Дважды два = икс?

В глубь теоретического материка

Научная экспедиция под руководством И. Д. Папанина после многомесячной работы на Северном полюсе оказалась в опасности. В начале весны льдина, на которой они находились, раскололась. Она треснула во многих местах, в том числе под палаткой с провизией. Папанинцы очутились на небольшом пятачке, размеры которого не превышали 30-40 метров. Они сообщили в Москву о своём положении, о том, что не могут больше продолжать исследования. Немедленно им была направлена помощь. Их нашли, сняли с льдины и благополучно возвратили на Большую землю…

Идёт урок географии в третьем классе. В науку о Земле вплетается история, героические страницы первых советских путешествий на Северный полюс. Рассказ педагога сам по себе интересен и познавателен. Многое мог бы рассказать детям учитель и о физической стороне дела: о дрейфе льдин, коварных течениях, о всём пути, проделанном полярниками вместе с льдами. Но увлекательное повествование, как обычно здесь, только завязка. Теперь необходимо решить задачу: как нашли небольшую льдину в океане? Какие сведения сообщили папанинцы в Москву, чтобы их смогли обнаружить?

Конечно, сложность задачи воспринимается детьми не сразу. Живой детский ум выдаёт «на-гора» десятки решений. «Они подавали какие-нибудь сигналы». «Их искали самолёты. Сверху лучше и дальше видно». «Они пускали световые ракеты». Но учитель отметает одно предложение за другим.

– С самолёта долго искать, океан большой.

– Они сообщили: вот столько градусов северной широты, – говорит ребёнок.

– Что такое широта?

– Я ещё не знаю…

Они ещё не знают способа, с помощью которого можно решить задачу. Их географические сведения поверхностны, в памяти всплывают услышанные по телевизору слова «широта», «долгота». Это тот случай, когда опыт житейских знаний мешает, путает мысль.

– Они сообщили координаты и направление льдины.

– Что такое координаты?

– Это точка, в которой они находились.

– Как её найти?

– На глобусе есть градусы.

– Значит, папанинцев искали на глобусе, а не в океане? – иронизирует учитель.

Предложения иссякают. Явно ничего не получается, попадаешь всё время впросак, в смешное положение. Надо подумать.

– Думайте. Вас никто не торопит.

– Мы можем мысленно разграфить Землю на квадраты, чтобы легче было искать. Там, где линии пересекутся, будут точки – координаты. Но Земля большая… Можно всё сделать на модели. Поэтому, наверно, люди и придумали глобус.

Всё-таки они нашли верный ход. Модель – это уже мысленная абстракция, с ней можно работать, а не гадать – авось, повезёт.

– Пожалуйста, вот глобус. Работайте.

Пока он непривычно чист, ни широт, ни долгот – только материки и океаны. Дети должны повторить в сжатом виде поиск, который вёлся на протяжении веков отважными первопроходцами – путешественниками и создателями первых карт, атласов неба и Земли. Сейчас они начинают создавать новую для себя науку картографию. И поэтому так естественны первые их слова.

– Нужен прежде всего порядок.

– Что ты имеешь в виду?

– Глобус надо разделить на одинаковые расстояния. Сначала нарисовать большой круг – экватор. От него к полюсам прочертить ещё круги.

– Их можно чертить как угодно?

– Нет! Каждую следующую линию чертить так, чтобы она всеми концами была параллельна экватору.

Всеми концами параллельна… С точки зрения строгой логики это сказано, конечно, неверно. Но зато какой яркий образ, отвечающий, в общем, сути дела.

Наконец, пошла настоящая работа. Дети, сами того не подозревая, решают сейчас совсем не ту конкретную задачу, которая была им задана: как найти льдину? Они сами переформулировали её в новую, познавательную: найти способ конструирования карты, пригодной для решения многих других географических задач.

– Нужно ещё задать расстояние между линиями. Например, разделить глобус на 360 линий – градусов. 180 линий до одного полюса и столько же до другого.

– А между линиями нельзя провести ещё линии?

– Можно. Сколько угодно. Пока не будут смыкаться все линии.

– Но я ещё не всё поняла. Если мы проведём линии, параллельные экватору до полюса, то мы сразу сможем найти точку на Земле?

– Нет. Потому что мы не знаем, с какой стороны эта точка расположена.

– Что же нужно, чтобы знать?

– Надо провести ещё линии – от полюса до полюса. У нас тогда будут квадраты.

– Я ещё хочу добавить. Те линии, что параллельны экватору, нигде не сходятся, а те, что через полюс, – все встречаются.

– И я тоже заметил: чем больше к полюсу, квадраты становятся меньше. А последний круг, параллельный экватору, встречается сам с собой. Это полюс!

– Молодцы! Вы многое заметили, – говорит учитель. – Теперь я знаю, вы уже можете найти льдину.

– Ещё нельзя! – возражают дети.

– Чего не хватает?

– Названий. Без названий ничего не получится. Чтобы другим передать знания, нужны названия-слова. Иначе зачем язык?

В самом деле, если не пользоваться словами, о которых они так много теперь знают, как можно общаться через материки и океаны?

– Я бы назвал те линии, что идут параллельно экватору, горизонталями. Потому что они все горизонтальные, хотя и идут по кругу.

– А другие окружности как назвать?

– Вертикали… полюсопересекатели… меридианы… Есть такая песенка: мелькают города и страны, параллели и меридианы…

– Всё! Вы меня убедили, – говорит учитель. – Теперь льдину быстро найдут…

– Нет! – класс не согласен. – Чтобы быстро найти, надо хотя бы примерно знать, где искать: ближе к полюсу или, наоборот, подальше от него. Надо всем линиям дать номера, от одного полюса начать и другим кончить.

– А с какого начать?

– По-моему, всё равно с какого…

– А по-моему, лучше начать с экватора, чтобы он был нулевой линией. Тогда в два раза меньше будет названий, а значит, и меньше ошибок.

– Хорошо. Но чьё же предложение лучше – Пети или Коли?

Звонок на перемену прерывает начавшийся было спор.

– Ну что же, – сказал учитель, – к согласию мы так и не пришли. Вот и подумайте, откуда считать, как считать и как по счёту назвать эти линии…

Это не стенографическая (хотя и протокольная) запись урока, на котором мы присутствовали, чтобы вникнуть в замысел психологов, понять, как они намерены использовать географию для экспериментального подкрепления своих разработок. В действительности дети говорили немножко не так, как они говорят здесь. Но суть урока от этого не меняется, а она в том, что дети на этом уроке интеллектуально работали.

Карта. Чем она осталась в нашей памяти от школьного курса географии? Контуры материков, стран, условные обозначения городов с миллионным и более населением… Мы знаем, что голубой цвет обозначает водную гладь, а интенсивный коричневый – горную местность. С трудом, но в случае необходимости сможем всё-таки вычислить расстояние по масштабу. И это почти всё. А ведь сколько разных географий мы изучали: экономическую, физическую, политическую. Впрочем, географических знаний в нашей памяти немало, но извлекли их тогда из учебников. Зачем карта? К ней мы обращались только, чтобы «посмотреть», «показать». Карта выступала как иллюстрация при изучении географического материала, работать с ней мы так и не научились.

Мы привыкли рассматривать части карты как отдельные, не связанные между собой элементы: физическая карта – это одно, экономическая – другое. Пространственные и причинные географические связи не являются предметом специального усвоения, их нет в учебниках.

Уметь по-настоящему читать карту, то есть видеть за абстрактными обозначениями систему элементов поверхности нашей земной колыбели, не всегда могут даже студенты географических факультетов.

Исследования харьковских психологов показывают, что многие студенты-географы «прочитывают» на специальных картах в основном лишь те сведения, которые на них непосредственно даны. Они не усматривают связи между конкретными географическими явлениями и другими, на карте не обозначенными. Например, не могут по карте народонаселения соотнести его плотность с климатическими условиями, рельефом. То есть у них отсутствует объёмное географическое видение: такое, которое проявляется у географов-профессионалов высокого класса. И хотя карта, конечно, не «вся география», она – её альфа и омега, начальный и конечный момент географического исследования, как говорил видный советский учёный-географ К Н. Баранский.

Ещё с большей силой мысль о важнейшей роли карты утверждается в трудах сегодняшних теоретиков географии. Именно с помощью карты, считает заведующий отделом Института географии АН СССР А. Лютый, были установлены основные географические законы, введены теоретические модели пространственной структуры географических явлений. Карта даёт возможность изучать ненаблюдаемые географические объекты: температуру почвы, солёность вод, магнитное склонение и т. д.

По мнению А. Лютого, карта – важнейший инструмент эвристической мысли, позволяющий решать задачи на основе творческой интуиции: выдвигать гипотезы, вскрывать невидимые в натуре связи. Так, например, родилась идея о дрейфе континентов, по данным о циркуляции атмосферы учёные открыли неизвестный материк. По картам осуществляются прогнозы (например, определяются границы затопления при таянии полярных льдов) и т. д. Очевидно, что простая сумма конкретных географических знаний не даёт выхода на такое пространственно-временное видение географических явлений и объектов.

Таким образом, учёные-географы подсказывают психологам и педагогам путь обучения детей научной географии. Чтобы заложить прочный её фундамент, необходимо научить читать карту «теоретическими» глазами.

Итак, идея ясна: сформировать у детей с самого начала обучения теоретические представления о системе картографических понятий. «Опробовать» метод ещё на одном предмете – географии. А так как метод обучения здесь через собственные действия учеников, они должны сами «строить» карту, овладевать принципами такого построения и способами отображения на ней географических объектов и их связей.

Но прежде всего у ребёнка должна возникнуть нужда в построении карты, он должен сам прийти к объективной необходимости возведения нового научного здания.

Известно, что система картографических понятий отражает некоторые свойства земли как движущегося геометрического тела, условно принятого за шар. Поэтому овладение этой системой понятий должно опираться на некоторые предварительно усвоенные геометрические знания (линия, точка, окружность, градус). Таких знаний у учеников нет не только в начальной школе, но и в пятом классе, когда на уроках географии изучается градусная ось. Но «экспериментальные» дети имели уже представления об этих понятиях, поскольку ещё во втором классе познакомились с началами геометрии.

Вот где в очередной раз для учеников, да и для их педагогов обнаруживаются смысл и логика теоретической формы обучения. Мир един, и различные его стороны всё отчётливее выступают перед детьми в своих закономерных связях. Математика оказывается необходимой ученику не завтра, когда он вырастет, не на заводе, не в конструкторском бюро, а уже сегодня как средство решения любых познавательных задач. Ребёнка не нужно убеждать: «Учи математику, в жизни пригодится». Он сам убеждается в этом.

Но с чего начать обучение построению карты? Проблема. Традиционно обучение картографическим понятиям начинается с ориентировки на местности, с построения плана, то есть с решения эмпирической жизненной задачи. От плана – к карте, от неё – к глобусу. Как будто всё логично: нужно сразу соотнести условные знаки карты с конкретной действительностью. Наглядный образ должен возникать всякий раз, когда ребёнок смотрит на карту.

Но ведь это не всегда возможно. Такие понятия, как «полюс», «экватор», «меридиан», не сводятся и не могут быть сведены к зрительным представлениям. Это абстрактные, содержательные понятия. Естественно, в психике ребёнка образуется разрыв между реальной действительностью и абстракцией географических понятий. Преодолеть этот разрыв можно обратным движением: от общего к частному. Общее в данном случае – это глобус как модель Земли.

За партой дети космического века. Естественно поставить перед ними задачу: дать представление о Земле жителям другой планеты. Наглядное, ясное, чёткое, не требующее ни знания языка землян, ни чтения книжных фолиантов. Дети решают задачу однозначно: на космическом корабле должна быть Земля в уменьшенном размере, то есть модель Земли.

Принципы моделирования становятся для учеников естественным способом познания любой действительности. Они освоили его уже при изучении математики, языка. И теперь возвращаются к нему и на уроках географии. Как построить модель Земли? Надо, естественно, начать с выделения её наиболее общих свойств. Земля – вращающийся шар, следовательно, необходимо определить ось вращения, установить её единственность и, найдя точку пересечения с поверхностью шара, вывести понятие географического полюса.

Очевидно, что модель – это Земля, во много раз уменьшенная. Нужно выбрать меру (масштаб) уменьшения, чтобы точно изобразить величину Земли. Это для детей элементарно простая задача. Ведь понятиями меры величины, числа они уже владеют. Поэтому они довольно ясно представляют, что масштаб – это мера, с помощью которой устанавливается соотношение между двумя величинами: моделью и реальной Землёй.

Психологи, проводившие эксперимент, установили со всей определённостью: когда ясен источник знаний и способ их получения, сложные понятия в конце концов воспринимаются как простые.

Следующее понятие – градусная сеть. Ученикам предстоит воспроизвести её на модели земного шара – на глобусе. Задача учителя – не сообщать готовых сведений, а сконструировать проблемную ситуацию, очертить зону поиска. Искать же решение придётся им самим. И они ищут: только что на уроке мы наблюдали ход детской мысли.

Путь от более общего к частностям, от абстрактного (глобуса, нерасчленённой целостности) к конкретному – к карте, где всё более выпукло предстаёт перед ребёнком наука о земной поверхности, позволяет ему в случае неясности всегда вернуться к началу, к истоку, к клеточке.

В чём нужда изображения местности на карте? Детям даётся задача изобразить участок поверхности Земли в крупном масштабе.

– Неудобно работать на глобусе, – говорит ребёнок. – Слишком большую надо иметь модель: в классе не поместится.

– Что же делать?

Идёт оживлённое обсуждение. Предложений много, но все они одного плана.

– Можно как будто вырезать кусочек Земли. Нарисовать его на бумаге отдельно.

– Вы нашли правильное решение, – одобряет учительница, – люди давно так делают. Ещё в древности они придумали карты. Видели вы карты?

Дети, конечно, слышали раньше о картах, видели их, рассматривали. Но сейчас впервые они поняли для себя необходимость карты, уяснили её смысл в ходе решения познавательной задачи, которую перед ним поставил педагог.

– Что лучше – глобус или карта?

– Нельзя так ставить вопрос: смотря какая задача. Точнее глобус, так как на нём можно передать не только форму Земли, наклон оси вращения, но и поверхность. Но удобнее карта, потому что можно изобразить кусочки Земли в увеличенном масштабе.

Для детей уже очевидно, что на карте земная поверхность изображается с искажениями. Земля ведь не плоская. Масштаб карты, градусная сеть, полюсы, меридианы, параллели – всё это уже для них ясно и понятно, отработано на глобусе. Поэтому легко применить эти понятия для практической работы с картой.

Затем можно сделать ещё более дробный шаг: от карты – к изучению плана местности.

– План – это когда совсем небольшой участок принять за плоскость. На план наносим то, что видим, а видим плоскую поверхность.

Теперь, когда они постепенно научаются говорить на языке карты, можно начать возводить сложное здание основных географических понятий. И сделать так, чтобы дети осваивали их не при чтении учебника, а в ходе решения познавательных задач с помощью карты. Учебники и другая географическая литература лишь углубят эти понятия и расширят.

Понятие равнины, казалось бы, одно из самых простых в географии. Но при традиционном обучении дети часто ошибаются в его характеристике: например, они отождествляют её с низменностью, не признают в качестве равнины плоскогорье, потому что «это горы».

Как известно, существенным признаком равнины является относительно плоский рельеф большого участка суши, все точки которого расположены на относительно одинаковой высоте над уровнем моря (абсолютная высота при этом может быть любой). Именно этот особый признак равнины делается здесь предметом познавательной деятельности детей с картой.

– Решите задачу, – говорит учитель. – Опираясь на условные знаки высоты, определите форму поверхности суши между реками Обь и Енисей, между Чёрным и Каспийским морями…

Головы склоняются над партами. Сорок минут тишины, только время от времени шелестят большие простыни карт.

– Какие можете сделать выводы?

– В первом случае местность почти плоская. Во втором – гористая, большая разница в высотах отдельных точек…

– Объясните мне, как вы работали?

– Мы сопоставляли высоту над уровнем моря разных точек Земли. Определяли её рельеф.

– Есть ли какой-нибудь условный знак на карте, который отражает различный рельеф местности? Заметили вы такой знак?

– Заметили. Это цвет, разная окраска.

Ставится новая задача: найти по окраске несколько равнин и исследовать сходство и различия между ними. Дети делают новый вывод: равнина, оказывается, может быть расположена на любой высоте над уровнем моря.

Понятие «равнина» обогащается включением его в новые и новые познавательные задачи.

– Как можно узнать наклон равнины, не сравнивая высоты отдельных точек между собой?

Недоумение детей обращает их снова к испытанному средству исследования – работе с картой..

– Понял! – восклицает ребёнок. – По направлению течения рек! Река течёт сверху вниз. Значит, есть наклон земной поверхности. Можно не измерять высоты!

Карта позволила ученику выяснить ещё одну особенность географического объекта. Она становится источником знаний не только о конкретных реках и равнинах, но и о географических закономерностях. Разные понятия как бы сцепляются друг с другом, образуя прочную сеть взаимозависимостей. Но одновременно формируется умение вычерпывать из карты, как из бездонного колодца, всё новые и новые знания.

Насколько удаётся сформировать эти умения? Контрольная, позволяющая это выяснить, не похожа на привычную, направленную на то, чтобы определить наличие прошлых знаний и умений. Здесь задача определить умение самостоятельно добывать новые знания.

Дети внимательно слушают задание: описать географические особенности одного из морей Советского Союза без учебника, без рассказа учителя, только на основе карты! Новое знание ребёнком должно быть извлечено, обобщено, выражено в словесной форме с помощью единственного доступного ему средства – умения читать или, точнее, работать с картой.

С понятной тревогой и сомнением берём в руки результаты контрольной: всё-таки этим детям по 9 лет. Опасения напрасны: они умеют учиться узнавать новое. Крупным детским почерком дано полное и точное описание географического объекта. Положение моря, его протяжённость, изрезанность береговой линии, глубины, границы замерзания морей… Как много они увидели, какая сила таится в приобретённых ими умениях!

Дети выходят за пределы физической географии, делая самостоятельные выводы или, точнее, вводы в абсолютно новую для них географию – экономическую.

«Охотское море – очень важное море, потому что отсюда можно выйти в Тихий океан, к берегам Америки и Азии…»

«Чёрное море удобно для судоходства, оно связывается с Азовским и Средиземным морями и с Атлантическим океаном. Через Чёрное море можно вести торговлю со странами Европы и Африки».

Рассуждения этих детей – не пересказ сведений из учебника, они – результат той логики, которая подводит итог умственного поиска. Они обрели объёмное стереоскопическое зрение: научились заглядывать за горизонт наличного знания. И вновь очевидна диалектика связи теории с практикой, действительных знаний о предмете с умением обращаться с этим предметом практически.

Учёные убеждались: теоретическое обучение и на новых учебных предметах, которые в начальной школе никогда ранее не изучались, доказывало свою «работоспособность». Можно ли, например, задать малышу систему физических понятий, ввести его в начала теоретической физики? Задумавшись над этим, психологи и физики, принимавшие участие в эксперименте, неизбежно должны были прийти к выводу, что найденный метод обучения математике в своей основе годится и для физики.

Действительно, с чего начиналось изучение математики? С понятия величины, которое формировалось на конкретных, чувственно воспринимаемых предметах. Но ведь понятие величины – одно из основных и в физике, которая, как известно, является наукой о природе, о её свойствах и состояниях. Она – фундамент всего естествознания и в этом своём качестве не может обойтись без понятия «количество», без меры, без количественной оценки и характеристики свойств материальных объектов или явлений. В понятии физической величины как раз и проявляется единство качественной и количественной характеристики, что отличает специфику физических понятий от математических.

Объём книги, к сожалению, не позволяет автору подробно рассказать читателю, как на основе сформированного обобщённого действия по измерению физических величин вводились в третьем классе некоторые понятия из электротехники, такие, как электрический ток, сопротивление и другие. Как дети «изобретали» приборы по измерению физических величин, принципы действия которых оказались близкими к действительным, принятым в современной науке. Формируемое физическое мышление позволяло детям ставить и решать задачи по анализу новых, незнакомых ранее физических явлений, выявлять их сущность, составляющую содержание физических понятий.

При таком многостороннем теоретическом обучении различным предметам (математика, язык, география, физика) у детей отчётливо возникали системные представления о мире. Эти представления работали на мышление в целом, позволяя психологам с разных сторон исследовать его механизмы, уточнять условия их формирования у ребёнка, находить оптимальные пути управления процессом развития.