Статья: Развитие навыков теоретизирования в условиях сложного и быстроменяющегося мира

^{1Школа образовательной и социальной политики}

(School of Education and Social Policy)

²Северо-Западный университет (Northwestern University)

Развитие навыков теоретизирования в условиях сложного и быстроменяющегося мира

¹Хиллари Суонсон, Доцент-исследователь

^{2Аллен Коллинз, Почетный профессор}

United States

Введение

Стремительное технологическое развитие трансформирует все области деятельности и усиливает неопределенность. Эффективные стратегии в подобном контексте основываются на нестандартных подходах к решению проблем. Их можно реализовать, владея соответствующими навыками, которым система образования не уделяет должного внимания. Лицам, принимающим решения, необходимо изучить природу перемен и гибко адаптировать образовательные программы и политику.

По мере совершенствования роботов и компьютеров «рутинные» рабочие места будут исчезать, что создает большие риски для работников, не обладающих актуальными компетенциями. Тем не менее многие школы продолжают руководствоваться учебными программами, разработанными несколько десятилетий назад. Следовательно, молодые люди не смогут адаптироваться к сложному, быстроменяющемуся миру.

В последние годы во многих странах осуществляется интенсивная подготовка специалистов в области естественных наук, технологий, машиностроения и математики (так называемые дисциплины STEM -- science, technology, engineering, mathematics), являющихся основным источником прогрессивных инноваций и драйверов развития.

Во времена стабильности, предшествовавшие резкому ускорению технологического прогресса, для принятия взвешенных решений не требовалось столь массовое обладание глубокими знаниями в области математики и естественных наук. Но по мере усложнения контекста их важность увеличивается.

Выделяются две категории математических навыков [Devlin, 2012, р. 8]:

* абстрактные -- решение математических задач соответствующими методами;

* прикладные -- применение математического инструментария для идентификации проблем, возникающих, например, в промышленном производстве, описания их ключевых характеристик и анализа.

По мере исчезновения рутинных производственных процессов спрос на специалистов, обладающих математическими навыками первого вида, снижается, а второго -- увеличивается [Devlin, 2012].

Приведенные аргументы применимы и к научным исследованиям. В настоящее время такие навыки, как умение анализировать проблемы, идентифицировать элементы, закономерности, глубинные структуры объектов и явлений, находить им объяснения, обеспечивают принятие эффективных решений. Они играют важную роль в формировании научных теорий.

Следовательно, развитие перечисленных способностей на всех образовательных уровнях, начиная со школы, по нашему мнению, является стратегической задачей.

Теория -- ключевой элемент науки [Suppe, 1974, p. 3], закладывающий основу для разработки технологий [diSessa, 1991, p. 229]. Вовлечение в процесс создания теорий позволяет учащимся глубже понять природу науки, сформировать концептуальное мышление и совершенствовать когнитивные способности.

Несмотря на это, обучению разработке теорий уделяется меньше внимания, чем эмпирическим исследованиям. В последние годы в американских школах стали преподаваться моделирование и поиск объяснений, но это лишь часть широкого инструментария построения теорий.

Активное внедрение практик формирования концепций в школьные образовательные программы позволит готовить будущих ученых с уникальными когнитивными навыками, необходимыми для поиска ответов на новые сложные вызовы.

В статье представлен обучающий курс, основанный на «интеллектуально беспристрастном» (intellectually honest) подходе [Bruner, 1977] к разработке теорий.

Описаны четыре навыка, приобретаемые по его окончании. Особое внимание уделено методам преподавания и приемам, которые, как представляется, имеют определяющее значение в данном процессе.

Раскрывается вклад коллективного обсуждения «учебных» теорий и фасилитационной роли преподавателя в процессе формирования и углубления навыков мышления.

Проанализировано значение результатов исследования для подготовки будущих ученых и, в более широком плане, профессионалов, способных добиться успеха в новой парадигме развития.

Курс разработки теорий

Высказывание Альберта Эйнштейна «Наука есть не что иное, как совершенствование повседневного мышления» [Einstein, 1936] отражает конструктивистский подход, согласно которому формальное знание обретается путем реорганизации и уточнения имеющейся информации [Smith et al., 1994].

Представленный курс способствует совершенствованию мышления в процессе разработки, проверки и корректировки теорий. Таким образом, приобретаются навыки выявления закономерностей поведения физических и психосоциальных систем, достижения ими пороговых значений и равновесного состояния.

Например, можно определить пороговое положение, за которым следует обрушение конструкций или наступает предел человеческого терпения. В обоих случаях прослеживается последовательная смена предварительной стадии, предела и реакции.

В ходе предварительной стадии некий параметр меняется, пока не достигнет предела, после чего система реагирует -- необратимо трансформируется в новое состояние. Нагревание холодной воды до комнатной температуры и успокоение эмоций также предполагают достижение равновесия.

Эти примеры характеризуются дифференцированной скоростью изменений: система вначале быстро стремится к равновесному состоянию, но по мере приближения к нему темп снижается. Достижение порогового значения и равновесного состояния определяется внутренними факторами, или внутренней структурой системы.

Такие закономерности зачастую описывают причинно-следственные связи между событиями, иными словами, имеют объясняющую силу. Примеры можно продолжать, но в данном случае целесообразно пользоваться общими -- абстрактными терминами.

Ключевая цель обучения разработке концепций -- поиск обобщающих закономерностей. В рамках научных теорий описываются структуры, лежащие в основе явлений той или иной природы [Toulmin, 1958; Hempel, 1974], и предлагается объяснение их сущности [Hempel, Oppenheim, 1948].

Формулировки должны носить абстрактный характер и применяться к широкому спектру феноменов [Atkins, 2010]. Закономерности можно проследить в разных явлениях, поэтому учащиеся вольны приводить собственные примеры и разрабатывать теории в отношении знакомых им контекстов. Обнаруженные паттерны и объясняющие их теории могут различаться по глубине внутренней структуры, объяснительной силе и уровню абстракции. Принципиально то, что подобные упражнения развивают способность к формулированию и последующей доработке теорий -- самостоятельно или в ходе дискуссии с партнерами [Swanson, forthcoming]. Рассматриваемый в статье курс разработки теорий был апробирован в рамках программы по исследованию особенностей восприятия паттернов учащимися средней школы и поиску возможностей для его развития и углубления. Задача курса -- научить разрабатывать концепции, относящиеся к теории динамических систем, которая применяется учеными в самых разных областях для моделирования процессов изменений и систем управления [Devaney, 1992].

Курс преподавался в государственной средней школе в экономически отстающем районе крупного города на западе США. Ее выбор был обусловлен готовностью учителя 8-го класса предоставить авторам статьи возможность вести занятия.

Курс преподавал первый соавтор, имевший шестилетний опыт работы преподавателем средней школы до перехода на научную деятельность. Особое значение придавалось созданию атмосферы, стимулирующей учащихся высказывать, обсуждать, осмысливать и развивать свои идеи, совершенствовать логическое мышление.

Слушателями курса стали ученики 8-го класса численностью 21 человек из мигрантских семей с невысоким уровнем дохода, выразившие готовность участвовать в образовательном эксперименте. География их происхождения охватывала Мексику, страны Центральной Америки, африканские государства, Боснию и Герцеговину. Большинство имели статус «изучающих английский язык».

Табл. 1. Структура курса по развитию навыков теоретизирования

Структура учебной программы (табл. 1) определялась совокупностью задач, составляющих процесс разработки научной теории:

* описание поведения, лежащего в основе некоего единичного явления (идентификация внутренней структуры);

• поиск определяющих его факторов (установление причинно-следственной связи);

• выявление элементов внутренней структуры, общих для ряда феноменов (абстрагирование).

Курс преподавался на протяжении полного учебного года три раза в неделю по утрам в течение 40 минут (всего 52 часа). Учащиеся разрабатывали теории для объяснения закономерностей, выявленных в повседневной жизни, идентифицировали достижение соответствующими системами пороговых значений и равновесного состояния, анализировали их экспоненциальный рост и колебания. Отдельно изучались связи между кейсами учебных теорий и общими принципами разработки научных концепций.

В рамках каждого блока учащиеся самостоятельно конструировали теории, проходя итеративный цикл: генерацию, тестирование и корректировку. Начальная версия теории, объясняющей наблюдаемую закономерность, формулировалась по результатам наблюдения за двумя явлениями и тестировалась на третьем кейсе.

Примеры предлагал преподаватель. По итогам тестирования учащиеся вносили изменения и представляли второй вариант теории. Затем формировался список явлений, отвечающих установленной закономерности, и проверялось их соответствие предложенным теориям.

После этого учащиеся вновь вносили поправки и готовили третью, финальную версию. Учебные теории должны были объяснять знакомые и понятные закономерности, а их формулировки -- адаптироваться в соответствии с каноническими определениями основных концепций теории динамических систем: пороговых и равновесных значений, экспоненциального роста и колебаний.

Корректировке теорий в нужном направлении способствовали подбор преподавателем релевантных примеров и привлечение внимания учеников к продуктивным идеям, высказанным в ходе коллективных дискуссий.

Притом что практиканты готовили теории индивидуально, приветствовался обмен идеями с одноклассниками. Во всех случаях подготовленные варианты коллективно обсуждались. Учащиеся имели возможность самостоятельно обдумать и сформулировать свои идеи, которые затем подвергались критическому разбору и оценке одногруппниками. Их в случайном порядке рассаживали за столы и в начале каждого месяца пересаживали на новые места.

В ходе наблюдений (изучения примеров) преимущественно велась работа в парах, за исключением одной группы, работавшей втроем. В процессе коллективного создания артефактов (например, плакатов) все участники работали вместе, сидя за общим столом.

Абстрагирование

Изучались концепция абстрагирования (хотя данный термин не использовался), смысл понятий «общий» и «конкретный». Абстрагирование заключается в выявлении общих характеристик множественных конкретных предметов.

Слушатели практиковались в обобщении на примере таких категорий, как «шоколадное печенье», «овсяное печенье с изюмом», «крекеры из непросеянной муки» и т. п., по собственному выбору.

Выявление внутренней структуры

Примеры для идентификации внутренних структур выбирались исходя из базовой трактовки понятия «порог» (последовательная смена предварительной стадии, предела и реакции). Ученики освоили приемы для оценки изучаемых явлений, формулирования, тестирования и корректировки обнаруженных закономерностей.

Практические занятия основывались на двух примерах пороговых значений. В рамках первого предлагалось посоревноваться, кто сможет повесить больше монет на «мост» из спагетти.