7. Эвристические технологии обучения - Педагогика и психология высшей школы - М.В. Буланова-Топоркова

7.1. Введение в эвристику

С древнейших времен ученые и философы задумывались над вопросами: как осуществлять исследования, чтобы они вели к открытию нового знания? Как правильно решать возникающие проблемы? Как организовать свою мыслительную деятельность, чтобы она протекала более целенаправленно и продуктивно? Подобные вопросы не получали однозначного ответа, но постепенно их проработка обретала все более глубокий характер. Так, было признано, что существуют закономерности мышления, отличные от логических операций, которые позволяют организовывать мыслительную деятельность так, чтобы она выводила человека к новому знанию. Эти качественные процессы мышления назвали эвристическими. Изучением этих процессов начали заниматься научные дисциплины, в задачу которых входило исследование интеллектуального поведения человека, его мышления, процессов его протекания. Так, на пересечении ряда научных дисциплин возникла эвристика, которая и синтезировала знание этих областей в своем специфическом объекте исследования.

Эвристика (греч. "обнаруживаю, отыскиваю, открываю") - наука, изучающая закономерности построения новых действий в новой ситуации, т.е. организацию продуктивных процессов мышления, на основе которых осуществляется интенсификация процесса генерирования идей (гипотез) и последовательное повышение их правдоподобности (вероятности, достоверности).

С самого зарождения эвристики наряду с анализом процессов эвристической деятельности исследовались и возможности целенаправленного обучения этой деятельности, т.е. эвристика соприкасалась с педагогикой. Постепенно ярко обозначилось одно из направлений в развитии эвристики - педагогическая эвристика, которая помогает ответить на вопрос: как обучать эвристической деятельности? Она рассматривает принципиальные вопросы организации мыслительной деятельности в процессе

1 Глава построена с использованием материалов кн.: Соколов В.Н. Педагогическая эвристика. М., 1995.

Педагогическое проектирование и педагогические технологии 205

обучения, т.е. в процессе освоения тех учебных предметов, которые составляют систему профессиональных знаний.

Педагогическая эвристика сегодня, как и эвристика в целом, переживает тот период становления, когда на основе большого экспериментального и практического материала формируются теории и определяются стратегические направления исследований. Назовем некоторые из них. В объективной оценке, переосмыслении с точки зрения современных педагогических идей нуждается история эвристики и ее педагогическая ветвь. Многие работы ученых прошлого, связанные с эвристикой, мало изучены либо вследствие того, что они опережали свое время и не были поняты современниками и теперь представляют большой и важный пласт человеческой мысли, либо из-за отсутствия изданий на русском языке, что фактически закрыло на долгие годы доступ к разностороннему и объективному исследованию. Насущной проблемой сегодня является научная (а не эмпирическая!) разработка методического уровня эвристических исследований, т.е. перевод теорий, идей, научных положений на "инструментальный язык", на уровень педагогических технологий. Дальнейшей разработки требует теория учебных эвристических систем и методов. Необходимо создать научно обоснованные системы поиска решения задач в различных предметных областях (математике, физике, химии и др.). Эти системы служат хорошей основой для развития профессиональных творческих навыков студентов соответствующих специальностей. Одновременно существует проблема создания и развития эвристических систем и методов для различных профессиональных направлений.

7.2. Современный этап развития эвристики

Современный этап развития эвристики как науки связан с возникновением кибернетики (50-е гг.) и характеризуется интенсивным изучением эвристической деятельности человека. Кроме того, в связи с количественно накопившейся информацией, внимание исследователей концентрируется на концептуальном определении эвристики. Под эвристикой начинают понимать: 1. Специальные методы решения задач (эвристические методы), которые обычно противопоставляются формальным методам решения, опирающимся на точные математические модели. Использование эвристических методов сокращает время решения задач по сравнению с методом полного ненаправленного перебора возможных альтернатив; вместе с тем получаемые решения, как правило, относятся не к наилучшим, а к множеству допустимых решений; применение эвристических методов не всегда обеспечивает достижение поставленной цели.

2. Организацию процесса продуктивного творческого мышления (эвристическая деятельность). В этом случае эвристика понимается как совокупность присущих человеку механизмов, с помощью которых порождаются процедуры, направленные на решение творческих задач (например, механизмы установления ситуативных отношений в проблемной ситуации, отсечение неперспективных ветвей в дереве вариантов, формирование опровержений с помощью контрпримеров и т.д.). Эти механизмы решения творческих задач универсальны по своему характеру и не зависят от содержания конкретной решаемой задачи.

3. Способ написания программ для ЭВМ (эвристическое программирование). Если при обычном программировании программист кодирует готовый математический метод решения в форму, понятную ЭВМ, то в случае эвристического программирования он пытается формализовать тот интуитивно понимаемый метод решения задачи, которым, по его мнению, пользуется человек при решении подобных задач.

4. Науку, изучающую эвристическую деятельность; специальный раздел науки о мышлении. Ее основной объект - творческая деятельность человека; важнейшие проблемы, связанные с моделями принятия решений, поиском новых для субъекта и общества структурирования описаний внешнего мира. Эвристика как наука развивается на стыке психологии, теории искусственного интеллекта, структурной лингвистики, теории информации.

5. Специальный метод обучения или коллективного решения проблем. Рассмотренные определения эвристики показывают, что эвристическая деятельность представляет собой сложный, многоплановый, многоаспектный вид человеческой деятельности. Синтезируя вышеизложенные отдельные аспекты в понимании эвристики, можно сформулировать концептуальное определение эвристики. Под эвристикой понимается наука, изучающая закономерности построения новых действий в новой ситуации. Новая ситуация - это никем не решенная задача или неизобретенное техническое устройство, необходимость которого выявлена. (Новой будет и ситуация, когда обучаемый встречается с нестандартной задачей своего уровня.) Попадая в новую ситуацию, человек ищет пути и способы решения этой ситуации, пути, которые он раньше в своей практике не встречал и которые ему пока не известны. Если же ситуация не нова, то действия человека носят алгоритмический характер, т.е. он вспоминает их последовательность, которая обязательно приведет к цели. В этих действиях нет элементов эвристического мышления в отличие от новой ситуации, когда результат должен быть объективно или субъективно новым. Объективно - когда результат получен впервые, субъективно - когда результат является новым для человека, его получившего. Как наука, эвристика решает следующие задачи:

• познание закономерностей продуктивных процессов на основе психологических особенностей их протекания;

• выделение и описание реальных ситуаций, в которых проявляются эвристическая деятельность человека или ее элементы;

• изучение принципов организации условий для эвристической деятельности;

• моделирование ситуаций, в которых человек проявляет эвристическую деятельность с целью изучения ее протекания и научения ее организации;

• создание целенаправленных эвристических систем (общих и частных) на основе познанных объективных закономерностей эвристической деятельности;

• конструирование технических устройств, реализующих законы эвристической деятельности.

7.3. Учебная эвристическая деятельность

Эвристические функции мышления развиваются и реализуются в учебном процессе, т.е. в процессе освоения тех или иных учебных дисциплин. Представляя учебный процесс как ложную организованную деятельность по решению учебных задач, становится понятным, что от обучаемого требуются вполне определенные специальные умения и навыки организации поиска решения таких задач. Наиболее оптимальной деятельностью, в которой развиваются продуктивные способы мышления, умения достигать цели и получать результат решения задачи, является эвристическая деятельность. Рассмотрим особенности учебной эвристической деятельности и ее протекание, а также учебную задачу как предмет эвристической деятельности и те характеристики процесса решения ее, которые связаны с эвристическим поиском.

Учебная эвристическая деятельность представляет собой деятельность, в ходе которой целенаправленно развиваются способности:

• понимать пути и методы продуктивной учебно-познавательной деятельности, творчески копировать их и обучаться при этом на своем и заимствованном опыте;

• систематизировать, т.е. упорядочивать, учебную информацию в межпредметные комплексы и оперировать ею в эвристическом поиске при выполнении конкретных действий;

• адаптироваться к изменяющимся видам учебной деятельности и предвидеть ее результаты;

• планировать и прогнозировать интеллектуальную деятельность на основе эвристических и логических операций и стратегий;

• формировать и принимать решения по организации сложных видов учебной деятельности на основе правдоподобных рассуждений, эвристических операций и стратегий с последующей их логической проверкой.

Эвристическая деятельность без развитого и осознанного навыка ее проведения характеризуется многими неоптимальными чертами. Так, хорошо известны случаи, когда некоторые обучаемые, особенно на начальных этапах, пытаются найти решение задачи простым манипулированием ее данных, т.е. пытаются найти решение "наугад", на основе ненаправленных, неосознанных, неконтролируемых действий, хотя именно здесь должна начинаться деятельность, которую называют эвристической. Назовем некоторые факторы, способствующие ее успешному осуществлению.

Чрезвычайно важны способность и умение проводить оценочные мыслительные действия одного из вариантов решения до его практической проверки. Оценочные действия сопровождают процесс эвристического поиска от начала до завершения.

Рациональность действий помогает объединять вновь воспринимаемую информацию с ранее известной, включать ее в систему имеющихся знаний, группировать и перегруппировывать данные задачи различными способами, останавливаясь на наиболее оптимальном варианте. Это обеспечит предпосылку развития способности генерировать рациональные идеи.

Основной принцип экономии действий выражается правилом: не делайте при помощи большего то, что можно сделать при помощи меньшего. Необходимо тщательно исследовать возможность привлечения наиболее необходимого материала, более близкого к рассматриваемой задаче. Однако полезно вспомнить и еще одно правило: в своем поиске держитесь к задаче возможно ближе, но будьте готовы отойти от нее настолько далеко, насколько вынуждают обстоятельства.

Эвристический поиск будет продуктивным, если он сопровождается настойчивым желанием найти решение, достичь цели. Оно мобилизует интеллектуальные ресурсы решающего задачу. Неудача не должна приводить к пессимизму. Нужно помнить, что изучать вопрос нужно до тех пор, пока не иссякнет надежда на появление какой-нибудь плодотворной мысли.

Одной из основных характеристик настойчивости является способность к доведению до конца. Имеется в виду не просто настойчивость, собранность, волевой настрой на завершение работы, а именно способность к доработке деталей, к настойчивому поиску наиболее рациональных способов решения, к совершенствованию первоначального замысла.

Необходимым дополнением настойчивости является гибкость, которая проявляется в способности быстро и легко переходить от одного аспекта задачи к другому, от одной гипотезы к более совершенной. Здесь особенно уместно подчеркнуть, что способность вовремя отказаться от непродуктивной гипотезы, а это трудно сделать, если она "своя", может повлиять на результат эвристического поиска.

Одним из источников эвристической деятельности является информация (опыт), накопленная в памяти решающего.

Во время эвристического поиска он извлекает нужную ему информацию, которая будет способствовать решению задачи. Этот сложнейший мыслительный акт извлечения актуальной информации называют актуализацией, приспособление извлеченной информации к решаемой задаче - ее организация. Механизм актуализации и организации информации при эвристически направленном поиске может быть различным. Один из них основан на распознавании в задаче знакомых элементов, которые уже встречались при решении других задач. Использование способов их решения может приблизить решающего к результату. Назовем другие механизмы актуализации и организации информации: изоляция элементов, деталей, задачи друг от друга, комбинация их в нужном для эвристического поиска направлении. Изоляция и комбинация, дополняя друг друга, продвигают процесс решения задачи. Разлагая целое на составные части, что способствует более пристальному изучению каждой из них, а затем воссоединяя их в различных комбинациях, мы заставляем эволюционировать наше понимание задачи, переходя к более перспективной ситуации.

Как отмечалось, основным предметом учебной эвристической деятельности является учебная задача.

Учебная задача - определенно сформулированная информационная система, в которой есть информационная несогласованность между ее частями, что вызывает потребность в ее преобразовании и согласовании.

В учебной задаче выделяют основные компоненты, которые несут определенную информационную нагрузку. В различных предметных областях задачи могут содержать специфические качества, влияющие на их компонентный состав. Так, например, педагогическая задача (проблема) несколько отличается от математической. Однако возможно выделение наиболее общих компонентов задачи. Таковыми являются: форма, структура и содержание.

Форма задачи выражает внутреннюю организацию и взаимодействие элементов задачи как между собой, так и с внешними условиями. Так, в математике различают по форме задачи (теоремы):

• на нахождение (внутренняя организация направлена на нахождение информации о рассматриваемом объекте в виде величины его площади, длины и т.д.);

• на доказательства (внутренняя организация направлена на установление истинности и ложности некоторого утверждения);

• на существование (устанавливают, при каких условиях имеется решение и при соблюдении каких условий существует тот или иной математический объект).

Форма - способ существования задачи, однако она характеризуется относительностью, так как возможна трансформация одной формы в другую. Этот факт особенно существен в эвристическом поиске, так как в решаемую задачу приходится вносить изменения, свойственные ее внутренней организации.

Структура - совокупность достаточно элементарных объектов с конкретно описанной связью между ними, которая представляет однозначную организацию совокупности. Как видно, структура служит для фиксации совокупности различных объектов и структурных связей между ними в задаче.

Структура задачи позволяет регулировать ее сложность, которая частично определяется количеством структурных элементов и видами связей между ними. Это позволяет педагогу регулировать степень сложности задачи, исходя из интеллектуальных возможностей студента. Можно выделить еще одну потенциальную возможность данного компонента - на базе различного комбинирования элементов, сочетания их с ранее известными, переструктурирования задачи можно создать широкий массив задач, учитывающий практически все структурные ситуации. Все это позволит организовать эвристический поиск на любом по сложности учебном материале.

Если в заданной форме определены структурные элементы, связи между ними, установлены данные и неизвестные элементы структурных объектов, то эта информационная система определяет содержание задачи.

Содержание - ведущий компонент задачи, на основе которого начинается процесс решения. Оно обладает определенной подвижностью и относительной независимостью от формы и структуры. Особое значение в содержании задачи имеют данные. Данные могут быть чрезмерными, т.е. содержать лишнюю информацию, могут быть противоречивыми. Учебные задачи, как правило, содержат необходимое и достаточное количество данных для нахождения неизвестных при данной структурной связи.

Учебная задача предполагает необходимость сознательного поиска, направленного на достижение результата. Чтобы решить задачу, необходимо найти хорошо продуманную схему, которая позволит результативно прийти к цели. В литературе приводится методика Д. Пойа, которая позволяет регулировать эвристическую (поисковую) деятельность в процессе решения задачи (табл. 6.3). В таблице сконцентрированы наиболее типичные наводящие вопросы, призванные помочь обучаемому в решении задач. В зависимости от специфики задачи вопросы могут модифицироваться, изменяться, варьироваться.

7.4. Элементы эвристической деятельности, их основные характеристики

Эвристическая деятельность осуществляется на основе эвристических правил, эвристических операций и стратегий, основанных на правдоподобных рассуждениях. Все названное составляет элементы эвристической деятельности.

Эвристические правила представляют собой своего рода рекомендации к выбору возможного действия в условиях альтернативного поиска (табл. 6.4).

Эвристические операции представляют собой мыслительные операции, результатом которых станет эвристическое знание (аналогия, обобщение, синтез, анализ и др.).

Вся эвристическая деятельность по нахождению решения направляется эвристической стратегией, состоящей из эвристических операций и регулируемой эвристическими правилами. Одновременно в эвристической стратегии присутствуют элементы формальной логики в виде доказательных рассуждений. В несложных учебных задачах часто нахождение решения основано на одной эвристической операции, которая выступает эвристической стратегией решения задачи.

Элементы эвристической деятельности как мыслительные операции находят место в традиционных подходах к обучению.

Однако в них не учитываются многие существенные характеристики элементов, что значительно снижает их активизирующий потенциал. К характеристикам элементов эвристической деятельности можно отнести:

• характер деятельности;

• информационную динамику;

• эвристические функции.

Элементы эвристической деятельности по этим характеристикам представлены в табл. 6.4-6.8.

Представленные систематизированные по основным характеристикам элементы эвристической деятельности должны найти применение в учебно-познавательном процессе, что, несомненно, активизирует мыслительную деятельность обучаемых, сделает ее организованной, целенаправленной, результативной.

Организация целенаправленного обучения элементам эвристической деятельности является основной проблемой педагогической эвристики.

7.5. Эвристические методы и методики их применения

Рассмотренные элементы эвристической деятельности - правила, операции, стратегии и правдоподобные рассуждения - являются достаточным инструментом при решении учебных задач.

Для более сложных учебных задач, которые приближаются к задачам научно-исследовательского характера и имеют нестандартные элементы в своей структуре, разработаны системные методы поиска, решения задач и активизации мыслительной деятельности в этом процессе. Эти методы служат и решению задач различного характера: экономических, технических, организационно-управленческих и др.

Системные методы эвристического поиска принципиально новых решений задач различного характера начали создаваться и применяться в 40-60-х гг. XX в. Было разработано множество различных методов и их модификаций (табл. 6.9). Практика показала, что ряд методов имеет высокую эффективность и необходимость их дальнейшего развития не вызывает сомнения. Такая работа началась в 70-х гг. и была направлена на теоретическое исследование и сравнительный анализ эффективности и доступности методов для широкого применения.

Рассмотрим некоторые из методов, которые, на наш взгляд, могут использоваться в учебно-познавательной деятельности как обучающий инструмент, выступать сильнейшим орудием активизации мыслительной деятельности студентов.

7.6. Метод "мозгового штурма", его модификация

"Мозговой штурм" относится к эффективным методам активизации коллективной творческой деятельности. Идея метода основана на том, что критика и боязнь тормозят мышление, сковывают творческие процессы. Учитывая это, было предложено разделить во времени выдвижение гипотез и их критическую оценку. Проводить эти два процесса должны разные люди.

Педагогическое проектирование и педагогические технологии 223 Решением задачи в ходе применения данного метода управляет руководитель. Он обеспечивает выполнение всех правил "мозгового штурма", а именно:

1. Условие задачи формулируется перед "штурмом" в общих чертах.

2. Группа "генераторов идей" за отведенное время (20-40 мин) выдвигает максимальное количество гипотез. Выдвигаются любые гипотезы: фантастические, явно ошибочные, шутливые. Идеи должны следовать непрерывно, дополняя и развивая друг друга. Регламент на каждую идею отводится в пределах 2 мин, доказательств не требуется. Все идеи протоколируются или записываются на магнитофон. На этом этапе запрещена любая критика, в том числе скрытая, в виде скептических улыбок, жестов, мимики. Для повышения продуктивности "мозгового штурма" полезно предварительно ввести его участников в состояние мышечной и психической релаксации, снять у них психическую напряженность и мышечные зажимы тела.

3. Группа экспертов выносит суждение о ценности выдвинутых гипотез. Экспертиза и отбор гипотез должны проводиться тщательным образом, оцениваются несерьезные и нереальные гипотезы.

4. Не решенная в процессе "штурма" задача может быть предложена тому же коллективу, но в несколько измененном виде, формулировке.

5. Для активизации процесса генерирования идей в ходе "штурма" рекомендуется использовать некоторые приемы: инверсия (сделай наоборот), аналогия (сделай так, как это сделано в другом решении), эмпатия (считай себя частью задачи, выясни при этом свои чувства, ощущения), фантазия (сделай нечто фантастическое).

6. Гипотезы оцениваются по 10-балльной системе и выводится средний балл по оценкам всех экспертов.

Модификации "мозгового штурма"

Письменный "мозговой штурм" состоит в том, что задача формулируется письменно. Отсутствие влияния участников друг на друга благоприятно сказывается на всех этапах "мозгового штурма". Организационно проходит аналогично.

Индивидуальный "мозговой штурм" представляет собой процесс генерирования и оценки гипотез одним лицом. Генерирование идей происходит в течение 10-15 мин с их записью, а оценка через 3-5 дней. Допускается оценка гипотез одним лицом.

Обратный "мозговой штурм" основан на максимальной критике для раскрытия противоречий, недостатков высказанной гипотезы.

Синектический метод, методика его использования

Синектика (греч. "совмещение разнородных элементов") - система методов интенсивной психологической активизации процессов нахождения решения проблемы. Методика представляет собой логическое развитие "мозгового штурма". Отличие состоит в том, что последний проводится с людьми, которые могут не иметь опыта творческой деятельности. Синектика же предполагает создание постоянных групп, которые в процессе своей деятельности накапливают опыт, разнообразные приемы и т.д.

Синектвческие группы представляют собой объединение людей различных специальностей, научных дисциплин, возраста и т.д. Оптимальная численность группы - 5-7 человек. В течение 8-12 мес. группу готовят к работе. Подготовка ведется в общенаучном, профессиональном и психологическом направлениях. Целью деятельности таких объединений является попытка нахождения творческого решения проблемы. Реализуется она на сессии синекторов.

Сессии синекторов, как правило, начинаются не с точной постановки задачи, а с обсуждения ее признаков. Затем руководитель сессии переключает внимание на обсуждение более конкретных вопросов, постепенно направляя дискуссию в нужное русло. Таким образом, проблема сначала формулируется в общем виде. Сессия синекторов решает задачу вместе со специалистами в области обсуждаемых проблем. Постепенно участники подходят к пониманию проблемы и формулировке ее в понимании синекторов.

Для решения сформулированной проблемы проводится "экскурсия" по различным научным областям с целью выявления возможных решений, проблем в них. В процессе экскурсии используют 4 вида аналогий (прямую, личную, символическую, фантастическую), с помощью которых производится перенос новых гипотез на проблему, выявляют состоятельность гипотез. Большое значение придается анализу магнитофонных записей заседания. Структурная схема синектического заседания приведена на схеме 6.8.