Глава 1. Структура и содержание учебного материала
§ 2. Модели логической структуры учебного материала
2.3 Подходы к преобразованию логической структуры учебного материала (Часть 1)

   
   Сразу же отметим, что среди опорных конспектов аналогичных "опорным сигналам" В.Ф. Шаталова выделяются опорные конспекты, имеющие несколько иную структуру. Пример таких конспектов, разработанных Ю.С. Куперштейном приводит в одной из своих работ А.Е. Марон [44, с.53, 54]. "Опорные конспекты, - пишет он, - представляют собой логическую схему изложения учебного материала, выполненную в виде физических формул, кратких выводов, поясняющих рисунков и диаграмм и т.д. Опорный конспект...раскрывает закон, понятие, научный факт всегда по одному и тому же для каждого элемента обобщенному плану. ...Опорные конспекты приводятся как образцы нового специфического дидактического материала" [там же, с.52].
   Вариантом преобразования структуры учебного материала является выделение из него группы элементов, объединяемых по какому-либо признаку. Примером может служить таблица, отображающая основные свойства электростатического поля [55, с.24-25] (рис.5).

Основные свойства электростатического поля Материальность и объективность существования электростатического поля. Электрическое поле связано с неподвижными электрически заряженными частицами (телами). Электростатическое поле осуществляет взаимодействие между неподвижными электрически заряженными частицами (телами), количественно выражается законом Кулона. Электростатическое поле не меняется с течением времени. Электростатическое поле передает воздействие одного электрически заряженного тела (частицы) другому (другой) с конечной скоростью. Электростатическое поле имеет силовую характеристику, векторную физическую величину- напряженность. Для электростатических полей выполняется принцип суперпозиции. Электростатическое поле обладает потенциальной энергией. При перемещении электрически заряженной частицы (тела) электрическим полем совершается работа. Электростатическое поле имеет потенциальный характер. У электростатического поля есть энергетическая характеристика, скалярная физическая величина - потенциал.

Рис.5. Таблица, отображающая основные свойства электростатического поля (автор С.А. Суровикина).

   Выражение отношений подчинения и соподчинения между видовыми и родовыми понятиями, различение каких-либо признаков, использование аналогий, позволяет строить классификационные схемы [55, с.19] (рис.6) и классификационные или систематизирующие таблиц [44, с.50]; [60, с.149] (рис.7).

Рис. 6. Классификационная схема "Электромагнитное поле"
(автор С.А. Суровикина)

Вопросы для сравнения	Электростатическое поле	Магнитное поле	Вихревое электрическое поле
Чем порождается поле?	Неподвижными зарядами	Движущимися зарядами	Изменяющимся магнитным полем
Как обнаруживается поле?	По действию как на неподвижные, так и на движущиеся заряженные тела	По действию на проводники с током	По возбуждению вихревых токов
Основные характеристики поля	Напряженность и потенциал	Индукция магнитного поля	Напряженность
Характер поля	Потенциальное поле	Вихревое поле	Вихревое поле
Как изображается поле?	С помощью силовых линий	С помощью линий магнитной индукции	С помощью силовых линий
Скорость распространения поля	Скорость света	Скорость света	Скорость света
Доказательство материальности поля	Обладает энергией, существует независимо от опыта	Обладает энергией, существует независимо от опыта	Обладает энергией, существует независимо от опыта

Рис.7. Классификационная таблица "Различные проявления
электромагнитного поля" (автор А.Е. Марон).
   Преобразуется учебный материал и в "информационных моделях" - таблицах, слайдах, кодограммах, альбомах, учителя К.В. Файзуллина, где "с помощью рисунков, схем чертежей, графиков, условных обозначений физических величин отображается "суженный материал" темы, т.е. основные ее идеи, понятия, логические связи, закономерности и следствия" [60, с.209-211].
   При анализе и построении различных учебных текстов, выявлении и конструировании структур учебного материала неизбежно возникает вопрос об их оптимальности, принципах упорядочивания системы знаний. Так, Л.В. Занков при рассмотрении вопросов систематичности обучения в своем известном труде "Дидактика и жизнь" считает, что при решении данного вопроса на основе дидактических требований нельзя приходить в противоречие с системой и логикой соответствующей науки. М.А. Данилов также отмечает, что "логика учебного предмета, отражающая в конце - концов логику соответствующей науки, характеризуется системой научных понятий, входящих в программу курса, последовательностью их расположения и характером связей между ними"[59, с.42]. И хотя из второго высказывания уже понятно, что его автор основой логической структуры учебного материала считает систему понятий, вопрос о "логике соответствующей науки" здесь остается открытым. По крайней мере, при ответе на этот вопрос прежде всего следует иметь в виду, что учебный предмет не является адекватным отражением истории развития соответствующей науки и, кроме того, прямого переноса научных знаний в учебный предмет не происходит. Вообще же ориентация на систему научных понятий при структуризации знаний, уходя корнями в науковедение [34, с.84, 92], является весьма распространенной в дидактике. Так, имеется давний опыт построения дидактических пособий программированного характера, основанный на том, что "материал, подлежащий усвоению, тщательно анализируется с точки зрения его логической структуры. На этой основе выделяются его центральные понятия и связи между ними. Весь учебный материал группируется вокруг этих понятий и располагается в последовательности, отражающей логическую структуру изучаемой дисциплины" [17, с.224-225]. Основой логической структуры учебного материала, включаемого в учебники истории, считает систему понятий Г.М. Донской [12, с.30-38].
   Пожалуй, наиболее четкой, последовательной и доказательной позицией на роль и место понятий в системе научных и учебных знаний придерживается А.В. Усова. Ее взгляды по данному вопросу отражены в большом количестве работ, относящихся к разным временным промежуткам и показывающим разные аспекты теории обучения и методики преподавания физики [см., например, 35, 36, 61, 62]. На основе логико-генетического анализа структуры научных знаний она выделяет следующие основные элементы системы знаний:
    а) научные факты;
    б) понятия (о структурных формах материи, о явлениях, о свойствах тел и величинах, их характеризующих, о методах научного исследования);
    в) законы;
    г) теории;
    д) научная картина мира [62, с.5].
   Отталкиваясь от того, что понятие - это "знание существенных свойств (сторон) предметов и явлений окружающей действительности, знание существенных связей и отношений между ними" [там же, с.10] и обосновывая роль понятий в системе научного знания, она отмечает: "Нельзя сформулировать ни один закон, не оперируя понятиями. Если не усвоены соответствующие понятия, не могут быть усвоены и законы. Изучение теории также требует усвоения понятий. Научные теории - это развитые системы научных понятий" [там же, с.6].
   Существенно, что А.В. Усова рассматривает понятия и в "узком" и в "широком" смысле.
   В "узком" смысле понятие является одним из элементов системы знаний.
   В "широком" смысле понятием является каждый из элементов научного знания, и факт, и закон, и теория. Имеющая место трудность восприятия того обстоятельства, что, например, закон, включая в себя научные понятия, стоит выше на иерархической лестнице, чем понятие и, в то же время, сам является понятием, может быть объяснена терминологической омонимией, весьма распространенной и в языке, и в науке.
   На основе анализа научных понятий, понимаемых в широком смысле слова, А.В. Усовой разработаны обобщенные планы изучения явлений, опытов, величин, законов, теорий, технических устройств, технологических процессов [см., напр.: 64, с.36-37; 65, с.37-38]. Часть этих планов в несколько трансформированном виде включена в программы по физике для средней школы [42, с.35-36].
   Применяя к обобщенным планам элементы метода графов, мы можем получить неразветвленные структурно-логические схемы изучения соответствующих видов научного знания. Эти схемы, как и обобщенные планы, имеют межпредметный характер. Количество схем, как и количество планов, оказывается весьма ограниченным. В этом состоит их основная ценность. В то же время, каждая схема может переводиться на язык конкретной науки, конкретного вопроса. Ниже в качестве примера приведены структурно-логические схемы, построенные на основе обобщенных планов описания явления, величины, теории.

Структурно-логическая схема изучения явления
Вн.пр->	Усл.->	Сущн.->	Связь.->	Кол.->	Исп.->	Вред.->
Внеш ние приз наки явле ния	Усло вия про тека ния явле ния	Сущ ность явле ния меха низм, его про тека ния	Связь дан ного явле ния с дру гими	Коли чествен ная хара ктерис тика явле ния	Исполь зова ние явле ния на прак тике	Спо собы пре дупреж дения вред ного дейст вия явле ния

Структурно-логическая схема изучения величины
Явл.->	Опр.->	Обозн.->	Форм.->	Вект.->	Ед.->	Изм.->	Прим.->
Какое явление характе- ризует данная величина	Опре- деление величины	Обоз- начение величины	Определи- тельная формула величины	Какая это вели- чина: скаляр- ная или вектор- ная	Что прини- мают за еди- ницу ве- личины в СИ	Спосо- бы изме- рения величины	Примеры величины

Структурно-логическая схема изучения теории
Баз.->	Ид.об->	Пон.->	Ос.пол->	Мат.->	Объясн.->	Предск->	Подтв.->
Эмпири- ческий базис теории	Идеали- зирован- ный объект теории	Основ- ные понятия теории	Основ- ные положения теории	Матема- тический аппарат теории	Круг явлений, объясняе- мых теорией	Явления и свой- ства, предска- зывае- мые теор.	Опыты, подтвер- ждающ. основные положения теории

   В литературе встречаются видоизмененные по объему и структуре варианты обобщенных планов описания различных видов знания.
   В качестве примера можно привести планы, рекомендуемые для проверки осознанного определения отдельных видов знания [22, с.128-129].
Для закона:

1. О чем говорит тот или иной закон? (Определение, формула).
2. Какими опытами, рассуждениями, наблюдениями это подтверждается на практике?
3. Какие примеры можно привести в подтверждение этого закона, формулы?
4. Где и как используется данный закон?

Для явления:

1. В чем данное явление обнаруживается в окружающей действительности? Как описывается явление?
2. В чем данное явление состоит (т.е. какие изменения физического объекта происходят в результате этого явления)? Как это явление объясняется? Его законосообразность.
3. При каких условиях происходит это явление?

Для физической величины:

1. Какое свойство физического тела, вещества или какое качество данного явления характеризует эта величина?
2. Что эта величина показывает, от чего и как зависит?
3. Как можно эту величину определить и в каких единицах она измеряется?

Для физических понятий:

1. Что это? Что представляет собой данное понятие, какой образ окружающей действительности вызывает оно в сознании?
2. Чем оно характерно, какие имеет признаки, измеряемо ли и какой величиной?
3. С какими другими понятиями и как связано?

   Другой вариант скорректированных планов описания видов научного знания, выделенных А.В. Усовой, приводит в работе, посвященной проблеме формирования мировоззрения учащихся, В.Н. Мощанский [37, с.32-33]. В его интерпретации эти планы выглядят следующим образом:

Явление

1. Формулировка, выражающая определение явления.
2. Опыты, в которых обнаруживается явление.
3. Объяснение явления на основе теории (не всегда возможно).
4. Использование и учет явления в практике, его проявления в природе.

Опыт

1. Цель опыта.
2. Экспериментальная установка.
3. Выполнение эксперимента, измерения.
4. Анализ экспериментальных результатов и выводы, вытекающие из опыта.

Закон

1. Математическое выражение и словесная формулировка закона.
2. Опытное подтверждение закона.
3. Объяснение закона на основе теории (не всегда возможно).
4. Границы применимости (не всегда возможно).
5. Практическое применение и учет закона (не всегда возможно).

Физическая величина

1. Явление или свойство, которое характеризует величина.
2. Определение величины и формула, ее выражающая.
3. Единица измерения.
4. Способ измерения.
5. Формула, выражающая зависимость данной величины от других величин.

Теория

1. Исходные опытные факты.
2. Идеальный объект или модель.
3. Физические величины, характеризующие модель.
4. Основные положения теории-принципы или гипотеза.
5. Следствия и частные законы, выводимые из основных положений.
6. Экспериментальная проверка следствий.
7. Границы применимости.

Техническое устройство, прибор

1. Назначение.
2. Устройство.
3. Принцип действия.
4. Область применения.

   Научные взгляды А.В. Усовой в области теории и методики формирования научных понятий имеют большое число сторонников и последователей. Здесь достаточно будет сослаться на материалы зональных совещаний и конференций различного уровня по обозначенной проблеме, кандидатские [6, 9, 23, 45, 56] и докторские [4, 10, 13, 57] диссертации, в которых используется разработанная А.В. Усовой методология формирования у учащихся системы научных понятий. В качестве примера можно привести фрагмент рабочей гипотезы докторского исследования М.Д. Даммер, посвященного методическим основам опережающего курса физики основной школы: "новое содержание курса физики основной школы должно обеспечивать своевременное создание у учащихся понятийной базы, необходимой для успешного изучения других предметов естественного цикла; способствовать раскрытию общности фундаментальных естественно-научных понятий, законов и теорий, методов исследования, диалектической взаимосвязи явлений природы" [10, с.7].
   Иной точки зрения на структуру научного знания, иерархию его элементов, придерживается Л.Я. Зорина. Логико-историческое исследование школьных программ и учебников по физике за 1875-1975 гг, проведенное ею, показало, что включение научных знаний в содержание образования можно представить в виде следующей последовательности: факты, отдельные теоретические положения (не теория), прикладные знания, понятия и законы, теории.
   Выделяя в качестве ведущей дидактической единицы теорию, она полагает, что конструирование учебника (отбор и распределение материала), ориентированное на целостное отражение теории, является одним из основных условий стабильности учебников [14, с.8-10].
   Вводя в дидактику понятие системных знаний как знаний структурно адекватных научной теории [15], Л.Я. Зорина считает, что "при отборе знаний по основам теории в качестве ориентира, направляющего и корректирующего отбор, может служить следующее дидактическое основание: минимальное содержание основ теории должно быть необходимым и достаточным для того, чтобы отразить целостную структуру теории"[100, с.10]. Это положение она называет ориентацией на целостность, системность усвоения самой крупной и ведущей дидактической единицы - основ теории.
   Основы теории, как показывает Л.Я. Зорина, должны включать группу основных понятий, основных законов (постулатов) и следствий. Разрушение этой структуры, по ее мнению, превращает теорию из целостной системы в трудную для усвоения и запоминания совокупность знаний.
   Рассматривая проблемы стабильности учебников естественного цикла, Л.Я. Зорина формулирует критерии наполнения содержанием основной дидактической единицы:
      - минимальное число основных независимых понятий определяется общностью и формулировкой основных независимых законов;
      - соответствие числа основных законов в основах теории числу основных законов в самой теории;
      - включение в состав содержания следствий теории;
      - следствие из основных положений и дополнительных знаний;
      - число следствий минимальное;
      - при отборе следствий предпочтение тем, которые имеют статус законов;
      - подчинение отбора фактов введению и обоснованию основных положений теории, показу объясняющей и прогнозирующей функций теории;
      - подчинение отбора дополнительных знаний выводу следствий, т.е. отражению целостности теории; при прочих равных условиях предпочтение тем дополнительным знаниям, которые имеют: наибольший мировоззренческий характер, политехническую направленность, наибольшую выразительность в эмоциональном отношении и формировании нормативных ценностей;
      - при отборе приложений теории целесообразно отдавать предпочтение тем приложениям, которые имеют в данный момент и в перспективе наибольшее значение в технике и в предполагаемой распространенной будущей профессии ученика, нужны для формирования необходимой системы ценностей у учащихся [там же, с.11].
   Формируя целостное представление о научной теории, Л.Я. Зорина приходит к тому, что "каждый элемент теории, будучи связан с другим, имеет в то же время свое собственное содержание, внутри которого функционируют присущие ему связи, зависящие от вида знания и придающие ему также определенную целостность" [22, с.77]. Таким образом, в качестве видов знания она выделяет все элементы теории, входящие в нее непосредственно и опосредованно. Их получается шесть типов: понятие, закон, научный факт, эксперимент, теория, прикладное знание (знание, реализующее связь науки с техникой и технологией). [там же, с.77-78]. Последовательность изложения этих типов знаний также может быть представлена в виде линейных структурно-логических схем.

Структурно-логическая схема описания теории
Об.->	Пр.->	Осн.->	Инст.->	Сл.->	Гр.->
Объект изучения теории	Предмет изучения теории	Основания теории (истоки, идеальные объекты, понятия, основные положения, эмпирический базис)	Инструментарий теории (математический аппарат, средства логики)	Следствия теории и их проверка	Границы применимости теории

Структурно-логическая схема описания научного факта
Опис 1.->	Кач.Кол.->	Опис 2.->	Законом.->	Объясн.->
Описание явления в словах обыденного языка	Введение качественных и количественных характеристик	Описание явления в новых научных понятиях	Формулировка закономерностей явления или концепции	Истолкование явления в рамках определенной теории

Структурно-логическая схема описания закона
Опр.->	Симв.->	Откр->	Гр.->	Прим.->
Формулировка закона	Запись закона в символической форме	Пути открытия закона	Границы применимости закона	Применение закона

Структурно-логическая схема описания понятия
Опр.->	Симв.->	Анал.->	Гр.->	Ед.->
Определение понятия	Запись определения понятия в символической форме	Анализ формулы - определения	Границы применимости определения	Единицы измерения

Структурно-логическая схема описания эксперимента
Цель->	Методика->	Результаты->	Объяснение->	Выводы->
Цель эксперимента	Методика исследования (установка и процедуры измерения)	Результаты измерения	Интерпретация результатов	Выводы и предположения

Структурно-логическая схема описания прикладного знания
Опр.->	Принц.->	Проц.->	Прим.->
Функциональное определение объекта	Принцип работы: а) закон, на котором основана работа объекта; б) схема устройства	Процесс работы	Применение объектов