Specific features and psychological and pedagogical conditions for the formation of inventive thinking necessary for the successful solution of practical problems using TRIZ methods

Введение / Introduction

Современный человек находится в сложной ситуации: с одной стороны, информационные потоки, которые приходится воспринимать и анализировать, становятся все более мощными, а практические задачи, которые необходимо решить, – все более сложными и непредсказуемыми. Мир заговорил о «новой нормальности», новой реальности, в которой мы все оказались [1, 2]. С другой стороны, эволюционно готовый к жизни в условиях первобытного общества мозг физиологически и функционально очень мало изменился. Сталкиваясь с описанной ситуацией, человеческая психика начинает создавать механизмы защиты от избытка информации в ущерб механизмам эффективного решения практических задач. Это особенно видно в учебной деятельности детей и подростков [3–7]. Образно говоря, человеку приходится решать высокотехнологичные задачи при помощи древнего инструмента. В такой ситуации методы ТРИЗ представляются эффективным способом обойти «эволюционную инертность» мозга. Как с полным основанием утверждает Н. В. Рубина, «формирование изобретательского мышления является новым этапом в эволюции мышления человека» [8]. Однако не каждый субъект, знакомый с теорией решения изобретательских задач (далее – ТРИЗ), может успешно пользоваться ее инструментами. Чтобы использовать ТРИЗ, необходимо быть психологически готовым к этому. Выявление особенностей мышления, позволяющих решать практические задачи методами ТРИЗ, и разработка психолого-педагогических условий формирования такого мышления являются актуальными проблемами современной педагогики и психологии.

Обзор литературы / Literature review

В своем определении изобретательского мышления В. П. Петров указывает, что данному виду мышления присуща системность и свойство выявлять и разрешать глубинные противоречия изобретательской задачи [9].

Структура изобретательского мышления описана М. С. Рубиным и Н. В. Рубиной в виде СКИМ – системы компонентов изобретательского мышления, куда входят три модуля: анализ, синтез и критика. Каждый модуль включает ряд компонентов.

Анализ системы: 1) компонентный анализ; 2) выход в надсистему; 3) определение взаимосвязей и взаимодействий; 4) изменение систем во времени; 5) чувствительность к противоречиям; 6) построение идеальных моделей.

Синтез новой системы: 1) мобилизация ресурсов; 2) использование аналогий; 3) гибкость (порождение множества разнообразных идей); 4) использование приемов разрешения противоречий.

Критика, или оценка результатов внесенных изменений: 1) чувствительность к разрешению противоречий; 2) критичность; 3) оригинальность [10].

Уровни развития этих качеств можно оценить, используя предложенную коллективом авторов шкалу уровней развития качеств изобретательского мышления (табл. 1) [11].

Таблица 1

Шкала уровней развития качеств изобретательского мышления
(по М. С. Рубину, Н. В. Рубиной)

Сензитивным периодом для развития изобретательского мышления Н. В. Рубина считает возраст 9–16 лет [12] и предлагает систему оценки уровня развития изобретательского мышления – от нулевого до пятого – и конкретные рекомендации по развитию каждого указанного выше качества на каждом уровне [13]. Используя данные рекомендации, можно проектировать занятия по развитию изобретательского мышления с учетом уровня развития качеств данного вида мышления у каждого из учащихся.

Основной характеристикой изобретательского мышления Г. С. Альтшуллер считал действие по АРИЗ и утверждал, что оно «должно быть четко ориентировано на идеальное решение», [14], быть творческим [15] креативным, парадоксальным, способным выявлять и разрешать противоречия, одновременно отличаться устойчивостью в течение всего времени решения задачи [16]. Формирование указанных качеств должно входить в задачи педагогической работы по развитию изобретательского мышления учащихся.

Г. С. Альтшуллер указывал, что при решении изобретательской задачи следует мысленно пройти три этапа (стадии): аналитический, оперативный и синтетический [17]. Мышление изобретателя должно быть сформировано на специальных занятиях у учащихся таким образом, чтобы оно было способно на работу с каждой названной стадией.

Также Г. С. Альтшуллер отмечал, что признаком мышления изобретателя, условием его успешной изобретательской деятельности является отсутствие, преодоление психологической инерции [18], а также способность работать на высших эвристических уровнях. Всего Генрих Саулович выделял пять эвристических уровней:

1) когда задача и ее решение лежат в пределах одной профессии;

2) одной отрасли;

3) одной науки;

4) за пределами данной науки;

5) вообще за пределами современной науки [19].

При разработке методических материалов по формированию изобретательского мышления у учащихся необходимо планировать поэтапный переход обучаемых от одного уровня к другому.

Описывая инженерное мышление с точки зрения его влияния на мировоззрение вообще, коллектив авторов: С. Переслегин, В. Никитин, Е. Переслегина, А. Парибок, Ю. Чудновский, Н. Луковникова, Д. Васильков, И. Тариков – отмечает работу мозга инженера «на пределе нормы», что выражается в широком охвате возбуждением различных зон коры головного мозга, избыточном корковом напряжении, даже сверхвозбуждении, и одновременно акцентуации, фиксации на предмете размышления [20]. Отметим, что инженерное и изобретательское мышление не тождественны: инженер не обязательно мыслит как изобретатель, но изобретатель должен уметь мыслить как инженер. Поэтому такое системное сверхвозбуждение мозга с одновременным фокусом внимания на решении изобретательской задачи должно быть присуще и изобретателю. Это косвенно подтверждается состоянием участников мозгового штурма (предложенного Г. С. Альтшуллером как способ подняться на высокий эвристический уровень, преодолев эволюционную косность нашего мозга [21]). Таким образом, мозговой штурм – неотъемлемая часть занятий по формированию изобретательского мышления.

Шесть элементов изобретательского мышления: гибкость, саморегуляция, любознательность, креативность, готовность к риску и так называемое «мышление высшего порядка» – выделяет коллектив малайзийских авторов в своей работе, посвященной навыкам изобретательского мышления XXI века среди студентов подготовительных курсов естественно-научных специальностей [22]. Гибкость понимается авторами как способность изменять методы мышления, установки и действия в выполнении поставленной задачи в рамках ограниченного времени и ресурсов. Саморегулирование – как умение целеполагать, разрабатывать стратегии для достижения поставленных целей, планировать и придерживаться плана в ходе деятельности, а также способность оценивать достигнутые цели. Под любознательностью авторы понимают мотивацию к познавательной активности. Креативность означает использование воображения для генерации новых и оригинальных идей. Готовность к риску – это осознанное принятие рисков при достижении поставленных целей. Высокий порядок мышления – это творческий процесс решения проблем, который дает осознанные, обоснованные, вдумчивые суждения и заключения. Необходимо, считают исследователи, воспитывать у учащихся данные компоненты изобретательского мышления как необходимую базу выживания и успешной профессиональной деятельности в цифровую эпоху. По нашему мнению, полезно будет разработать систему практических упражнений для поэтапного формирования и развития указанных компонентов для практикующих ТРИЗ-педагогов.

Д. А. Гавриловым и С. В. Елкиным выделены признаки сильного мышления: «диалектическая логика, неортодоксальность и нелинейность движения мысли, способность преодолевать психологические, понятийные и прочие барьеры (в том числе за счет междисциплинарных параллелей и мощных ассоциативных связей), умение справляться с леностью ума, развитое творческое воображение, системность и, наконец, творческая интуиция (предвидение), готовность (наличие навыков и умений) к нестандартному, эвристическому действию в условиях неопределенности» [23]. Это перекликается с пониманием изобретательского мышления Г. С. Альтшуллером, да и сами указанные авторы рекомендуют ТРИЗ как инструмент развития сильного мышления (хотя и не ставят знака равенства между мышлением решателя и сильным мышлением, считая последнее более универсальным) [24].

Следует отметить такое понимание изобретательского мышления, как появившееся в 90-х годах прошлого века SIT – Systematic Inventive Thinking (системное изобретательское мышление). В 1999 году Д. Голденберг с коллегами выявили шесть основных креативных шаблонов на основе выборки из 200 печатных объявлений, отобранных на отмеченных наградами рекламных конкурсах, сравнивая их с контрольной группой объявлений, не получивших высокой оценки судей. Авторы обнаружили, что 89% объявлений-победителей составлено на основе этих стратегий (шаблонов). Перечислим их.

1. Графическая аналогия – графический образ оказывается внедрен в пространство продукта.
2. Экстремальная ситуация, когда высокая ценность придается продукту в ситуации, отдаленной от реальности.
3. Шаблон последствий, которые наступают в результате выполнения или невыполнения рекомендаций по использованию продукта.
4. Шаблон конкурса, когда продукт сравнивается с продуктом-конкурентом, который, казалось бы, заведомо превосходит рекламируемый продукт по качеству, однако оказывается значительно уступающим ему в практической ситуации.
5. Шаблон интерактивного эксперимента, в котором участвует зритель, оценивая качество продукта.
6. Шаблон изменения размерности (масштаба ценности продукта по отношению к окружающей среде) [25].

В дальнейшем эти идеи были развиты следующим образом: шаблоны, понимаемые как воспроизводимые паттерны, могут быть применены для изобретения различных продуктов, количество таких креативных шаблонов было уменьшено до пяти. Д. Голденберг проанализировал работы Г. С. Альтшуллера и принял его типологию изобретательских решений за основу собственной системы методов изобретений – SIT. Суть SIT заключается в том, что креативность – развиваемое свойство, доступное практически каждому. Для реализации изобретательского мышления как деятельности авторы предлагают опираться на пять основных элементов, или системных методов: вычитание, умножение, деление, атрибутивная зависимость и унификация задач. Метод вычитания предполагает выделение существенной части системы в самостоятельную систему. Метод умножения – повторное многоразовое добавление одного и того же компонента в систему. Разделение – это максимальное дробление элемента с улучшением каждой получившейся части. Атрибутивная зависимость – объединение двух элементов системы таким образом, что при изменении атрибута одного элемента будет меняться и атрибут второго. Унификация задач означает, что новые задачи назначаются уже существующим элементам системы [26].

Таким образом, формирование системного изобретательского мышления, как его понимает Д. Голденберг, предполагает формирование пяти описанных операций как мыслительных действий.

Нам представляется, что развитие идей Г. С. Альтшуллера зарубежными учеными в виде SIT – это, скорее, формирование не способа мышления, а способа действия по решению задач. Однако это не уменьшает практической значимости данного направления исследований, так как выбор способа действий входит в структуру изобретательской мыслительной деятельности. Поэтому упражнения на развитие умения выбирать способ действий из сформированных и формирование новых способов действия – полезная часть занятий по изобретательскому мышлению.

Еще один интересный подход представлен американским исследователем Д. Равивом из Флоридского атлантического университета: развивать изобретательское мышление учащихся он предлагает, опираясь на идею восьми стратегий: 1) уникальность; 2) размерность; 3) направленность; 4) консолидация; 5) сегментация; 6) модификация; 7) сходство; 8) экспериментирование [27]. Как видим, эти идеи отличаются от идей SIT: предлагаемые стратегии уже выглядят как направления для формирования мыслительных операций и могут лечь в основу системы практических упражнений на занятиях с учащимися.

Исследование, проведенное ученым из Перу К. Мендосой, показало, что с первых шагов в школе следует развивать у учащихся такие элементы изобретательского мышления, как способность к самостоятельной учебной деятельности, сотворчеству в коллективе, навыки анализа и решения проблем на основе критического и конструктивного суждения. К. Мендоса считает правильным развивать указанные выше качества не в ходе освоения учебных предметов, а в рамках отдельного вида занятий. Важно, что она уделяет внимание такому моменту, как фиксация не только на достижении учащимися академических результатов, но и на использовании ресурсов образовательного учреждения для личностного развития каждого учащегося и осознании им динамики этого процесса, что способствует формированию положительной мотивации к обучению [28]. Таким образом, можно сделать вывод о необходимости проведения занятий по развитию изобретательского мышления у учащихся с их первых школьных лет с упором на личностное развитие.

Коллектив малайзийских авторов в своем эксперименте на материале изучения в классе трех законов Ньютона развивал изобретательское мышление учащихся средней школы, формируя их STEAM-навыки в форме коллективной практико-ориентированной игры, что согласуется с современными представлениями об изобретательском мышлении как практико-ориентированной деятельности. Особое внимание привлекает идея коллективной деятельности как основы формирования изобретательского мышления, высказанная в статье, посвященной данному исследованию [29].

Практические задания для формирования изобретательского мышления у дошкольников в игре предлагает коллектив авторов из Вашингтона [30]: в своей работе они опираются на игру как естественный для дошкольников вид деятельности, позволяющий одновременно развивать множество психологических функций. Среди навыков, необходимых для формирования изобретательского мышления, на основе предлагаемых заданий у детей формируется полисенсорное исследование объекта, фантазия, эмпатия к различным объектам, логика, социальные и коммуникативные навыки.

Важным представляется описание изобретательства исследователем из США У. Б. Карлсоном, который рассматривает изобретательство как мыслительную деятельность на основе различных форм воспроизведения для объединения в идеальной модели (имеется в виду модель, существующая «в уме») абстрактной идеи и материальных объектов, существующих в действительности, с целью создания новой системы [31]. Это созвучно идее Н. В. Рубиной о построении идеальных моделей и дает конкретные указания на структуру данного вида деятельности. Следовательно, данный подход прямо указывает на те функции, которые необходимо развивать для успешного формирования изобретательского мышления (восприятие, фантазию, анализ, синтез), то есть определяет задачи развивающих занятий.

По мнению М. Чиксентмихайи, изобретатель постоянно находится в потоке представлений и идей и постоянно совершает усилие по преобразованию их в значимые изобретения [32]. Это натолкнуло нас на мысль о необходимости создания особой атмосферы активной мыслительной деятельности в группах учащихся, занимающихся ТРИЗ. Данная идея нуждается в дальнейшей разработке.

Таким образом, изобретательское мышление – это вид мыслительной деятельности высокого уровня, необходимый для успешного решения изобретательских задач. Для его успешного развития следует создавать особые, определяемые структурой и особенностями данного вида когнитивной деятельности психолого-педагогические условия.

Методологическая база исследования / Methodological base of the research

Методологической базой исследования стали идеи Г. С. Альтшуллера о преодолении психологической инерции, пяти эвристических уровнях и трех стадиях решения изобретательской задачи: аналитической, оперативной и синтетической [33, 34].

Пристальное внимание следует уделить особому состоянию разлитого возбуждения с одновременной фиксацией на элементах решаемой проблемы коры головного мозга изобретателя при выходе на высокие эвристические уровни [35, 36]. Это состояние может быть достигнуто использованием техники мозгового штурма, а вариативно повторяемое может быть преобразовано в устойчивый и произвольно регулируемый решателем навык.

Также в основу исследования легли представления Н. В. Рубиной о структуре изобретательского мышления и способах его развития [37–41]. Важной является идея о том, что компоненты изобретательского мышления, расположенные внутри каждого из трех модулей (анализ, синтез, критика) иерархически, в порядке их развития от базовых к более высоким уровням, возможно формировать, опираясь на онтогенетический принцип (то есть использовать общие законы развития психики индивида в течение его жизни), а также на принцип комплексности (то есть одновременно уделять внимание всем компонентам изобретательского мышления) [42]. Практически это означает следующее:

1)   этапы формирования изобретательского мышления могут быть привязаны к возрастным этапам психологического развития;

2)   формировать изобретательское мышление можно начиная с детского возраста.

Эта идея привела нас к необходимости опереться в своей работе на достижения современной возрастной психологии, а именно на представления Л. С. Выготского о периодах детства, связанных с возрастными новообразованиями (психическими и социальными изменениями) [43], и ведущем виде деятельности на каждом этапе как опоре для педагогического взаимодействия, по Д. Б. Эльконину [44], что, в свою очередь, заставило обратить внимание на учение Л. С. Выготского о зонах актуального и ближайшего развития и переводе осваиваемой мыслительной функции из первой во вторую педагогическими средствами [45].

Результаты исследования / Research results

Результатом теоретического исследования стал сформулированный перечень особенностей изобретательского мышления и психолого-педагогических условий его формирования.

Особенности изобретательского мышления можно разделить на три компонента: процесс, анализ, результат (см. табл. 2).

Таким образом, в группу «процесс» входит:

1)       развитое полисенсорное исследование объекта;

2)       устойчивость;

3)       интенсивность «на пределе нормы»;

4)       способность преодолевать психологические барьеры;

5)       способность эффективно работать в условиях неопределенности;

6)       развитая эмпатия к живым и неживым объектам;

7)       способность работать на высших эвристических уровнях;

8)       постоянное нахождение в «изобретательском потоке» – потоке преобразования представлений и идей в значимые изобретения.

Таблица 2

Особенности изобретательского мышления

В группу «анализ» входит:

1)     парадоксальность;

2)     способность к выявлению и разрешению противоречий;

3)     развитое творческое воображение;

4)     развитая логика;

5)     системность.

В группу «решение» входит:

1)       практичность;

2)       ориентированность на идеальное решение;

3)       устойчивое разлитое сверхвозбуждение с одновременной фиксацией на решаемой задаче.

Также к особенностям изобретательского мышления относится три модуля, три этапа и восемь стратегий.

1. Три модуля (анализ, синтез, критика), включающих ряд компонентов.

Анализ:

-      компонентный анализ;

-     переход в надсистему;

-      выявление взаимосвязей и взаимодействий;

-     изменение систем во времени;

-     умение выявлять противоречия;

-     идеальное моделирование.

Синтез:

-      определение ресурсов;

-     поиск аналогий;

-     гибкость;

-     продуктивность;

-     умение разрешать противоречия, пользуясь соответствующими приемами.

Критика:

-     оценка разрешения противоречий;

-     критичность;

-     оригинальность.

1. Три этапа: аналитический, оперативный и синтетический.
2. Восемь стратегий:

-     уникальность;

-     размерность;

-     направленность;

-     консолидация;

-     сегментация;

-     модификация;

-     сходство;

-     экспериментирование.

Для формирования изобретательского мышления с присущими ему особенностями необходимы следующие психолого-педагогические условия.

1. Учет особенностей изобретательского мышления. Для формирования изобретательского мышления необходимо понимать его особенности и подбирать задания и упражнения для обучающихся таким образом, чтобы системно их развивать.
2. Учет возрастных особенностей обучающихся. Данное условие подразумевает адаптацию учебного материала и психологической нагрузки к возрасту обучающихся, учет их ведущего вида деятельности при планировании и проведении занятий по развитию изобретательского мышления.
3. Опора на системно-деятельностный подход при проектировании занятий по развитию изобретательского мышления. Предполагает получение новых знаний и способов мыслительных действий в деятельности по решению практических задач с их последующим обобщением и созданием целостной системы знаний.
4. Дозированная помощь обучающимся для создания ситуации перехода формируемых качеств из зоны ближайшего в зону актуального развития. Это значит, что следует четко дозировать оказываемую учащимся помощь, так как, с одной стороны, она необходима, чтобы обучающиеся могли освоить новые знания или виды мыслительной деятельности, а с другой стороны, для успешного перехода умения в зону актуального развития необходимы их самостоятельные усилия, преодоление ими трудностей.
5. Опора на все анализаторы при восприятии учащимися анализируемого объекта, при необходимости – с задействованием фантазии. Например, при описании объекта учащиеся представляют себе, каков он при восприятии всеми органами чувств.
6. Создание условий для преодоления психологической инерции, например выполнение тренировочных заданий, способствующих формированию свободного от психологической инерции мышления.
7. Создание и поддержание условий для входа и устойчивого нахождения учащихся в состояние сверхвозбуждения с фиксацией на решении задач (например, проведение мозговых штурмов, использование методик повышения интенсивности работы на занятии и т. п.) в течение необходимого для выполнения задачи времени.
8. Тренировка эмпатии.
9. Тренировка действий в условиях неопределенности.
10. Использование достижений в области РТВ и АРИЗ на занятиях по формированию изобретательского мышления.
11. Упражнения на формирование логического и системного мышления как составной части мышления изобретателя.

По нашему мнению, выполнение данных психолого-педагогических условий будет способствовать успешному формированию изобретательского мышления учащихся на занятиях по ТРИЗ.

Заключение / Conclusion

Итак, анализ психологической и педагогической литературы показал, что изобретательское мышление включает три основных компонента: процесс, анализ и результат.

Каждый из рассмотренных авторов имеет свою точку зрения на изобретательское мышление в отношении как его структуры, так и содержания. Как видим, полученные результаты требуют доработки и дополнительного анализа, поскольку нет единого мнения в отношении того, как и по каким критериям классифицировать изобретательское мышление, какие оценки для его изменения использовать.

Но уже сейчас можно опираться на названные выше компоненты изобретательского мышления, не только проектируя для учащихся определенного возраста занятия по ТРИЗ, но и развивая у них другие виды мышления (системное, аналитическое, критическое и т. п.).

Для успешного формирования изобретательского мышления учащихся необходимо соблюдать следующие психолого-педагогические условия:

-     учет особенностей изобретательского мышления;

-     учет соответствующего возрасту вида деятельности, подбор учебного материала и дозирование психологической нагрузки в соответствии с возрастными особенностями обучающихся;

-     системно-деятельностный подход в основе педагогической работы;

-     практика дозированной помощи;

-     полисенсорный анализ исследуемых учащимися объектов;

-     создание условий для преодоления психологической инерции;

-     использование состояния сверхвозбуждения с фиксацией на решении задач;

-     тренировка эмпатии;

-     тренировка деятельности в условиях неопределенности;

-     опора на РТВ и АРИЗ;

-     введение в занятия упражнений на формирование логического и системного мышления.

В дальнейшем, развивая каждый из указанных компонентов, уточняя (и создавая на практике) психолого-педагогические условия для их формирования, можно значительно повысить уровень сформированности изобретательского мышления учащихся.

Для дальнейшего развития и анализа этого направления исследований нами планируется следующее.

1. Углубленно изучить как выделенные нами компоненты, так и другие особенности изобретательского мышления.
2. Провести углубленный сравнительный анализ понимания изобретательского мышления разными авторами, выделить схожие элементы и структурировать их.
3. Рассмотреть выделенные особенности на нейрофизиологическом уровне и соотнести их на этом уровне с другими когнитивными процессами.
4. Структурировать полученные результаты от ключевых к второстепенным и от общего к частному.
5. Систематизировать ключевые особенности изобретательского мышления по таким основаниям, как педагогические, психологические, технические, логические и т. п.
6. Создать систему измерения и оценки уровня изобретательского мышления.