Гин Анатолий, Кавтрев Александр
Обучение решению открытых задач
Педагоги многих развитых стран пришли к выводу, что новые условия жизни в динамичном информационном обществе требуют не столько обучения «запоминающего», сколько «формирующего мышление». Некоторые страны уже начали соответствующие реформы систем образования.
В Советском Союзе около 30 лет назад группа последователей Г.С. Альтшуллера — основоположника теории решения изобретательских задач (ТРИЗ), начала работу по развитию ТРИЗ-педагогики. Одной из целей ТРИЗ-педагогики является научить детей решать открытые (творческие, эвристические, жизненные) задачи. Такой подход позволяет сформировать «решательный» подход к любой ситуации, как учебной, так и жизненной.
В ТРИЗ-педагогике мы выделяем два основных типа открытых задач: изобретательские и исследовательские.
Изобретательские задачи
В изобретательской задаче требуется что-нибудь придумать (изобрести) или найти выход из нестандартной (проблемной) ситуации. Изобретательская задача возникает, когда не существует стандартных, традиционных способов решения или использование таких способов в поставленных условиях невозможно.
Примеры изобретательских задач:
Представьте себе столярный цех небольшого мебельного завода. В цеху стоит большой стальной бак с клеем. Клей в бак наливают сверху, а в нижней части бака сделан кран, и на него надет шланг. С помощью шланга клей удобно подводить прямо к рабочим верстакам.
Проблема в том, что точно рассчитать, насколько хватит клея после заправки бака, невозможно — это зависит от многих факторов. И регулярно возникает ситуация: клей неожиданно кончается. Мастер пишет заявку начальнику цеха, эта заявка отправляется на склад, там выдаётся новая порция клея, которая и заливается в бак. На всё это уходит около двух часов — а цех все это время простаивает.
Как быть? Решение должно быть дешёвым и легко внедряемым.
Сохранение культурно-исторического достояния требует новых решений.
Например, как сохранить старинные изделия из дерева? Да еще с учетом того, что некоторые из них находятся под открытым небом…
Во время Великой отечественной войны бои шли под Старой Руссой. Передний край обороны советских войск проходил по опушке леса. Для наблюдения за немцами советские солдаты залезали на высокие сосны. Под тяжестью человеческого тела деревья начинали раскачиваться. На фоне остальных неподвижных деревьев это было очень заметно. Немцы быстро поняли, что происходит, и открыли по качающимся соснам огонь. Советские солдаты пытались остановить раскачивание деревьев, но это оказалось невозможно.
Как быть? Как вести наблюдение за противником из густого леса?
Итак, изобретательская задача ставит перед решателем вопрос: «Как быть?». При решении изобретательской задачи грамотного применения традиционных знаний (умений, навыков...), как правило, недостаточно.
Исследовательские задачи
Исследовательской мы считаем задачу, в которой необходимо объяснить непонятное явление, выявить его причины. В этом случае ключевыми являются вопросы: как происходит? почему? Обычно условие исследовательской задачи предполагает целый набор ответов-гипотез.
Примеры исследовательских задач:
Дело было в конце XIX века. К известному российскому ученому Николаю Егоровичу Жуковскому за помощью обратился молодой инженер Зимин, заведующий московским водопроводом. Глубоко под землей лопались водопроводные трубы. Качество чугуна было безупречно. Но трубы лопались так, словно были сделаны не из прочного чугуна, а из простого стекла. В чем дело? Зимин не мог найти ответа. Рабочие едва успевали исправлять повреждения в различных концах города. Городская администрация задумалась: а не проще ли опять развозить воду в бочках.
Попробуйте разобраться, почему лопались чугунные водопроводные трубы?
Весной 1945 года, когда войска союзников уже были в Германии, по автостраде шла колонна американских грузовиков с продуктами. Показались фашистские самолеты, и один из водителей быстро свернул с дороги и укрылся в кустах. Через несколько минут вражеские самолеты исчезли, но машина за эти минуты так погрузилась в грунт, что водитель даже не смог открыть дверцы кабины. Перепуганный солдат только-только успел выбраться через верх кабины, как тут же, на его глазах, тяжелый грузовик исчез в песчаной пучине. Водитель спасся, ухватившись за куст. В этом месте оказались зыбучие пески. Ученые давно исследуют этот феномен.
Выскажите свои предположения, объясняющие действие зыбучих песков.
Вам когда-нибудь приходилось разговаривать по обычному телефону с водолазом или аквалангистом, находящимся на большой глубине? Поначалу может показаться, что он просто издевается над вами. По мере погружения в глубину голос водолаза становится визгливым, а речь неразборчива. Учитывая «бубнящий» характер такой речи, ей даже дали специальное название — «утиная». Если водолаз находится на большой глубине, то его речь совершенно неразборчива, и общаться с ним по телефону невозможно.
По какой причине у водолазов и аквалангистов возникает «утиная речь»?
Источниками учебных открытых задач служат исторические факты, научные и научно-популярные книги, периодика, документальные фильмы, патентный фонд, а также случаи из практики специалистов по ТРИЗ. Тематика открытых задач не ограничивается сферой техники, ведь простор для мысли изобретателя и исследователя есть в любых сферах человеческой деятельности.
Открытые задачи не похожи на обычные школьные задачи. Иногда школьники смотрят на такую задачу, и даже не понимают, как к ней подступиться.
Мы считаем, что начинать обучение школьников решению открытых задач лучше всего с метода «Мозгового штурма».
Мозговой штурм
Метод мозгового штурма разработал в Соединённых Штатах Америки совладелец крупной рекламной фирмы Алекс Осборн. В конце 1930-х годов он со своими сотрудниками начал использовать этот метод для поиска новых идей. После выхода в 1953 году книги А. Осборна «Управляемое воображение: принципы и процедуры творческого мышления» метод мозгового штурма стал широко известен.
О классическом мозговом штурме в современном его исполнении написано много. В данной статье мы рассмотрим учебный мозговой штурм (далее УМШ). Основная цель использования УМШ — развитие у школьников творческого стиля мышления. Штурм состоит из двух основных этапов: на первом этапе выдвигаются идеи, а на втором — эти идеи анализируются. Выдвижение и анализ идей являются важнейшими составляющими умения решать открытые задачи.
Технология проведения УМШ
Обычно УМШ проводится в группах численностью 3-5 учащихся.
- Перед штурмом группу инструктируют. Основное правило на первом этапе штурма (при выдвижении идей) — НИКАКОЙ КРИТИКИ! Более того, необходимо всячески приветствовать новые идеи, какими бы абсурдными они не казались.
- В каждой группе выбирается или назначается учителем ведущий. Он следит за выполнением правил штурма, подсказывает направления поиска идей. Ведущий может акцентировать внимание на той или иной интересной идее, чтобы группа не упустила ее из виду и поработала над ее развитием.
- Группа выбирает секретаря, который будет фиксировать возникающие идеи (ключевыми словами, рисунком, знаком...).
- Группам выдается одна или несколько задач и проводится первичное обсуждение и уточнение условий этих задач.
- Учитель определяет время, которое он выделяет на первый этап штурма. Это время, обычно до 20 минут, желательно зафиксировать на доске и включить таймер.
Первый этап УМШ. Создание банка идей.
Главная цель этапа — наработать как можно больше возможных идей решений. В том числе тех, которые на первый взгляд кажутся «дикими». Иногда имеет смысл прервать данный этап до окончания отведенного времени, если поток идей иссяк, и ведущий не может исправить положение.
После этапа небольшой перерыв, в который можно обсудить с рефлексивной позиции, как проходил штурм: какие были сбои, допускались ли нарушения правил и почему.
Второй этап УМШ. Анализ идей
На этом этапе (и не ранее) все высказанные идеи каждая группа рассматривает критически. При этом необходимо придерживаться основного правила: в каждой идее желательно найти что-то полезное, рациональное зерно. Нужно постараться усовершенствовать эту идею или применить ее в других условиях.
И опять небольшой перерыв.
Третий этап УМШ. Обработка результатов
Группа отбирает от 2 до 5 самых интересных решений и выбирает спикера, который рассказывает о них классу и учителю. Возможны и другие варианты, например, группа отбирает самое практичное предложение и самое «дикое».
В некоторых случаях учитель может поставить цель: найти как можно больше решений, и тогда спикер оглашает все полученные идеи.
При использовании УМШ дети с большим интересом решают открытые задачи в группах. Этим методом они хорошо и быстро «раскалывают» относительно простые задачи. Но если задача долго не решается, то, высказав ряд идей, участники штурма теряют интерес, начинают скучать. Практика показывает, что для решения сложных открытых задач лучше всего использовать специальные алгоритмы. Это приводит мысли в порядок и повышает шансы на успех.
Алгоритмы
Для решения изобретательских задач Г. С. Альтшуллер разработал ряд приемов и алгоритмов [1-3]. В данной статье мы их рассматривать не будем — это сложные и многоходовые инструменты, которые требуют особого навыка и определенных умений для работы с ними. Специально для детей мы разработали и проверили на практике упрощенный инструмент — ПРИЗ (процедура решения изобретательских задач), который, тем не менее, мы рекомендуем использовать и для решения более сложных исследовательских задач. Эту процедуру можно назвать и алгоритмом, выполнение которого шаг за шагом приближает решателя к ответу.
Вот несколько отзывов московских школьников о работе с ПРИЗом.
- Работа с алгоритмом ПРИЗ очень помогла организовать мышление, направить мысли в нужную сторону.
- Алгоритм мне очень помог. Сразу в голове возникает много гипотез, идей.
- Мне понравилось работать с ПРИЗом, потому что он помогает разобраться в задаче тем, что всё раскладывает по полочкам.
- Сначала было сложно найти какие-то решения, а когда раздали бланки ПРИЗа, то стало намного легче сконцентрировать мысли.
- ПРИЗ оказался интересным способом решения задач, и хотелось бы позаниматься им ещё.
Как решать задачи по ПРИЗу? Рассмотрим пять шагов ПРИЗа и дадим к ним краткие комментарии.
Процедура решения исследовательских задач (ПРИЗ)
1. Подготовка к работе
На этом шаге предлагается прочитать условие задачи, сформулировать его своими словами и записать в традиционной форме:
Дано: …
Найти (Объяснить): …
Если школьникам кажется, что они могут дать ответ «сходу», пусть запишут свою гипотезу (идею) и продолжат решение задачи по ПРИЗу — скорее всего они смогут выдвинуть и другие гипотезы.
2. Анализ условия
Здесь школьникам предлагается проанализировать условие задачи и ответить на следующие вопросы:
- Какой объект в данной задаче основной? Из каких частей или элементов он состоит?
- Какие объекты находятся вокруг основного объекта? С какими объектами и как он взаимодействует?
- Какие процессы протекают в самом объекте, с его участием, а также вокруг него?
Если на этом шаге возникли какие-то гипотезы, их нужно записать.
Отметим, что на этом шаге не следует спешить решать задачу, так как главная цель шага — как можно лучше осмыслить условие задачи.
3. Выдвижение гипотез
Рекомендуется подумать, как перечисленные ниже явления могли бы способствовать получению необходимого в условии задачи результата?
Список явлений:
- механические;
- акустические;
- тепловые;
- электрические;
- магнитные;
- электромагнитные (оптические);
- ядерные;
- химические;
- биологические.
Данный шаг — главный для выдвижения гипотез. Учитель объясняет, что на этом шаге не нужно быть слишком критичными, так как следует постараться наработать максимум гипотез. Отметим, что в процессе решения иногда возникают 1-2 идеи, а иногда и более 10.
4. Отбор гипотез
На этом шаге школьники отбирают из выдвинутых гипотез наиболее правдоподобные и расставляют их в порядке убывания правдоподобности.
Если школьникам не удалось сформулировать правдоподобные гипотезы, то можно рекомендовать глубже изучить условие задачи, а также поискать дополнительные справочные материалы. После этого стоит пройти шаги ПРИЗа еще раз, причем постараться сделать это более внимательно.
5. Проверка гипотез
На этом заключительном шаге школьники должны предложить эксперименты (в том числе мысленные) по проверке каждой правдоподобной идеи (гипотезы) или выполнить соответствующие расчеты.
Примеры решения исследовательских задач по ПРИЗу
Далее мы приводим примеры решения двух задач с использованием ПРИЗа. Эти задачи школьники решали на семинарах (учебных погружениях) авторов данной статьи. Выдвинутые ими гипотезы вы найдете в приведенных решениях.
В одном из наиболее засушливых районов Черноморского побережья расположен небольшой городок — Феодосия. В начале XX века на склонах ближайшей к городу горы обнаружили большие кучи камней искусственного происхождения. А рядом с этими грудами остатки старых керамических труб. Инженер Ф.И. Зибольд провел серию экспериментов и доказал, что груды камней могли быть источниками воды для древнего водопровода.
Откуда бралась вода в грудах камней?
Кучи камней на склонах горы вполне могли быть аккумуляторами влаги. Они действовали следующим образом: ночью камни груд остывали, и на них из влажного атмосферного воздуха оседала роса. Капли воды стекали к основаниям куч и постепенно наполняли емкость, устроенную в основании каждой кучи. Собранная таким образом вода могла подаваться в город по керамическому водопроводу.
Справка
Зибольд подкрепил свою догадку удачными опытами по получения воды из воздуха. Он построил по «историческому образцу» конденсатор влаги, который позднее назвали чашей Зибольда. Диаметр чаши составлял 12 метров. В нее была насыпана куча камней высотой также около 12 метров. Ночью на камни выпадала роса и стекала через желоб в специальную емкость. Чаша Зибольда сохранилась до настоящего времени. Она находится вблизи Феодосии на склоне горы Тепе-Оба на высоте 150 метров над уровнем моря. Интересно, что догадка Зимбольда оказалось неверной — современные исследования показали, что водопровода в Феодосии не было. Но возможность построения подобной конструкции была доказана.
Кстати
Об изобретении феодосийского инженера Зибольда было известно в Европе. Более того, на юге Франции, в местечке Трансан-Прованс, в начале 30-х годов прошлого века по подобию чаши Зибольда была построена первая установка «Ziebold machine». Удивительно, но во Франции искусственные конденсаторы системы Зибольда работают даже в настоящее время.
Почтовый голубь по кличке Билли сбился с курса и по ошибке совершил… трансатлантический перелёт. Голубь стартовал в северной Франции и должен был приземлиться в Англии. Но где-то над Ла-Маншем Билли сбился с курса и полетел совсем не в ту сторону. В результате он пролетел 5,5 тысячи километров и приземлился в Нью-Йорке. В Англию голубя вернули самолётом.
Как птицы ориентируются при дальних перелетах? По каким причинам голубь мог сбиться с курса?
Подведем промежуточный итог: наиболее вероятно, что при длинных перелетах птицы ориентируются по магнитному полю Земли. При этом вполне возможно, что они используют дополнительные ориентиры: Солнце, звезды, особенности земного рельефа. Теперь ответим на второй вопрос задачи: по каким причинам голубь мог сбиться с курса?
Птицы при дальних перелетах ориентируются по магнитному полю Земли. Наблюдения показывают, что навигационные способности почтовых голубей значительно ухудшаются во время геомагнитных бурь. (Кстати, во время полета голубя Билли была зафиксирована сильная магнитная буря. Скорее всего, именно эта буря и сбила его с нужного курса.) Справка
Все мы живем в магнитном поле Земли. Это поле имеет два источника. Первый — сама Земля, которая представляет собой огромный магнит, а второй — потоки заряженных частиц в верхних слоях атмосферы. Обычно изменения магнитного поля Земли составляют около 0,1% от его среднего значения. Однако бывают и более сильные изменения магнитного поля — это так называемые магнитные бури. Эти бури являются результатом вспышек на Солнце. При таких вспышках Солнце выбрасывает в космическое пространство поток заряженных частиц. Достигнув Земли, эти частицы вызывают сильное возмущение магнитного поля, то есть «бурю». Обычно магнитная буря продолжается 2–3 дня.
Кстати
Магнитные бури оказывают влияние и на насекомых. Эти бури приводят насекомых в беспокойное, возбужденное состояние. Проводились опыты, в которых подсчитывали число насекомых, прилетающих ночью на свет кварцевой лампы. Оказалось, что если ночью магнитное поле Земли возмущено, на свет лампы прилетает гораздо больше насекомых, чем в обычную спокойную ночь.
Как видите, ПРИЗ помогает не только сосредоточиться, глубоко проанализировать условие, но и расширить область поиска идей, дает направления «думания», а затем «сворачивает» веер решений с помощью направленного отбора и проверки на правдоподобность.
ПРИЗ можно использовать как при индивидуальной работе школьников, так и в малых группах. Отметим, что после нескольких тренировок по решению задач с использованием ПРИЗа ребята гораздо лучше решают открытые задачи и мозговым штурмом.
Умение решать открытые задачи — это как умение плавать, которое всегда пригодится в открытом жизненном океане: даже если ты плывешь на вроде бы надежном корабле, никогда не знаешь, с айсбергом можешь столкнуться…
Вся жизнь — открытая задача.
Решай! И ждет тебя удача!
Материалы об открытых задачах читайте на сайте www.trizone.ru
Список рекомендуемой литературы
- Альтов Г. С. И тут появился изобретатель. — М.: Дет. Лит., 2000. — 160 с.: ил.
- Альтшуллер Г. С. Найти идею. Введение в теорию решения изобретательских задач. Изд. 3-е, дополненное. — Петрозаводск: Скандинавия, 2003. — 240 с.
- Альтшуллер Г. С. Творчество как точная наука. Изд. 2-е, перераб. — Петрозаводск: Скандинавия, 2004. — 208 с.
- Гин А. А. Приемы педагогической техники: Свобода выбора. Открытость. Деятельность. Обратная связь. Идеальность: Пособие для учителей. — М.: Вита-Пресс. 1-е изд., 1999; 5-е изд., 2003; — 88 с.; 6-е изд., доп., 2005. — 112 с.; 7-е изд., 2006. — 112 с.; 9-е изд., 2009. — 112 с;
- Гин А. А. Сказки-изобреталки от кота Потряскина: для детей младшего школьного возраста. Изд. 2-е, перераб. — М.: Вита-Пресс, 2010. — 80 с.: ил.
- Гин А. А. Требования к условию открытой учебной задачи. Журнал «Школьные технологии» № 6, 2000., с. 192 — 195.
- Гин А. А., Андржеевская И. Ю. 150 творческих задач: для сельской школы. М.: Народное образование, 2007. 234 с.: ил.
- Гин С. И. Мир загадок: Методическое пособие для учителя начальной школы. М., 2008. — 112 с.
- Гин С. И. Мир логики: Методическое пособие для учителя начальной школы. М.: «Вита-Пресс», 2001. — 144 с.: ил.
- Гин С. И. Мир фантазии: Методическое пособие для учителя начальной школы./ Библиотека учителя начальной школы. М.: «Вита-Пресс», 2002. — 128 с.: ил.
- Гин С. И. Мир человека: Учебно-методическое пособие для учителей начальных классов. Изд. 3-е. М.: «Вита-Пресс», 2007. — 144 с. .: ил.
- Инновационное образование. Обучение в процессе создания новых знаний: Учебно-методическое пособие / Погребная Т. В., Козлов А. В., Сидоркина О. В. — Красноярск: ККИПКиППРО, 2008. — 157 с.
- Кавтрев А. Ф. Решение открытых и изобретательских задач с использованием виртуальной лаборатории. Материалы IX международной научно-практической конференции «Развитие творческих способностей в процессе обучения и воспитания на основе ТРИЗ», Челябинск, 2006. С. 31-33.
- Кавтрев А. Ф. Физика в открытых и изобретательских задачах. Труды международной конференции «МА ТРИЗ ФЕСТ», Санкт-Петербург, 2005. С. 190-193.
- Камин А. Л., Камин А. А. Физика собственными силами. — Екатеринбург: МУМЦ «Развивающее обучение», 1997. — 198 с.
- Тимохов В. И. Сборник творческих задач по биологии, экологии и ТРИЗ. — СПб.: «ТРИЗ–ШАНС», 1996. — 104 с.
книг. Еще очень на меня ...