В современных условиях от человека требуется не только владение знаниями, но и умение добывать эти знания самому и поэтому перспективным становится использование проблемного обучения. Как часто мы сталкиваемся со скованностью детского мышления, стремлением мыслить по готовым схемам, получать эти схемы от взрослого. Дети боятся ошибаться при выполнении того или иного задания.
Мы предположили, что использование проблемного обучения в работе с дошкольниками положительно повлияет на развитие у детей творческого мышления, познавательных умений и способностей. Рубинштейн С.Л.: «Мышление обычно начинается с проблемы или вопроса, с противоречия. Этой проблемной ситуацией определяется вовлечение личности в мыслительный процесс. В проблеме имеются неизвестные, как бы незаполненные места. Для их заполнения, для превращения неизвестного в известное необходимы соответствующие знания и способы деятельности, которые у человека поначалу отсутствуют».
Проблемная ситуация – состояние умственного затруднения детей, вызванное недостаточностью ранее усвоенных ими знаний и способов деятельности для решения познавательной задачи, задания или учебной проблемы. Иначе говоря, проблемная ситуация – это такая ситуация, при которой субъект хочет решить трудные для него задачи, но ему не хватает данных, и он должен сам их искать.
Характерные признаки проблемного обучения:
- возникает состояние интеллектуального затруднения;
- возникает противоречивая ситуация;
- появляется осознание того, что ребенок знает и умеет и того, что ему необходимо узнать для решения задачи;
- проблемная ситуация может возникнуть на этапе решения задачи, а иногда – в самом начале решения.
Проблемная ситуация не всегда становится проблемой для ребенка. Об этом явлении можно говорить лишь в том случае, если к этой проблеме дети проявили интерес. От мастерства воспитателя зависит, заинтересует ли детей новый материал, преподнесённый в виде проблемы, или нет. Цель воспитателя – побудить ребенка к поиску верного решения поставленной проблемы.
Существуют четыре уровня проблемности в обучении:
1.Воспитатель сам ставит проблему
(задачу) и сам решает её при активном слушании и
обсуждении детьми.
2.Воспитатель ставит проблему, дети
самостоятельно или под его руководством находят
решение. Воспитатель направляет ребёнка на
самостоятельные поиски путей решения
(частично-поисковый метод).
3.Ребёнок ставит проблему, воспитатель помогает
её решить. У ребёнка воспитывается способность
самостоятельно формулировать проблему.
4. Ребёнок сам ставит проблему и сам её решает.
Воспитатель даже не указывает на проблему:
ребёнок должен увидеть её самостоятельно, а
увидев, сформулировать и исследовать
возможности и способы её решения.
(Исследовательский метод)
В итоге воспитывается способность самостоятельно анализировать проблемную ситуацию, самостоятельно находить правильный ответ.
В одном случае воспитатель может сам с помощью детей вести поиск. Поставив проблему, воспитатель вскрывает путь её решения, рассуждает вместе с детьми, высказывает предположения, обсуждает их вместе с детьми.
В другом случае роль воспитателя может быть минимальной – он предоставляет детям возможность совершенно самостоятельно искать пути решения проблем.
Метод обучения, связанный с самостоятельным поиском и открытиями детьми тех или иных истин, называют проблемно-эвристическим методов.
Решение проблемных ситуаций на занятиях получили распространение и в работе с детьми нашей группы.
Проблемная ситуация создается воспитателем с помощью определенных приемов, методов и средств. При создании и решении проблемных ситуаций мы применяем следующие методические приемы:
– подводим детей к противоречию и
предлагаем им самим найти способ его разрешения;
– излагаем различные точки зрения на один и тот
же вопрос;
– побуждаем детей делать сравнения, обобщения,
выводы из ситуации, сопоставлять факты;
– ставим конкретные вопросы (на обобщение,
обоснование, конкретизацию, логику рассуждения),
эвристические вопросы;
– определяем проблемные теоретические и
практические задания (например,
исследовательские);
– ставим проблемные задачи.
Первым этапом процесса решения проблемы считается поиск средств анализа условий проблемы с актуализации прежних знаний и способов действия с помощью наводящих вопросов: «Что нам надо вспомнить для решения нашего вопроса?», «Что мы можем использовать из известного нам для нахождения неизвестного?». А.М.Матюшкин, – этот этап характеризуется растерянностью ребенка, исчерпавшего все известные ему способы решения проблемы и не нашедшего нужного способа. Наступает отказ от известных способов решения.
На втором этапе происходит процесс решения проблемы. Он состоит в открытии новых, ранее неизвестных связей и отношений элементов проблемы, т.е выдвижение гипотез, поиск «ключа», идеи решения. На втором этапе решения ребенок ищет «во внешних условиях», в различных источниках знаний.
Третий этап решения проблемы – доказательство и проверка гипотезы, реализация найденного решения. Практически это означает выполнение некоторых операций, связанных с практической деятельностью, с выполнением вычислений, с построением системы доказательств, обосновывающих решение.
Стремясь поддержать у детей интерес к новой теме, мы создаем новую проблемную ситуацию. Создавая проблемные ситуации, мы побуждаем детей выдвигать гипотезы, делать выводы, приучаем не бояться допускать ошибки. Как считает А.М.Матюшкин, боязнь допустить ошибку сковывает инициативу ребенка в постановке и решении интеллектуальных проблем. «Боясь ошибиться, он не будет сам решать поставленную проблему – он будет стремиться получить помощь от всезнающего взрослого». Очень важно, чтобы ребенок почувствовал вкус к получению новых, неожиданных сведений об окружающих его предметах и явлениях.
Занятие по развитию речи с использованием технологии проблемного обучения
Тема: «Знакомый незнакомец».
Программное содержание:
- Продолжать учить детей придумывать загадки с элементами описания, сравнения и описания.
- Познакомить детей с новым способом словообразования в процессе решения проблемной ситуации.
- Закрепить знания детей о способах словообразования: при помощи сложения существительного с существительным, с помощью увеличительных, уменьшительных, уменьшительно-ласкательных суффиксов.
- Упражнять в подборе определений, синонимов, в согласовании прилагательных и существительных, развивать интерес к этимологии слова.
- Развивать интонационную выразительность речи.
ХОД ЗАНЯТИЯ
В группу заносится сундучок.
Воспитатель:
– Хотите узнать, что в сундучке? Надо придумать чистоговорку:
Чок-чок-чок-открывайся…(сундучок)
Сундучок открывается, и дети обнаруживают осенние листья.
– Ребята, осень на память о себе оставила
осенние листья. Какие они? (Разноцветные,
пестрые, багряные…)
– Чем ещё нас обрадовала осень? (Красотой,
листопадом, овощами, фруктами, грибами, т.е.
урожаем).
– Ребята, в сундучке еще что-то есть. Это письмо.
Кто же написал нам это письмо? Давайте откроем и
прочтем его: «Здравствуйте, ребята! Хочу
рассказать вам одну историю. Однажды мальчики
Миша и Костя отправились в лес и обнаружили в
березовом лесу очень много грибов. Миша сорвал
гриб и обрадовался: «Вот так находка! Сколько
березовых грибов!».
«Нет, это – березовка», – сказал Костя. Стали
мальчики спорить, кто из них прав. Миша
утверждает, что он прав, что гриб называется
«березовый». А Костя говорит, что прав он, что
гриб должен называться «березовка».
Спорили-спорили, что даже поссорились. Так и не
поняли, кто из них прав, как точно и правильно
называется этот гриб. Может быть, вы разберетесь
в этой истории?
Ваш давний друг – Волшебница Осень».
Эвристические вопросы:
– Ребята, что вы услышали сейчас?
– Когда произошла эта история? Где?
– Как назвали мальчики один и тот же гриб? (Березовый,
березовка)
– Что произошло между мальчиками? Почему? (У
них появилась проблема: они не знают, как
называется гриб)
– Сможем ли мы им помочь? Сможем ли мы их
помирить?
– Как можно решить проблему, которая возникла
между Мишей и Костей?
– Как это сделать, каким способом? (Нужно
узнать, как точно и правильно называется гриб,
который растет в березовом лесу).
– Давайте разберемся в этой проблеме и поможем
мальчикам. Ведь проблема мальчиков – теперь и
наша проблема.
– Во-первых, обратимся к схеме.
– Что мы знаем об образовании слов?
– Как образуются слова?
– От какого слова
мы можем образовать нужное нам слово – название
грибу, если он растет в березовом лесу?
Поиск: (используется схема)
– А как точнее и правильнее называется этот
гриб, давайте по-рассуждаем.
– Задумывались ли вы над тем, откуда грибы
получили свои названия?
– Оказывается, лисички похожи на
лисичку-сестричку, а рыжики получили свое
название так, потому что и шляпка, и ножка этого
гриба ярко-рыжая.
Опенок получил себе такое название, потому что он
растет на пнях и образовалось слово «опенок» от
слова «пень», «пенёк».
Пальчиковая гимнастика «Этот пальчик»
Этот пальчик в лес пошел,
Этот пальчик гриб нашел,
Этот пальчик чистить стал,
Этот пальчик жарить стал,
Этот пальчик все съел,
Оттого и потолстел.
– А теперь давайте вернемся к нашему грибу.
– Где растет гриб по отношению к березе? (Показ
картинки)
– Около березы, у березы, под березой.
– Какое слово мы можем образовать с помощью
частички «около» и слова? (Околоберезовик)
Аналогично: уберезовик, подберезовик.
– Ребята, мы с вами сделали открытие –
оказывается, слова ещё можно образовывать с
помощью частичек перед словом. Мы с вами –
открыватели.
– У нас получилось три названия грибу. Какое же
из них правильное? Кто нам сможет подсказать?
Откуда мы можем узнать? (Взрослые, словарь)
Проверка в словаре: подберезовик.
«Гриб, который растет под березой –
подберезовик. Похож подберезовик на березку
«стройную, на березку белоствольную». Про него
говорят: «Этот грибок – березы сынок». У
красавицы-березы ствол разукрашен черными
точками, и у подберезовика белая ножка
разрисована темными чешуйками» (Показ
картинки)
– Ребята, мы помогли мальчикам? Их проблему мы
решили?
– Мы обязательно сообщим им о нашем решении.
Физкультминутка с элементами релаксации
Включается спокойная тихая музыка.
– Дружба не только в нашей группе, но и у
растений тоже очень ценится.
Вот, например, грибы и деревья очень дружат между
собой. Давайте представим себя маленькими
подберезовиками, которые вот-вот появятся под
березками. Теплый луч упал на землю и согрел
маленький грибочек. Нежится на солнце грибочек,
подставляя то один свой бок, то другой. И вырос из
маленького грибочка красивый гордый
подберезовик, похожий на раскрытый зонтик.
Чистоговорка:
Шу-шу-шу –
Я листочками шуршу.
Су-су-су –
Под листочками грибы в лесу.
Игра «Волшебные дорожки»
Задание:
Хлопните в ладоши 1 раз, если
вы услышите слова, подходящие к слову
«подберезовик» и 2 раза, если вы услышите слова,
которые
подходят к слову «береза».
– Какой подберезовик?
– Какая березка?
Задание: С помощью этих слов составьте предложение.
(Под стройной, белоствольной березой растет вкусный, полезный, аппетитный, подберезовик)
– А вы любите отгадывать загадки?
– А кто их придумывает?
– Хотите придумать загадку про подберезовик?
– Вспомним, какие слова мы придумали к слову
«подберезовик».
– Какой он?
– Где он растет?
– Что особенного у него есть?
– На что похож?
– Составим загадку с отрицанием «но не»:
Что это? (Гриб подберезовик)
Итог занятия
Воспитатель с детьми помещает свое новое открытие в уголок открытий.
В последнее время в теории и практике доказана целесообразность и перспективность использования такого средства обучения как педагогическая ситуация.
Беспалько В.П. трактует педситуацию, как «совокупность взаимосвязанных средств, методов и процессов, необходимых для создания организованного, целенаправленного педагогического влияния на формирование личности с заданными качествами».
Учебная педагогическая ситуация будет выступать в роли средства обучения, если она будет создаваться учителем целенаправленно и решать дидактические задачи.
Проблемная ситуация (Векслер С.И., Махмутов М.М., Матюшкин А.М.и др.)
Существенной чертой проблемного обучения является *постановка проблемных вопросов, *постановка проблемных задач и *создание проблемных ситуаций, что в совокупности позволяет не только усвоить необходимые знания и умения в процессе обучения, но и развивает самостоятельность, творчество, активность, и главное – позволяет усвоить сам процесс получения знаний, их анализ и систематизацию.
Вопросы являются проблемными , если вызывают у учащихся интеллектуальное затруднение, и ответ на них не содержится в прежних знаниях ученика. Его нужно найти самостоятельно.
Проблемная задача – это познавательная задача , содержащая интеллектуальное затруднение в поисках неизвестного способа действия. Она содержит: *условие задачи, *указание на неизвестное, а также *неизвестен и способ действий.
Виды проблемных задач : *задачи с несформулированным вопросом,
*с недостающими данными, *с излишними данными, *с несколькими решениями, *с меняющимся содержанием, *задачи на доказательство, *на сообразительность, *логические задачи.
Сутью проблемной ситуации является столкновение имеющихся у учащихся знаний с незнанием, пробел между которыми необходимо восполнить самостоятельно. Основные типы возникновения проблемных ситуаций:
1)- если учащиеся не знают способов решения поставленной задачи, не могут ответить на проблемный вопрос, дать объяснение новому факту в учебной или жизненной ситуации;
2) – при столкновении учащихся с необходимостью использовать ранее усвоенные знания в новых практических условиях;
3) – если имеется противоречие между теоретически возможным путём решения задачи и практической неосуществимостью выбранного способа;
4) – когда имеются противоречия между практически достигнутым результатом выполнения учебного задания и отсутствием учащихся знаний для теоретического обоснования.
Способы создания проблемных ситуаций и организации проблемного обучения:
1. Побуждение учащихся к теоретическому объяснению явлений, фактов, внешнего несоответствия между ними. Это вызывает поисковую деятельность учеников и приводит к активному усвоению новых знаний.
2. Использование учебных и жизненных ситуаций, возникающих при выполнении учащимися практических заданий в школе, дома или на производстве. Проблемная ситуация возникает при попытке учащихся самостоятельно достичь поставленной перед ними практической цели.
3. Расстановка учебных проблемных заданий на объяснение явлений или поиск путей практического решения. Например, исследовательская работа на опытном участке, в мастерских и т.д.
4. Побуждение учащихся к анализу фактов и явлений действительности, в которых проявляется противоречие между житейским представлением и научным объяснением фактов и явлений.
5. Выдвижение предположения (гипотезы), формулировка выводов и их опытная проверка.
6. Побуждение учащихся к сравнению, сопоставлению и противопоставлению фактов, явлений, правил в результате которых возникает проблемная ситуация.
7. Побуждение учащихся к предварительному обобщению новых фактов. Учащиеся получают задание рассмотреть некоторые факты, явления, содержащиеся в новом для них материале, сравнить их с известными и сделать самостоятельное обобщение.
8. Ознакомление учащихся с фактами, носящими как будто бы необъяснимый характер, и приведшими в истории науки к постановке научной проблемы.
9. Организация межпредметных связей. Часто материал учебного предмета не обеспечивает создание проблемной ситуации, и тогда «выручают» других наук.
10. Варьирование задач, переформулировка вопросов.
СРС 6: на материале предмета подготовьте к проигрыванию примеры проблемных а)вопросов, б)задач, в)ситуаций.
Гуманитарно ориентированные ситуации (Данильчук В.И. Симонов В.М. и др.).
Ситуация, создаваемая учителем, в которую закладываются ценностно-смысловые и ценностно-эмоциональные аспекты независимо от предметного содержания. Подобная ситуация становится той обучающей средой, в которой ученик становится востребованным как субъект, как личность, выполняющая любую деятельность осмысленно. При этом, есть несколько способов введения гуманитарного компонента в создаваемую ситуацию:
Явный – непосредственное использование текстов и материалов гуманитарного характера,
Неявный – через косвенные процессуальные способы включения обучаемого в эмоционально- ценностное восприятие и переживание изучаемого материала.
Выделяют:
1) Предметно-ориентированные гуманитарные ситуации.
Они направлены на освоение учениками знаний и умений их применять. При этом,- формируется ценностно-смысловое отношение к знаниям, знания «преломляются» через себя, собственный опыт и отношение. Формируется внутренняя мотивация, личностный познавательный интерес. Возникает осознание необходимости межпредметной интеграции знаний.
2) Практико-ориентированные гуманитарные ситуации.
Это ситуации, в которых осмысливается возможность использования знаний в реальной жизнедеятельности. Создаётся некая модель действительности (экономической, профессиональной и пр.), и нужно в составе учебной группы решить проблему, принимая на себя условную роль.
3) Поисково – ориентированные гуманитарные ситуации.
Включение учащихся в поисковую, экспериментальную деятельность.
4) Гуманитарно ориентированные ситуации.
Направлены на осознание учащимися свободы действия и ответственности за свои поступки, дают возможность осознать самоценность человека и природы и т.д. Необходимо: - давать интегративное межпредметное знаниевое содержание; -организовывать коллективно-индивидуальную деятельность для решения задачи; -предусматривать возможность самореализации каждого ученика. Можно использовать задания-проекты, задачи с мысленным экспериментом и пр
СРС 7: Познакомьтесь с особенностью организации групповой проблемной работы в сфере воспитательного взаимодействия:
Поляков С.Д. Технологии воспитания.-М.:2002, С.46-58. Сделайте выписки, подготовьтесь к дискуссии или проигрыванию.
Глава 4. АЛГОРИТМ РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМНЫХ СИТУАЦИЙ
Значение АРИЗ (алгоритма решения изобретательских задач) при поиске решения проблем Г.С. Альтшуллер определил очень четко: «Решение задачи по АРИЗ - это творчество в любом понимании. Организованное творчество - это самое главное. Возможность организации творчества дает надежду на то, что так же можно организовать творчество в других видах человеческой деятельности, что неизмеримо более заманчиво, чем просто возможность решать технические задачи.
Наша высшая задача - перестроить мышление»4.
Под перестройкой мышления Г.С. Альтшуллер понимал замену хаотичного поиска идеи решения (когда «мысли суетятся») такой четко организованной последовательностью выполнения мыслительных операций, при которой каждый шаг мысли обоснован и логически вытекает из предыдущих шагов. Как же можно выработать навыки технологии «как думать»?
Чтобы приобрести навыки любой профессии, нужны длительные тренировки с комплексом специальных упражнений, только тогда появляется автоматизм при выполнении необходимых операций. Следовательно, нам нужен такой комплекс упражнений, в каждом из которых есть проблемная ситуация - только при ее решении работает мышление, и алгоритм, который позволит преобразовать проблему в задачу и найти идею ее решения. При этом алгоритм не заменяет мышления - он только показывает направление - «куда думать».
Сформулируем требования к такому алгоритму:
осознанность мыслительных операций и управляемость ими;
получение результата на уровне идеального (для данной проблемной ситуации);
лаконичность;
повторяемость результата при соблюдении алгоритма;
универсальность (применимость для анализа и поиска решения любых проблем).
В качестве комплекса упражнений лучше всего использовать так называемые «изобретательские задачи» - реальные технические проблемы, которые возникали при создании или совершенствовании различных машин и механизмов. И пусть никого не смущают термины «изобретательские» и «технические»: первый говорит только об оригинальности проблемы и необходимости особого подхода к ее решению. А «технические» знания, которые требуются для поиска решения, находятся на уровне 8–9-го классов средней школы (а чаще и того меньше). Главное, что понадобится при поиске решения, - это четкая логическая последовательность выполнения всех мыслительных действий по «перемалыванию» задачи. А чтобы алгоритм воспринимался вами не как спущенная сверху инструкция, которую почему-то надо выполнять, а осознанно, чтобы стал он своим, родным и близким, выведите его сами в ходе анализа и поиска решения четырех проблем.
Проблема 1
ЛАМПА Г. Н. БАБАКИНА
Процесс мягкой посадки ракеты после полета осуществляется следующим образом: чтобы ракета стала на «ноги», расположенные обычно в хвостовой части, ее перед посадкой разворачивают хвостовой частью к посадочной поверхности (рис. 4.1). Затем включаются тормозные двигатели, которые обеспечивают торможение и плавный спуск ракеты.
При проектировании первого в мире посадочного комплекса «Луна-16» для мягкой посадки на Луну в его хвостовой части установили мощную лампу, чтобы осветить лунную поверхность под «ногами» станции. Лампы накаливания состоят из трех основных частей: нити накаливания, стеклянной колбы для сохранения вакуума, в котором находится нить5, и цоколя - металлической части, соединяющей лампу с источником электроэнергии и местом ее установки. Посадочный комплекс спроектировали, рассчитали, изготовили, стали испытывать на стенде. В режиме «Посадка» включили лампу. Лампа зажглась, но через некоторое время задымилась, стала матовой и перегорела.
При исследовании выяснилось, что в месте соединения стеклянной колбы с цоколем в стекле образуются микротрещины. Выяснили и причину образования микротрещин - от вибрации, которую создают во время работы тормозные двигатели. Через трещины проникает воздух, раскаленная нить накаливания окисляется и перегорает. Как быть?
Сотрудники отдела, ответственного за изготовление лампы, перепробовали множество вариантов, но... При решении этой задачи методом мозгового штурма обычно намечаются такие направления поиска решения:
1. Устранить воздействие вибрации на лампу. С этой целью предлагаются различные виды подвесок, пружин, амортизаторов, пластичных составов, гасящих вибрацию, вплоть до вынесения лампы из комплекса и освещения места посадки каким-нибудь другим способом (например, вторым спутником).
2. Изменить конструкцию лампы. Характер этих предложений сводится к замене лампы накаливания дуговой лампой типа прожектора, изменению способа крепления лампы (без цоколя) к корпусу станции, усилению той части колбы, которая трескается, и т.д.
Рассмотрим лампу как систему, основная функция (ОФ) которой - освещать место посадки. Лампа состоит из трех основных элементов - подсистем: нити накаливания, цоколя и колбы (рис. 4.2). Основную функцию системы выполняет подсистема «нить накаливания», создавая световой поток в раскаленном состоянии. Цоколь и колба выполняют вспомогательные функции (ВФ): цоколь держит всю лампу в корпусе станции и соединяет ее с источником тока; колба обеспечивает вакуум, предохраняя раскаленную нить от взаимодействия с кислородом воздуха.
Если вспомнить, что лампа, хотя и проектировалась на Земле, работать должна на Луне, где практически нет кислорода и вполне достаточно своего вакуума, то сразу же возникает вопрос: «А зачем на Луне колба? Давайте ее уберем!» Именно такое решение предложил главный конструктор комплекса «Луна-16» Г.Н. Бабакин, как только ознакомился с проблемой.
Рассмотрим инструментарий, который позволил выйти на такое решение.
Прежде всего был проведен структурный анализ системы, предназначенной для выполнения конкретной основной функции, определен ее состав (подсистемы) и функции каждого элемента. Затем эти функции были перенесены в ту среду, в которой должна работать вся система. Одного этого анализа оказалось достаточно, чтобы найти практически идеальное решение: вся система остается без изменений, а вредное качество исчезает. Назовем задачу, в которой можно реализовать такое решение, минимальной, или мини-задачей.
Сделаем первые выводы:
при анализе ситуации необходимо четко определить ОФ системы, состав системы и элементы, обеспечивающие выполнение ОФ;
для получения идеального решения нужно стремиться устранять элементы, выполняющие ВФ.
Прикинем первую инструментальную цепочку действий при поиске решения проблемной ситуации: формулирование основной функции - определение состава системы и функций отдельных элементов - формулирование идеального конечного результата.
Кратко эту схему можно записать так:
ОФ → Состав системы → ИКР.
Проверим, можно ли использовать эту цепочку мыслительных действий для поиска решения других проблем.
Проблема 2
ИГЛА ДЛЯ ХИРУРГИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЙ
После хирургической операции разрезанные ткани сшивают ниткой - накладывают шов. Но в ушке иголки нитка складывается вдвое, и это утолщение разрывает ткани, особенно тонкие6(рис. 4.3). До недавнего времени на эти разрывы не обращали внимания, так как процесс заживления основного шва шел достаточно долго. Но в последнее время в связи с успехами медицины и фармакологии эти разрывы ткани стали затягивать процесс выздоровления. Как быть?
Лучшая из идей, которую предлагают при решении задачи мозговым штурмом, - соединять нитку с иголкой «в торец». Решение хорошее, но технологически сложное.
Проанализируем ситуацию. Основная функция системы «иголка с ниткой», для выполнения которой эта система была создана, - сшивать разрезанные ткани. Но в процессе выполнения основной функции возникает нежелательный эффект - сложенная вдвое нитка в ушке иголки образует утолщение, которое создает в соединяемых тканях разрывы. Причина образования утолщения - необходимость соединять иголку с ниткой.
Здесь важно обратить внимание на еще один момент: это утолщение существовало всегда, но на него не обращали внимания, так как процесс выздоровления больного зависел от других факторов. Но с некоторого времени к этому соединению стали предъявлять новые, повышенные требования - и возник нежелательный эффект. Конечно, утолщение можно устранить, если не соединять нитку с иголкой: тогда ткани не будут разрываться, но и иголка с ниткой не будут объединены в систему и не смогут выполнять свою основную функцию.
Таким образом, между основной функцией данной системы (сшивать ткани) и нежелательным эффектом (образованием разрывов) существует четкая причинно-следственная связь: ЕСЛИ мы хотим сшивать ткани, ТО должны соединить нитку с иголкой, НО тогда образуются разрывы.
И обратно: ЕСЛИ мы хотим предотвратить образование разрывов, ТО не должны соединять нитку с иголкой, НО тогда не сможем сшить разрезанные ткани.
Отсюда хорошо видно, что попытка обеспечить выполнение основной функции с помощью определенного принципа действия системы приводит к появлению соответствующего нежелательного эффекта. А попытка устранить возникший эффект приводит к появлению нового нежелательного эффекта: в частности, к невозможности выполнять основную функцию.
Возникает противоречие: нитка должна быть соединена с иголкой в ушке, чтобы сшивать разрезанные ткани (выполнять ОФ), и не должна быть соединена, чтобы не возникал нежелательный эффект (утолщение в ушке, которое приводит к разрыву тканей). Иными словами, соединение должно быть - и не должно быть.
Противоречие, при котором к одному состоянию, свойству или параметру системы предъявляются противоположные ФИЗИЧЕСКИЕ требования, называется физическим противоречием (ФП).
Определим условия, при которых можно устранить физическое противоречие. Очевидно, что в идеале иголка, нить и место их соединения должны иметь одинаковый диаметр. Одинаковый диаметр получится, если иголку с ниткой «состыковать» - обеспечить соединение «в торец», но осуществлять такое соединение в операционных условиях слишком сложно.
Уточним функции каждого элемента этой системы.
Основную функцию - «сшивать ткани» - выполняет нить, которая, кстати, стоит значительно дешевле иголки. Иголка же выполняет две вспомогательные функции - прокалывает отверстие и протягивает в него нить. Нельзя ли убрать элемент, выполняющий вспомогательные функции? Можно, если эти функции «по совместительству» будет выполнять элемент, выполняющий основную функцию.
Что же для этого необходимо? Чтобы нитка могла выполнять функции иголки, она, без сомнения, должна обладать и свойствами иголки, т.е. быть острой и твердой. А чтобы сохранить возможность выполнять свою основную функцию - сшивать - нитка должна быть гибкой и эластичной. Причем в данном случае в одно и то же время. Новое физическое противоречие.
Его можно разрешить, если принять во внимание, что свойствами иголки должна обладать не вся нить, а только ее часть - кончик. Как это сделать? Обратились к специалистам-химикам. Они подобрали специальный раствор, нить, пропитанная таким раствором, становилась твердой. Оставалось заточить кончик нити.
Сделаем очередные выводы. Определять ОФ системы, ее состав и функции элементов нужно, но этого недостаточно: при попытке устранить один нежелательный эффект возникает другой, между ними существует причинно-следственная связь, и, если продолжать стремиться к ИКР, возникает физическое противоречие.
Инструментальная цепочка мыслительных действий при анализе и поиске решения проблемной ситуации дополняется: формулирование основной функции (ОФ) - определение состава системы и функций отдельных элементов - выявление причинно-следственной связи (Если - То - Но) в двух вариантах - выявление физического противоречия (ФП) - формулирование идеального конечного результата (ИКР).
Запишем ее кратко:
ОФ → состав системы →
→ Если - То - Но → ФП → ИКР.
Проблема 3
РАДИОСТАНЦИЯ ДЛЯ АЛЬПИНИСТОВ
При восхождении на высокие вершины альпинисты для связи с базовым лагерем используют радиостанции, которые работают на фиксированных частотах (рис. 4.4). Но высоко в горах при температурах ниже –50 °С транзисторы сильно охлаждаются, и их физические свойства меняются. В результате меняется частота, на которой они должны работать, и связь с лагерем нарушается. Чтобы радиостанция не замерзала, ее главную часть (генератор частоты) предложили поместить в термостат - сосуд типа термоса с подогревом, а наружу вывести антенну, микрофон и динамик. Но оказалось, что термостат будет весить в три-четыре раза больше, чем сама радиостанция, да еще нужен мощный аккумулятор в качестве источника питания - а это опять лишний вес, который носить в горах очень трудно. Как быть?
Проанализируем ситуацию - почему возникла проблема? Основная функция, которую должна выполнять система в составе: радиостанция, базовый лагерь внизу и альпинист наверху, - обеспечить устойчивую радиосвязь между базовым лагерем и альпинистом. Радиостанция была спроектирована для работы в нормальных климатических условиях - при средних температурах - и прекрасно выполняла свою основную функцию. Используя радиостанцию на восхождениях в горах при низких температурах, альпинисты предъявили к ней значительно более жесткие требования, и радиостанция работать отказалась. Так возник нежелательный эффект № 1 (НЭ1). Чтобы его устранить, предложили использовать средство устранения (СУ) - термостат. Термостат действительно обеспечивает устойчивую радиосвязь, но много весит, что создает новый нежелательный эффект (НЭ2).
Сформулируем причинно-следственные связи в их противоположных состояниях:
1. Если использовать термостат (СУ), то нарушений связи не будет (НЭ1 устраняется), но появляется лишний вес (НЭ2).
(Черточка над обозначением указывает на его отрицание, т.е. на противоположное значение.)
2. Если же термостат не использовать (СУ не вводить), то лишний вес не появляется (НЭ2 не возникает), но сохраняется нарушение радиосвязи (НЭ1).
Схематически это можно записать так:
Свойство связи между двумя взаимодействующими объектами, при котором изменение одного объекта, или его части, или его параметра в нужную для нас, потребителей, сторону вызывает недопустимое для нас, потребителей, изменение другого объекта, или его части, или его параметра, называется техническим противоречием (ТП).
Таким образом, между возможностью иметь устойчивую радиосвязь и необходимостью таскать лишний вес существует прямая зависимость, причем без всяких возможных компромиссов: или связь и лишний вес, или ни веса, ни связи.
Чтобы поставить изобретательскую задачу, применим прием, который уже был использован в задаче о лодке Робинзона: введем в систему отсутствующий, идеальный термостат. Такой термостат ничего не весит, не потребляет никакой энергии (так как он отсутствующий!), но прекрасно выполняет свою функцию: согревает радиостанцию.
Тогда постановка изобретательской задачи может схематически выглядеть так:
т.е. не вводя средство устранения
И тем самым не создавая новый нежелательный эффект, устранить имеющийся нежелательный эффект. Наша конкретная задача может быть записана так: не вводя термостат и тем самым сохраняя способность отсутствующего термостата не создавать лишний вес, обеспечить незамерзание радиостанции.
Из постановки изобретательской задачи и противоречия технического естественно вытекает противоречие физическое: термостат должен быть, чтобы радиостанция не замерзала и обеспечивалась устойчивая радиосвязь (основная функция системы), и термостата быть не должно, чтобы не приходилось носить лишний вес (чтобы не возникал НЭ2).
Функцию идеального крана в задаче о лодке Робинзона выполняла сама система. Очевидно, что функцию идеального термостата, как и любого идеального элемента, тоже должна выполнять сама система. Тем более что термостат выполняет вспомогательную функцию. А опыт решения предыдущих задач подсказывает, что от таких элементов нужно избавляться. Поэтому идеальное решение должно выглядеть так: система сама обеспечивает обогрев радиостанции.
Уточним состав системы, т.е. когда и при каких условиях ведется радиосвязь. Очевидно, только тогда, когда радиостанция находится в горах вместе с альпинистом, который сам является прекрасным источником тепла. Следовательно, функцию термостата - подогревать - можно передать альпинисту. Было предложено ту часть радиостанции, которая боится мороза, помещать в нагрудный карман комбинезона, а наружу вывести только микрофон, динамик и антенну.
Сделаем очередные выводы. Инструментальная цепочка действий при поиске решения проблемной ситуации дополняется новыми шагами: формулирование основной функции (ОФ) - определение состава системы и функции отдельных элементов - формулирование технического противоречия (ТП) в двух вариантах (выявление нежелательного эффекта НЭ1 - введение средства устранения СУ - появление нового нежелательного эффекта НЭ2) - постановка изобретательской задачи (ИЗ) - формулирование физического противоречия (ФП) - формулирование идеального конечного результата (ИКР).
Запишем кратко новую схему:
ОФ → состав системы → ТП (НЭ1 → СУ → НЭ2) →
