности, образности, оперативности и эвристичности. Знаково-символическое моделирование — процесс преобразования учебной информации об обьектах изучения посредством комбинирования и расположения идеографических и пиктографических знаков. Моделирование учебной информации осуществляется на основе общедидактических и специальных принципов. К последним относятся: ■ количественная ограниченность и унифицированность; ■ актуализация смысловых элементов; ■ автономность и модельность; - ассоциативность и стереотипность.

3. Технология  моделирования учебной информации  — это процесс содержательного  обобщения, который включает три  этапа: ■ аналитический, (выделение  дидактических единиц в виде познавательной задачи); ■ перевод учебной информации на визуальный язык в виде дедуктивной модели (кодирование учебной информации); • сопоставление модели с учебной информацией.

Выделенные этапы  отражают единство действий и мышления и дают представление о содержании и последовательности действий Технология моделирования учебной информации как объект усвоения включается в технологию обучения с соответственным дополнением этапов. Как технология обучения знаково-символическое моделирование включает: общую и конкретные цели, которые характерны для поэтапного овладения познавательными средствами; - алгоритм знаково-символического моделирования; ■ предъявление учебной информации в форме знаково-символической модели; ■ методическое обеспечение обучения (система заданий, средства наглядности); ■ субъект-субъектное взаимодействие участников дидактического процесса.

4. Педагогические  условия — это р

писок литературы: 

1. Алексашина, И.  Ю. Естествознание: учеб. для 5 кл. общеобразоват. учреждений / И. Ю. Алексашина, Н. И. Орещенко. 2-е изд., перераб. - СПб.: Спецлит, 2001.- 190 с.

2. Алексашина, И.  Ю. Естествознание: учеб. для 6 кл. общеобразоват. учреждений / И. Ю. Алексашина, А. В. Космодамианский, Н. И. Орещенко. СПб.: Спецлит, 2001.-237 с.

3. Алексашина, И.  Ю. Образовательные стандарты  Петербургской школы. Естественнонаучные  дисциплины / И. Ю. Алексашина. СПб.: ЦПИ, 1996. -132 с.

4. Антонова, Л.  П. Повышение эффективности использования  плоскостных графических наглядных  пособий: дис. . канд. пед. наук / Л. П. Антонова. Л., 1976.- 157с.

5. Аранова, С. В. Интеграция художественного и логического в обучении школьников с 1 по 8 класс: автореф. дис. . канд. пед. наук / С. В. Аронова. -СПб.: С.-Петерб. гос. ун-т пед. мастерства, 2002. 20 с.

6. Атмосфера:  рабочая тетр. для школьников по курсу естествознания / под ред. И. Ю. Алексашиной. СПб.: Спецлит, 1997. — 88 с.

7. Безрукова,  В. С. Все о современном уроке  в школе: проблемы и решения  / В. С. Безрукова. -М.: Сентябрь, 2004. 164 с.

8. Бенькович, Т. М. Опорные конспекты в обучении географии России: 8-й кл.: кн. для учителя: Из опыта работы / Т. М. Бенькович. М.: Просвещение, 1997. -127 с.

9. Ю.Берлянт, А. М. Образ пространства: карта и информация / А. М. Берляит. М.: Мысль, 1986.-238 с.