"моделирование маленькими человечками" или использование технологии триз в экспериментировании". Развитие качеств творческой личности. Стремление получать новую информацию об окружающем

Плаксин Михаил Александрович

Пермский государственный университет (ПГУ), Компьютерная школа ПГУ, г.Пермь

В докладе рассматривается использование на уроках информатики в начальной школе «Метода маленьких человечков» - одного из методов Теории решения изобретательских задач (ТРИЗ) - для освоения понятия «моделирование» и изучения физических свойств и процессов.

«Пермская версия» курса информатики исходит из того, что в школе должны изучаться основы системного анализа и Теории решения изобретательских задач (ТРИЗ).

«Метод маленьких человечков» (ММЧ) - это один из методов ТРИЗ. Он предлагается для изучения во втором полугодии I-го класса.

Суть метода маленьких человечков в следующем. Представим, что все окружающие предметы состоят из маленьких человечков. Человечки бывают трех видов: твердики, гидратики и пневматики. Твердики стоят рядом друг с другом и крепко держатся за руки. Гидратики тоже стоят рядом друг с другом, но за руки не держатся. Пневматики на месте стоять не могут и все время бегают.

С помощью этих маленьких человечков моделируются окружающие нас предметы и процессы. Например, стакан с чаем будет выглядеть так: дно и стенки из твердиков, внутри - гидратики. Если чай горячий, то над ним надо будет дорисовать пар - несколько пневматиков. Если вместо стакана с чаем рисовать пустой стакан, то внутри оболочки из твердиков надо будет нарисовать воздух, т.е. несколько пневматиков. Если вместо чая рисовать газировку, то пневматиков, т.е. газ, надо будет поместить внутрь жидкости. И т.д.

При использовании ММЧ понятие «моделирование» вводится совершенно естественным образом. Мы МОДЕЛИРУЕМ предметы с помощью маленьких человечков. Дети прекрасно понимают, что маленькие человечки - это способ выразить вполне определенные свойства предметов. Другие свойства (которые нам в данный момент не важны) на этом изображении (в этой МОДЕЛИ) никак не видны. Например, модель (изображение) стакана с чаем не изменится, если чай заменить на молоко или сок, стеклянный стакан на пластмассовый или на металлическую кастрюлю. В данной модели мы отражаем только одно важное свойство: в сосуде с твердыми стенками налита жидкость. От остальных свойств мы абстрагируемся.

Модели из МЧ можно использовать двумя способами: изобразить с помощью МЧ какой-либо объект или догадаться, какому именно объекту соответствует конкретная модель. Оба направления удобно состыковать: домой задается построение моделей, а урок начинается с того, что несколько человек рисуют на доске придуманные ими модели, а остальные должны отгадать, что именно промоделировано. Для одного и того же рисунка, как правило, можно придумать несколько ПРАВИЛЬНЫХ объяснений. Это значит, что мы абстрагируемся от тех отличий, которые есть в этих предметах, и обращаем внимание только на то, что у них общего.

Другое направление использования ММЧ - понимание свойств окружающих нас предметов и физических процессов. При построении моделей в роли МЧ будут выступать дети.

Например, чем твердое отличается от жидкого? Почему если сжать пальцы в ванночке с водой, поднимется только одна капелька, а если сжать карандаш, поднимется весь карандаш? Для объяснения этой ситуации смоделируем ее с помощью МЧ. Карандаш моделируется из 10-12 «твердиков», которые держат друг друга за плечи. Если сдвинуть одного человека, сдвинется весь ряд. Ряд можно разорвать (сломать карандаш), но обе его половинки останутся твердыми. Если твердиков заменить на гидратиков (отпустить руки), то любого из них можно будет спокойно отделить от остальных.

Другой эксперимент на ту же тему - проход через отверстие твердого тела и жидкости. Шеренга твердиков может выйти через дверь только боком, а гидратики пройдут свободно каждый сам по себе.

Другие вопросы, которые очень хорошо моделируются маленькими человечками:

что такое мягкое: твердики вперемешку с пневматиками, например, снежинка;
фазовые переходы: при нагревании куска льда на сковородке твердики начинают подпрыгивать и при этом сначала расцепляют руки, а потом начинают бегать; при охлаждении для того, чтобы согреться, они прижимаются друг к другу;
давление газа: пневматики бегают внутри оболочки и стукаются в нее;
связь между количеством газа, объемом, температурой и давлением: дети, взявшись за руки, образуют оболочку, внутри которой движутся пневматики; меняем размер оболочки, количество пневматиков и скорость их движения.

Метод моделирования маленькими человечками

Одним из эффективных методов снижения психологической инерции мышления является метод моделирования «маленькими человечками» - ММЧ. С помощью этого метода легче представить себе модель системы или процесса. Замена элементов, находящихся в зоне возникновения задачи, живыми существами раскрепощает мышление, делает его более свободным и дает возможность, хотя бы мысленно, совершать самые фантастические действия.Интуитивно этот метод использовался многими исследователями и учеными.

Максвелл, строя свой эксперимент при разработке, динамической теории газов. мысленно поместил в сообщавшиеся между собой сосуды с газами демонов. Эти демоны открывали дверцу для горячих быстрых частиц газа и закрывали ее перед охлажденными, медленными.

Кекуле увидел структурную формулу бензола в виде кольца, образованного из группы обезьян. которые ухватились друг за друга. Выдающийся российский конструктор авиационных двигателей Микулин вспоминал: «Однажды я слушал оперу «Пиковая дама». Когда Герман поднял пистолет, я вдруг увидел в изгибе руки с пистолетом вал с компрессором, а дальше ясно: то, что искал – радиатор. Я тут же выскочил из ложи и набросал на программке схему…»

Образный стиль мышленияприсущ всем людям творческих профессий. Но не всякий образ эффективен. Например, простое графическое изображение детали тоже наглядно, но есть в нем недостаток - оно привязывает нас к прототипу. Маленькие человечки не напоминают нам что-либо известное, но зато показывают картину в полном объеме, и потому мы свободны в своей мыслительной деятельности. Для некоторых процесс рисованиямаленьких человечков может показаться слишком детским, несерьезным, ненаучным.Такое мнение ошибочно. Метод воздействует на самые глубинные и сокровенные процессы мышления, вызывая яркие образы и ассоциации, уводя от стереотипов и привычных действий.

Когда применяют метод моделирования маленькими человечками?

Метод применяют тогда когда возникают трудности при реализации выбранного принципа разрешения физического противоречия.

С чего начинать, применяя метод моделирования маленькими человечками?

Первое: выявить оперативную зону задачи, т. е. место, где возникло физическое противоречие.

Второе: выявить элемент, который испытывает противоречивые требования по своему физическому состоянию, когда к нему предъявляются требования идеальности.

Третье : Запустить в этот элемент маленьких человечков или изобразить его в виде толпы маленьких человечков. Должно быть два рисунка – исходное состояние и требуемое. Рисуя человечков, не жалейте карандаш и время. Человечков должно быть много, и помните, что они могут делать все(!), даже самое фантастическое, самое невероятное. Для них нет невозможного, нет запретов, они всемогущи и выполняют любое ваше желание. Не надо пока думать, как они это сделают, важно выяснить, что они должны делать. Позже, в соответствии с вашими знаниями, вы найдете способ, как достичь то, что показали человечки. Чаще всего приходится изменять прилегающие к оперативной зоне элементы, но вы уже знаете, как делать, потому что вам в этом помогли маленькие человечки.

Теперь посмотрим работу маленьких человечковна небольшомпримере.

Работникам жилищно-коммунального хозяйства в осенне-весенние периоды прибавляется работа по ремонту водосточных труб. Дело в том, что в эти периоды в верхней части водосточных труб скапливается снег, который, многократно оттаивая и замерзая, превращается в ледяные пробки. При очередном потеплении эта ледяная пробка подтаяв, бомбой падает вниз по трубе, ломая и сокрушая ее. Вероятно, вы и сами не раз видели оборванные концы водосточных труб.

Находим оперативную зону, тоесть начало возникновения проблемы – верхняя часть трубы. Находим элемент являющийся причиной проблемы – ледяная пробка.

Составляем ИКР - Ледяная пробка сама не падает вниз, пока не растает полностью. Это возможно если лед будет удерживаться за стенки трубы. но в этом случае ему нельзя.., таять.

Возникло физическое противоречие: - лед должен таять и не должен таять... Как быть?

Запускаем в ледяную пробку, как на поле боя, маленьких человечков.

Их много, они сцепились друг с другом и изо всех сил стараются удержать пробку, не давая ей упасть до той поры, пока она не растает полностью.

Восьмиклассники, которые «рисовали» эту задачу и любовались на человечков, воскликнули: - «Нужно заменить человечков цепью или, еще проще, проволокой. На этой проволоке ледяная пробка и будет держаться, пока не растает полностью!»

Все, задача решена! И, кажется, неплохо. Внедрение этого решения в жизнь не составит больших трудностей. По стоимости оно равно стоимости двух метров проволоки. Найденное ребятами решение следовало бы оформить заявкой на изобретение. Но патентный поиск подтвердил лишь правоту Станислава Лема, который сказал: «Вселенная так велика, что в ней нет ничего такого, чего бы не было». Действительно, всего на год раньше взрослыми изобретателями, работающими в НИИ коммунального хозяйства, было предложено аналогичное решение. Но даже в этом случае стоило поблагодарить маленьких человечков за большую подсказку.

Следующий важный этап обсуждения вопроса о регистрации открытий в области общественных наук был связан с законодательным введением в СССР правовой охраны открытий и принятием Положения об открытиях, изобретениях и рационализаторских предложениях (1959 г.), где после обсуждения этой проблемы было оговорено, что на открытия в области общественных наук дипломы не выдаются. Таким образом, законодательство СССР, признавая возможность научных открытий в общественных науках, исключило их из сферы государственного правового регулирования. Указанная норма благополучно была перенесена и в новое Положение об открытиях, изобретениях и рационализаторских предложениях (1973 г.). “На открытия географические, археологические, палеонтологические, на открытия месторождений полезных ископаемых и на открытия в области общественных наук настоящее Положение не распространяется” (п. 10 Положения).

Основным доводом для исключения из законодательных актов регистрации открытий в области общественных наук, было мнение специалистов гражданского права о том, что введение правовой стороны открытий в области общественных наук вызовет отрицательный эффект, так как выводы общественных наук не могут быть оценены с достаточной степенью достоверности в отличие от выводов в области естественных наук. Для проверки таких открытий нужен длительный общественный опыт, а проведение эксперимента ограничено или исключено.

Эти выводы были продиктованы, скорее всего, идеологическими соображениями, а не стремлением повысить заинтересованность ученых в проведении фундаментальных исследований в области общественных наук.

Данная позиция в отношении открытий в области общественных наук, хотя и в несколько смягченном виде , нашла свое отражение в тексте Женевского договора о международной регистрации научных открытий (1978 г.), разработанного и принятого ВОИС по инициативе СССР. В статье 1(2) Договора сказано, что “любое Договаривающееся государство имеет право не применять настоящий Договор к географическим, археологическим и палеонтологическим открытиям, открытиям залежей полезных ископаемых и открытиям в области общественных наук”.

При рассмотрении вопроса о научных открытиях, и в частности о научных открытиях в области общественных наук, нередко проводится аналогия с Нобелевскими премиями. Не отрицая правомерность проведения такой аналогии и не вдаваясь в подробный анализ существенных отличий относительно порядка присуждения Нобелевской премии, и признания научного положения открытием, отметим, что деятельность Нобелевского фонда не только не отрицает возможность регистрации открытий в области общественных наук, а фактически подтверждает необходимость проведения этой работы .

По завещанию А. Нобеля премии присуждаются “... первая часть тому, кто сделает наиболее важное открытие или изобретение в области физики, вторая - тому, кто сделает наиболее важное открытие или усовершенствование в области химии, третья - тому, кто сделает наиболее важное открытие в области физиологии или медицины, четвертая - создавшему наиболее значительное литературное произведение идеалистической направленности, пятая - тому, кто внесет весомый вклад в сплочение народов, ликвидацию или сокращение численности постоянных армий или в развитие мирных инициатив”.

Нобелевский фонд был создан в 1900 году, а в 1968 г. к пяти традиционным Нобелевским премиям добавилась ежегодная премия по экономике, учрежденная по инициативе Шведского банка и присуждаемая Шведской королевской академией наук. За истекший период Нобелевские премии по экономике были присуждены целому ряду ученых - экономистов, обогативших своими открытиями мировую науку, причем оценке достижений этих открытий не помешали приведенные выше сомнения и утверждения о ее невозможности.

Так, первым лауреатом Нобелевской премии по экономике стал Р. Фриш (1969 г.) за создание и применение динамических моделей к анализу экономических процессов.

В 1971 г. Нобелевская премия по экономике была присуждена ученому-экономисту С. Кузнецу за эмпирически обоснованное толкование экономического роста, которое привело к более глубокому пониманию как экономической и социальной структуры, так и процесса развития, в 1973 г. - В.В. Леонтьеву за разработку метода “затраты - выпуск” и за его применение к важным экономическим проблемам. Нобелевские премии по экономике были присуждены также Р. Солоу (1987 г.) за теоретическую разработку актуальных проблем современной рыночной экономики, Г. Беккеру (1992 г.) за расширение сферы макроэкономического анализа и исследования поведения и взаимоотношений людей и целому ряду других известных ученых-экономистов в последующие годы. В 2004 году ученым Ф. Кидланду и Э. Прескотту за вклад в изучение влияния фактора времени на экономическую политику и за исследования движущих сил деловых циклов, в 2005 г. – Р. Ауманну и Т. Шеллингу за углубление понимания сути конфликта и сотрудничества путем анализа теории игр.

Решение о присуждении Нобелевских премий по экономике объясняется, на наш взгляд, прежде всего возрастающим интересом к изучению экономических проблем научными методами и стремлением повысить заинтересованность ученых-экономистов к фундаментальным исследованиям, результаты которых могут оказать существенное влияние на развитие общества.

При рассмотрении зарегистрированных научных открытий, представляющих собой результат экспертной оценки поступающего массива заявок, можно определить характерные приоритетные направления, связанные с изучением человека, теорией информации, социологией, что, на наш взгляд, является закономерным и отражающим современное состояние научных исследований в этих направлениях.

Изучение человека в настоящее время превратилось в общую проблему, поскольку такими исследованиями занимаются представители различных наук, часто не соприкасающихся друг с другом, что снижает эффективность научных исследований. В связи с этим очевидны попытки синтеза научных знаний о человеке с формулировкой обобщенных понятий и проведением комплексных исследований для получения нового фундаментального результата.

Что касается другого приоритетного направления - теории информации, то в науке на сегодняшний день нет единого определения понятия информации, однако информация, по мнению известных ученых-специалистов (К.К. Колин), является главным движущим фактором в самоорганизующихся системах любой природы. Именно информация и информационные процессы играют особую роль в развитии природы и общества. Осознание главенствующей роли информации в природе и социальных явлениях обусловило появление нового фундаментального подхода научного познания - информационного подхода, суть которого заключается в том, что при изучении любого объекта в первую очередь выявляются и анализируются наиболее характерные для него информационные аспекты, определяющие состояние этого объекта и позволяющие прогнозировать его поведение, что дает возможность на практике принимать обоснованные решения.

Третье направление – это открытия , связанные с изучением социологических проблем, в частности, проблем личности, психологии взаимодействия и поведения человека.

Представим себе, что все предметы, вещества, все живое и неживое вокруг нас состоит из маленьких-маленьких человечков. Человечки ведут себя по-разному. Человечки твердых тел (камня, дерева) крепко держатся за руки. Руки у них сильные - ни разжать, ни согнуть. Вот почему твердое тело не меняет форму. Человечки жидкости за руки не держатся: стоят плотно рядышком друг с другом, переминаясь с ноги на ногу. Вот почему жидкость не держит форму. Но если наполнить стакан «жидкими» человечками, то новых жильцов туда уже не добавить: человечки ведь стоят плотно друг к другу, свободного места между ними нет.

Другие вопросы, которые очень хорошо моделируются маленькими человечками:

Что же такое ТРИЗ?

Ответ прост – это уникальный инструмент для:

- поиска идей,

- выявления и решения многих творческих проблем,

- выбора перспективных направлений развития,

- развития творческого мышления, формирования творческой личности.

Для овладения ТРИЗ необходимо вложить много труда, как при изучении любой другой науки. Стадии овладения определенными навыками превосходно сформулировал великий русский режиссер Константин Станиславский: " Сложное сделать простым, простое сделать привычным, привычное сделать приятным". И далее он говорит о путях достижения этого: "Далеко не все имеют волю и настойчивость, чтобы добраться до настоящего искусства, только знать систему мало. Надо уметь и мочь. Для этого необходима ежедневная, постоянная тренировка".

Основные функции ТРИЗ:

1. Решение творческих и изобретательских задач любой сложности.

2. Прогнозирование систем (ТС) и получение перспективных решений.

3. Развитие качеств творческой личности.

Вспомогательные функции ТРИЗ :

- Решение исследовательских задач.

- Выявление проблем.

- Выявление причин.

- Эффективное использование ресурсов.

- Объективная оценка решений.

- Систематизирование знаний любых областей деятельности.

- Развитие творческого воображения и мышления.

Принципы построения работы по ТРИЗ.

- Минимум сообщения информации, максимум рассуждений.

- Оптимальная форма организации обсуждения проблемных ситуаций.

- Системный подход

- Включение в процессе познания всех доступных для ребенка мыслительных операций и средств восприятия

- Обязательная активизация творческого воображения.

Таким образом, ТРИЗ, с одной стороны, - занимательная игра, с другой - развит ие умственной активности ребенка через творчество. Что дает творчество ребенку?

- Дает возможность проявить себя.

- Стремление получать новую информацию об окружающем.

- Развивает потребность в познавательной деятельности.

- Дает возможность созидать, творить.

- Способствует развитию аналитических способностей.

- Формировать умение развивать и доказывать свою точку зрения.

Этому помогут приемы и методы ТРИЗ.

Существует несколько методов ТРИЗ:

- Метод контрольных вопросов

- Метод морфологического анализа

- Метод синектики

- Метод мозгового штурма

- Метод ресурсов

- Метод каталога

- Метод проб и ошибок

- Метод маленьких человечков

- Метод фокальных объектов

- Морфологический анализ

- Оператор РВС

- Системный анализ

- Метод противоречий

- Методика обучения разгадыванию и составлению загадок и сказок

Можно выделить положительные стороны ТРИЗ :

- У детей обогащается круг представлений, растет словарный запас, развиваются творческие способности.

- ТРИЗ помогает формировать диалектику и логику, способствует преодолению застенчивости, замкнутости, робости; маленький человек учится отстаивать свою точку зрения, а попадая в трудные ситуации самостоятельно находить оригинальные решения.

- ТРИЗ способствует развитию наглядно-образного, причинного, эвристического мышления; памяти, воображения, воздействует на другие психические процессы.

А сейчас на примере метода моделирования маленькими человечками попытаемся с вами разобраться в сути технологии ТРИЗ.

Метод ММЧ

Метод ММЧ – уникален. Уникальность его в том, что с помощь него ребенку можно не только объяснить окружающие его явления, но и наглядно показать его изменения. Для моделирования будем использовать символических заместителей- маленьких человечков. Почему человечков, а не вещества, микробы, атомы? Потому что человечки могут думать, производить действия, вести себя по-разному. Но во всем этом моделировании есть определенные правила, которым нужно следовать:

Так как деревянные, стеклянные, тканевые, пластмассовые человечки обладают общим свойством- держать форму, то они держаться за руки, руки опущены вниз.
Человечки молока, чая, воды, киселя и т.д.- это человечки капельки, они принимают форму того сосуда, в котором их наливают. Эти человечки не держатся за руки, руки у них на поясе.
Воздушные человечки постоянно в движении: они все время куда-то бегут, летят (газ, дым, пар, запах). Обозначения у них любые, главное чтобы они были в движении.

Для моделирования ребенку можно предложить не только картинки с изображением МЧ, но и кубики, где модель будет строиться картинкой к себе, а с другой стороны появится модель-загадка «Что там?»

Детям так же не можно предложить самим нарисовать изображение-обозначение Маленькими человечками.

Можно в роли Маленькими человечками. использовать самих детей. Дети через движения, взаимодействие чувствуют перемены, переход из одной роли в другую, попутно идет отработка мимики, движений, жестов.

С чего начать работу?

Построить с детьми простейшими модели, где участвуют человечки одного вещества (например: кирпич, воздушный шар, чашка)
Следующий шаг работы - моделирование взаимодействие двух веществ (например: чашка с водой)
Освоив эти модели, дети могут моделировать сложные взаимодействия и состояния окружающих предметов, переход из одного состояния в другое (чайник кипит, сосулька растаяла).

Где использовать ММЧ

С помощью ММЧ можно обыграть любой режимный момент (Наприме: когда дети моют руки)
С использовании ММЧ интересно проводить познавательные занятия, эксперименты, игры по обучению грамоте, ознакомлению с окружающими. (например: эксперимент с чашкой из льда. При обучении грамоте составление слов или словосочетаний из Маленьких. Человечков, где синие человечки согласные, а красные гласные).
Использовать моделирование НОД по ФЭМП (например: посвященное изменению длины предметов), где выступают человечками сами дети.
ММЧ можно использовать в НОД по художественному творчеству.(смешивание красок)