Development of university students’ inventive thinking in the process of studying natural sciences

Введение / Introduction

Современное общество переживает период так называемой цифровой трансформации, при которой существенно изменяется и процесс обучения, и процессы производства под влиянием новых цифровых технологий.

Развитие технологий, усложнение процессов производства требует кадрового обеспечения. Наиболее высока в современном мире потребность в кадрах, которые способны эффективно, нетривиальными способами решать сложные задачи. Нельзя не отметить и то, что современный период характеризуется взаимным проникновением областей научных знаний ввиду усложнения предметов изучения. Соответствующие тенденции формируют необходимость интеграции учебных дисциплин и в высшем образовании. Ярким примером является интеграция естественно-научных и гуманитарных областей (биомедицинская этика и др.) либо интеграция естественнонаучных и правовых дисциплин (экологическое право, право современных репродуктивных технологий и др.). Возрастает потребность в специалистах, которые эффективно могут осваивать новые области знаний и виды деятельности.

Соответствующие запросы общества и государства формируют новые требования к сфере высшего профессионального образования. Развитие соответствующих умений детерминировано особыми навыками преобразования информации, обусловленными особенностями типа мышления, которое в зарубежной и российской литературе принято называть изобретательским мышлением.

Актуальность решения представленной задачи обусловлена тем, что на современном этапе в системе высшего образования отмечается недостаточный уровень методического обеспечения – методик, технологий, средств обучения, направленных непосредственно на развитие изобретательского типа мышления.

Цель исследования – проанализировать условия развития у студентов вуза изобретательского типа мышления, в том числе в рамках изучения дисциплин естественно-научного цикла. В рамках достижения поставленной цели решены следующие задачи: проанализированы подходы к проблеме развития изобретательского типа мышления; выявлены педагогические условия развития изобретательского типа мышления; проанализирован потенциал содержания естественно-научных дисциплин как одного из средств развития изобретательского типа мышления.

Обзор литературы / Literature review

Современный период развития прикладных исследований в области развития изобретательского типа мышления в педагогике отличается многообразием подходов к пониманию данного феномена, его интерпретации и методов, применяемых для развития изобретательского типа мышления.

В частности, один из зарубежных ученых П. Киннунен работал над темой «Проблемы преподавания и изучения программирования в Технологическом университете – точка зрения студентов и преподавателей», рассматривая вопросы обучения программированию и информатике в качестве способа развития особого типа мышления, позволяющего решать изобретательские задачи и формировать алгоритмы деятельности [1].

В коллективной работе [2] представлен комплексный анализ стратегий обучения студентов навыкам изобретательского мышления, особого, изобретательского, нетривиального (называемого также инверсивным) осмысления поступающей информации, а также навыкам анализа информации с использованием разнообразных методов (например, контент-анализа, смыслового чтения, технологии решения изобретательских задач и др.).

В исследовании Б. Баугера и Ф. Холдемана анализируется вопрос развития навыков изобретательского мышления как одного из «мягких навыков», то есть универсальных навыков, позволяющих в дальнейшем овладевать иными, в том числе незнакомыми, видами деятельности [3].

Л. Рональдсон создал платформу Knewton, позволяющую обучать технологии нетривиального подхода к решению задач, например технологии обратного инжиниринга, технологии решения изобретательских задач [4]. Д. Перренет, В. М. Г. Йохемс, Б. Цваневельд, M. Саэли работали над темой «Перспективы педагогических знаний для обучения программированию в общеобразовательных средних школах», где обосновали необходимость развития особого типа мышления, позволяющего эффективно решать сложные и незнакомые задачи [5]. Н. А. Перевалова, И. В. Рожина со ссылкой на исследования Х. Ван, К. Чоу описывают применение ситуационного метода обучения Scratch, что также способствует, согласно исследованиям автора, развитию гибкого типа мышления, позволяющего применять незнакомые ранее алгоритмы решения задач, формировать новые алгоритмы [6]. Д. А. Шаров разрабатывает тему развития изобретательского мышления средствами программирования [7]. Можно отметить и некоторые подробные практические методические разработки в данной области, например, Л. В. Кузнецовой предложена методика развития изобретательского мышления при изучении информатики [8]. Сходную по целям методическую разработку предложила Б. Д. Кенжебаева – в рамках обучения предметам естественно-научного цикла, отмечая, что изобретательское мышление формируется на основе самого содержания естественно-научных дисциплин как дисциплин, которые изучают сложные и многообразные объекты природы [9].

Таким образом, большое значение имеет формирование сегодня прикладных программ обучения, направленных на развитие изобретательского мышления.

Л. Аттард, Л. Бусуттил работали над темой «Взгляд учителей на введение программных конструкций для старшеклассников с помощью кодирования мобильных игр» и отметили, что многие педагоги средней и высшей школы указывают на необходимость развития «некосного», то есть оригинального мышления [10]. Д. Виссер, M. Виссер анализировали вопросы развития изобретательского мышления как особой совокупности умений и навыков по осуществлению работы с информацией, которая обусловливает возможность получения новой информации [11]. Отметим, что такой подход отмечается и во многих иных исследованиях.

Развитие изобретательского мышления имеет большое значение в рамках современных требований общества к специалисту. М. М. Гумерова, А. М. Сафина, Г. М. Хафизова отмечают, что социальная и профессиональная успешность современных людей во многом определяется умением работать с информацией, оперативно оценивать и систематизировать ее, что выводит на первый план проблему развития информационной компетентности личности – группы знаний, умений, навыков и ценностных ориентиров, обусловливающих возможность личности адекватно воспринимать информацию, хранить, преобразовывать, использовать, наращивать [12]. По мнению О. С. Игнатьевой, О. В. Лешер, именно изобретательское мышление рассматривается как способность к мыслительному процессу, в ходе которого мыслящий критично человек переосмысливает, анализирует суждение других для того, чтобы сделать собственный вывод [13]. О важности развития изобретательского мышления как способа формирования в дальнейшем новых компетенций говорили и некоторые иные исследователи.

Мышление рассматривается как способность человека рассуждать, представляющая собою процесс отражения объективной действительности в представлениях, суждениях, понятиях. Мышление можно рассматривать как способ, основу организации познавательной деятельности. Познавательная деятельность, в свою очередь, – это сознательная деятельность, направленная на познание окружающей действительности с помощью таких психических процессов, как восприятие, мышление, память, внимание, речь. Познавательная деятельность направлена на генерацию нового знания (субъективно нового для человека, который осуществляет познавательную деятельность).

А. В. Артемьев считает, что в узком смысле изобретательское мышление как особый тип мышления означает «корректную оценку утверждений» [14]. Оно рядом авторов характеризуется как «мышление о мышлении», или рефлексивное мышление. Н. А. Якунина определяет изобретательское мышление так: «Разумное рефлексивное мышление, направленное на принятие решения о том, как решать проблему (задачу) разными способами – известными и неизвестными» [15]. Таким образом, изобретательское мышление можно рассматривать как своего рода мышление о способах деятельности, направленное не только на исследование и интерпретацию имеющейся в памяти информации, но и на поиск и генерацию новых способов действий.

Современный человек во многом определяется своей профессиональной, и в том числе информационной, компетентностью. Необходимость развития информационной компетентности состоит в том, что современное общество является в значительной степени информатизированным. Умение анализировать и выбирать необходимую информацию – одно из ключевых умений в подобных условиях. Уровень этого умения, согласно Е. О. Ивановой, также детерминирован степенью развития изобретательского мышления [16]. И. Ю. Тарханова отмечает: специфика изобретательского мышления состоит в том, что развитая способность и готовность к анализу поступающей информации для современного человека – как взрослого, так и школьника – является залогом того, что он сможет обучаться в течение всей жизни, осваивать новые виды деятельности, что достаточно важно в условиях современного быстро меняющегося мира [17]. О. М. Семенова рассматривает изобретательское мышление как значимую способность любого высокообразованного человека ввиду того, что такая личность является субъектом, который формирует у иных личностей (подчиненных, учеников, ближайшего круга) мировоззрение [18]. А. В. Коржуев, В. А. Попков, Е. Л. Рязанова отмечают такую значимую характеристику изобретательского мышления, как его рефлексивность, что создает возможности для оценки собственных знаний, их достаточности либо недостаточности в конкретных ситуациях, возможностях получения новых знаний [19]. Ю. Н. Кулюткин, Г. С. Сухобская говорят о том, что изобретательское мышление обязательно предполагает организованную и последовательную мыслительную деятельность, которая основана на выявленных субъектом мышления причинно-следственных связях, их верной интерпретации при восприятии окружающей реальности с установлением путей воздействия на ее компоненты [20]. С. И. Заир-Бек, И. В. Муштавинская указывают на такой признак изобретательского мышления, как способность ставить под сомнение и оценивать с точки зрения законов логики и причинно-следственных связей поступающую информацию, в том числе утвержденные, отработанные ранее алгоритмы деятельности как эффективные [21]. К. У. Турдиева отмечает такие характеристики изобретательского мышления, как способность оценивать достоверность информации и рефлексивность, возможность генерировать новые знания и способы действия, рассматривая изобретательское мышление как интегративное умение [22]. А. В. Собиров рассматривает изобретательское мышление как способность быть открытым новым идеям и при этом критически относиться к поступающей информации, отмечая в целом значимость развития изобретательского мышления у обучающихся на разных ступенях образования как одного из средств повышения качества образования [23]. Таким образом, большинством авторов подчеркивается интегративный характер изобретательского мышления.

Отметим, что в представлении вышеуказанных авторов в целом изобретательское мышление рассматривается и как способность, и как интегративное образование личности, и как компетенция интегративного характера.

В связи с этим важное значение в рамках развития изобретательского мышления имеет способность оценки информации с позиции не только уже имеющихся знаний, но и с позиции научного взгляда на мир, что также подчеркивается в ряде исследований.

Некоторые вопросы возникают в рамках оценки соотношения логического и изобретательского мышления в части того, что логическое мышление также предусматривает корректную оценку утверждений на основе выявления логических связей, причинно-следственных связей между осмысляемыми понятиями или суждениями, а также оценку достоверности понятий, суждений, любой иной информации на основе соотнесения ее с имеющейся у субъекта мышления системой знаний, что позволяет формировать новые суждения, как и изобретательское мышление – новые способы деятельности.

Д. Г. Мухамедова, Г. Ш. Саломова отмечают, что изобретательское мышление – значимый элемент когнитивных способностей. В широком смысле когнитивные (психические) возможности являются высшими функциями мозга, которые обеспечивают человеку возможность обрабатывать информацию. К ним относятся мышление, пространственная ориентация, понимание, вычисление, обучение, речь, способность рассуждать и др. Изобретательское мышление свидетельствует о развитии когнитивных способностей на высоком уровне [24].

Так, например, О. М. Лудова представила разработанную модель развития изобретательского мышления при изучении информационных технологий, выделяя три компонента изобретательского мышления: мотивационный, когнитивный, деятельностный – и представляя комплекс условий для развития каждого из этих компонентов [27]. Автор, однако, отмечает, что развитие изобретательского мышления у будущих учителей информатики исключительно в рамках изучения предметов цикла информатики не позволяет в полной мере решить данную проблему в педагогической практике, а решает лишь ее часть [28].

П. В. Никитин, Р. И. Горохова также рассматривают в качестве одного из средств развития изобретательского мышления методическую систему, в которую необходимо включать современные электронные и цифровые средства обучения, вплоть до систем искусственного интеллекта, которые позволят развить у учителей информатики комплексные представления об информации, закономерностях ее генерации, передачи, анализа, интерпретации [29]. С данной позицией можно согласиться, поскольку обучающие компьютерные программы могут быть представлены в виде материалов справочников, дополнений к учебно-методическим комплексам, а также в виде интерактивных программ, например виртуальных лабораторий [30]. Контролирующие компьютерные программы представляют собой программные продукты, которые позволяют организовать контроль и проверку знаний обучающихся. К таким программам относятся различного рода тесты, интегративные олимпиады, квесты, кроссворды и др. [31]

Основные выявленные проблемы в области развития изобретательского мышления студентов:

– разрыв теоретических и практических знаний;

– отсутствие мотивации к обучению, совершенствованию своих научных знаний и навыков;

– отсутствие необходимого содержания в комплексе изучаемых дисциплин, которое позволит развивать изобретательское мышление;

– недостаточное использование информационно-коммуникационных технологий, обучающих компьютерных программ, которые позволяют организовать систематическую работу с информацией [32].

В случае изучения естественно-научных дисциплин организуется деятельность студентов по изучению наиболее сложных объектов окружающего мира, в особенности если это живые объекты. Это способствует развитию новых способов деятельности, что является показателем определенного уровня изобретательского мышления. Кроме того, сама специфика предмета, изучаемого естественными науками, его сложность, а также взаимосвязь его подсистем друг с другом способствуют развитию изобретательского мышления.

Т. В. Корчагина, Н. А. Звонарева отмечают, что развитие изобретательского мышления должно осуществляться на основе деятельностного и системно-деятельностного подходов. При этом авторы указывают на то, что на современном этапе отмечается недостаток программ, методов и средств развития изобретательского мышления, что не позволяет организовать соответствующую деятельность на постоянной основе [33]. И. С. Кобозева, Г. А. Хусаинова, Н. Дж. Щерботаева рассматривают различные факультативные курсы как одно из средств развития изобретательского мышления студентов, в том числе основанные на содержании предметов естественно-научного цикла [34]. А. А. Вендина отмечает необходимость применения в рамках развития у будущих учителей изобретательского мышления специализированных педагогических технологий, в частности, рассматривая потенциал такой технологии, как технология решения изобретательских задач, которая может применяться в рамках любых учебных курсов, однако в рамках изучения естественно-научных предметов студентам могут быть представлены для изучения более сложные объекты окружающей действительности и их модели [35]. Аналогично исследуют потенциал данной технологии, в том числе на примере изучения объектов окружающего мира, природных объектов, и Н. В. Гераскевич, В. Ю. Самарцев [36]. С данной позицией можно согласиться ввиду того, что развитие изобретательского мышления осуществляется на основе специфических видов деятельности.

Т. В. Климова отмечает, что одним из средств развития изобретательского мышления у будущих учителей может являться само содержание изучаемого студентами предмета естественно-научного цикла, способствующее формированию у студентов понимания взаимосвязи между компонентами природы и природными процессами, что, в свою очередь, позволяет развивать и изобретательский тип мышления на основе освоения представления о таких сложных взаимосвязях. В качестве примера автором приведено содержание дисциплин естественно-научного цикла, изучение которых в вузе способствует развитию изобретательского мышления за счет установления взаимосвязей между природными явлениями и процессами [37].

Таким образом, в рамках современных исследований педагогами отмечается высокий потенциал развития изобретательского мышления через исследование объектов окружающего мира, в том числе в рамках изучения естественно-научных дисциплин, которые формируют научный взгляд на мир, научную картину мира, понимание существующих в мире взаимосвязей.

Методологическая база исследования / Methodological base of the research

Методологическая база исследования представлена работами различных авторов по проблеме развития мышления студентов в рамках подготовки в образовательных организациях высшего образования, методическими разработками, характеристиками отдельных комплексов программного обеспечения, используемых в качестве средств обучения студентов.

Исследование основано на применении диалектического метода познания. В основе методологической базы исследования лежит индуктивный метод, применен метод сравнительного анализа, обобщения, синтеза при анализе позиций различных авторов относительно условий развития изобретательского мышления, его сущности.

Результаты исследования / Research results

По итогам исследования выявлено, что изобретательское мышление рассматривается и как способность, и как интегративное образование личности, и как компетенция интегративного характера. На основе представленного выше анализа позиций различных авторов относительно сущности изобретательского мышления рассмотрим особенности изобретательского мышления (табл. 1).

Таблица 1

Факторы развития изобретательского мышления

Как можно видеть из табл. 1, изобретательское мышление как система взаимосвязанных элементов развивается на основе компетентностного подхода, используемого при обучении в вузах, поскольку способы развития – основные структурные элементы компетенции.

Из представленных в табл. 1 факторов развития изобретательского мышления следует, что изобретательское мышление рассматривается и как способность (в широком смысле – умение производить определенные действия), и как компетенция (компетенция в классическом понимании представляет собой синтез ценностных ориентиров, знаний, умений и навыков, а также опыта деятельности), и как характеристика личности (ввиду того что развитие личности определяется в том числе развитием компетенций, элементом которых является опыт деятельности).

Таким образом, могут быть определены основные способности, через которые проявляется изобретательское мышление в повседневной деятельности, главным образом это такие интеллектуальные умения, как анализ и оценка информации, навык актуализации алгоритмов исследования, навык экстраполяции и интерполяции данных, умение делать научно обоснованный прогноз. Перечисленные умения возможно оценить через выделенные критерии системного мышления: аксиологический, когнитивный, деятельностный, рефлексивный.

Соответствующие критерии для оценки изобретательского мышления позволяют оценивать его более комплексно, с учетом уровня рефлексии, а также с учетом ценностных ориентиров в области восприятия окружающей действительности.

Выделение и интерпретация критериев согласуется и с подходами к оценке изобретательского мышления со стороны различных авторов, которые, в попытках оценки изобретательского мышления как вида деятельности, использовали один или несколько из выделенных критериев (см. табл. 2).

В рамках развития изобретательского мышления на современном этапе особую актуальность приобретает исследование подходов и способов его развития.

Проблема развития навыков изобретательского мышления находится в фокусе внимания педагогического сообщества сравнительно недавно, что напрямую связано с приоритетами системы образования.

Развитие навыков изобретательского мышления как особого типа мышления, как было показано выше, предусматривает необходимость организации педагогических условий работы с информацией по ее оценке, осмыслению, преобразованию.

Ввиду интегративного характера развития изобретательского мышления особое внимание сегодня уделяется комплексному подходу к созданию педагогических условий его развития.

Таким образом, можно сделать вывод о том, что развитие изобретательского мышления опосредовано развитием научной картины мира, научными представлениями о мире, умением получать новую информацию, оценивать ее актуальность, достоверность, умением устанавливать связи между новой и имеющейся информацией, определять признаки и природу связей (причина, следствие, хронология и др.), навыками работы с информацией (информационным поиском, умением преобразовывать информацию из одного формата в другой).

Перечисленные условия целесообразно рассматривать в качестве базовых условий для развития изобретательского мышления студентов при подготовке в образовательных организациях высшего профессионального образования.

Таблица 2

Подходы к критериям оценки изобретательского мышления
с позиции различных авторов

Создание соответствующих условий для студентов при изучении дисциплин естественно-научного цикла лежит через предоставление студентам для изучения объектов (моделей) окружающего мира, мира природы как сложных объектов, взаимосвязанных с иными объектами и процессами, а также через применение ряда образовательных технологий при изучении таких объектов (технологии решения изобретательских задач и др.), которые при обучении позволяют:

1)       развивать умение ориентироваться в информационных взаимосвязях окружающего мира – природных объектов и процессов;

2)       развивать умения в области работы с информацией;

3)       развивать умения, позволяющие применять в обучении, как в настоящем, так и в будущем, комплексы различных современных технических средств;

4)       применять разноуровневые задания в рамках реализации индивидуального подхода.

К таким условиям могут быть отнесены следующие:

1. Применение активных и интерактивных методов обучения, новых образовательных технологий в обучении, при применении которых студенты являются активными участниками процесса обучения.

2. Формирование цифровой, электронной образовательной среды вузов, которые будут создавать условия доступности большого числа электронных образовательных ресурсов.

3. Применение технологий проектной деятельности, учебно-исследовательской деятельности в обучении студентов, что позволяет интегрировать содержание естественно-научных дисциплин в рамках обучения студентов в вузе, способствует развитию исследовательских умений, которые являются элементом изобретательского мышления.

Организация перечисленных и иных дополнительных условий развития изобретательского мышления требует пересмотра отдельных условий педагогического процесса в вузе, моделирования таких условий с учетом требуемых развиваемых умений, навыков, ценностных ориентиров, опыта деятельности, которые формируют основу изобретательского мышления.

Заключение / Conclusion

В заключении представим основные результаты исследования.

Выявленные условия развития изобретательского типа мышления (ценностные ориентиры, знания, навыки, опыт деятельности) определяют его триединую природу. Изобретательский тип мышления рассматривается в рамках исследования как способность, как компетенция и как характеристика личности.

На основании представления о сущности изобретательского мышления выделены условия его развития у студентов вуза, а именно: содержание обучения (информация для осмысления, сложные объекты исследования); методы обучения (позволяющие организовать самостоятельную работу с информацией, приобрести навык работы с информацией, в том числе навык выработки новых алгоритмов работы с информацией на основе известных); организация обучения, формы организации образовательной деятельности (обеспечивающие взаимный обмен опытом, накопление опыта деятельности в процессе обучения).

Изучение естественно-научных дисциплин в вузе позволяет сформировать все вышеуказанные группы условий: содержательные (в силу сложности природы, ее объектов, наличия взаимосвязей между природными объектами); методологические (в силу возможности при изучении природных объектов применения разнообразных методов обучения); организационные (в силу наличия, при изучении естественно-научных дисциплин различных форм образовательной деятельности, например, не только лекционных, но и практических, лабораторных занятий и др.).

В условиях цифровой трансформации общества и больших объемов информации процесс развития у педагогов информатики изобретательского мышления требует использования информационно-коммуникационных технологий, сложных объектов для исследования.

Наиболее значимыми в этом отношении выступают технологии обобщения и систематизации информации, при применении которых обучающиеся работают с информацией сравнительно самостоятельно.

Кроме того, для развития изобретательского мышления большое значение имеет и информационная компетентность – компетентность в области работы с информацией. Овладение педагогом информационными компетенциями всех видов предполагает достаточно высокий уровень его знаний, умений и навыков, который достижим только при условии, что педагог постоянно повышает собственную квалификацию, работает над саморазвитием, приобретением новых знаний, умений, компетенций. Данный факт подводит к тому, что в основе приобретения информационной компетентности педагога лежит его способность и мотивация к саморазвитию.