 |
Вепольный анализ при решении учебных математических задач
|
|
|
|
Обучение – это замена удивления пониманием …
Виктор Кротов
Известно, что ни одно событие в материальном мире не происходит без видоизменения вещества и энергии (поля). Взаимодействие этих двух составляющих и определяет все многообразие мира.
При решении задач зачастую трудно сразу найти решение, требуются тактические шаги, конкретизирующие наши действия. Для этого нужен точный анализ взаимодействия веществ и энергии в оперативной зоне задачи, с точки зрения ТРИЗ.
Выйти из этого положения в изобретательской деятельности позволяет так называемый вепольный анализ. Слово «веполь» образовано от слов «вещество» и «поле». Вепольный анализ проводится в оперативной зоне возникновения задачи, т. е. там, где выявлено физическое противоречие. В этом месте обязательно должны быть два вещества 
и 
, полезно или вредно взаимодействующие между собой, и поле П, которое связывает эти два вещества (рис. 12).
В нашей работе будем придерживаться упрощенной схемой вепольного анализа [2, 35], основанного на двух правилах:
1) если одно вещество вредно воздействует на другое, то между ними вводят третье вещество;
2) если поле вредно воздействует на вещество, то между ними водят второе поле, нейтрализующее действие первого, или его вредное действие оттягивает третье вещество.
При решении учебных математических задач в роли «веществ» выступают объекты математики (геометрические фигуры, числа), а в качестве поля свойства объектов, их движение и т.п.
Пример 7. Может ли пятизначное число равняться произведению своих цифр [49]?
Решение. Применим вепольный анализ ТРИЗ, для этого необходимо определить как минимум два вещества и поле, воздействующее на них.
|
|
|
Пусть есть число 
. Произведение цифр числа равняется 
. Рассмотрим два вещества – 
, 
– К и поле – П, действующеена вещества «вредно» (вещества между собой связаны, изменение одного вещества ведет к изменению другого, что затрудняет нахождения такого вещества, что бы 
), (рис. 12).
Используем первое правило вепольного анализа, введем новое вещество 
, оттягивающие на себя вредное воздействие поля П. (рис. 13). Решение задачи на вепольном языке составлено. Теперь надо определить, что же такое третье вещество оттягивающие на себя вредное действие поля. Это вещество должно взаимодействовать с 
, если учесть, что отношение двух чисел – это их сравнение, получим, вспомнив условие задачи, что надо найти такое число, которое легко сравниваться с числами и К. Тогда в качестве такого вещества можно взять 
, а 
, получим 
. Равенства нет, а значит, таких чисел нет.
Пример 8. Как нужно у квадрата срезать 4 угла, чтобы получился правильный восьмиугольник?
На вепольном языке получаем, что есть одно вещество 
и на него «вредно» действует некоторое поле П (рис. 14),(первоначально трудно увидеть положительные стороны действия поля П). Второе правило гласит, что необходимо внести новое поля 
(рис. 15). Новое поле создает некое действие применительно к геометрическим объектам, можно сказать, что это движение. Тогда решение задачи свелось к нахождению какого-либо движения для ответа на поставленный вопрос задачи. В книге «Математическая шкатулка» [49] предлагается движение, заключающееся в повороте квадрата, тогда общая часть двух квадратов будет правильным восьмиугольником.
При использовании элементов вепольного анализа решение задачи сводиться к нахождению третьего вещества или нового поля, что значительно легче решения первоначальной задачи. Начальные рассуждения на вепольном языке кажутся слишком «затянутыми» и затруднительными, но, как показывает практика, при хорошей отработке элементов вепольного анализа их использование при решении задач происходит уже «подсознательно».
|
|
|
2.4. Метод переизобретения знаний [2]
ТРИЗ является продолжением диалектики Аристотеля и Гегеля и дополняет их конкретными инструментальными методами преодоления противоречий. Поэтому ТРИЗ позволяет более описывать, а главное – проектировать процессы развития различных систем [30]. Таким образом, изучая любую систему, можно более глубоко понять эту систему и одновременно формировать творческое мышление, если рассматривать ее как результат развития системы-предшественницы, преодоления в ней противоречий в соответствии с теми закономерностями, которые теперь известны, как законы, принципы, приемы, стандарты ТРИЗ [40]. Один из вариантов такого рассмотрения – переизобретение знаний с помощью ТРИЗ.
Объектами изучения в математике являются глубинные закономерности нашего мира, выраженные в математических понятиях и правилах. И те, и другие, согласно ТРИЗ, а также философским наукам системологии и диалектике, являются развивающимися системами. Рассмотрим возможности их переизобретения в учебном процессе.
При использовании элементов ТРИЗ-педагогики при изучении школьной математики путем переизобретения знаний вполне возможно, если переизобретать не закономерности, а описывающие их понятия и правила.
Пример 9. Рассмотрим совокупность равенств типа 
, 
и т. д., т. е. таблицу умножения. Из истории арифметики известно, что раньше людям было известно сложение, а уже затем умножение. У операции сложения была проблема, связанная, например, с определением площадей. Необходимо было многократно складывать одинаковые слагаемые. Переизобрести с учащимися операцию умножения можно, применяя к сложению закон развертывания-свертывания (в части свертывания) и принцип объединения. Многократные операции сложения одинаковых слагаемых можно объединить, свернуть в операции умножения.
Пример 10. Когда-то людям были известны только целые числа. Но их оказывалось недостаточно, когда было необходимо измерять доли каких-либо объектов. В результате стихийного применения принципа дробления люди создали идею дробей. Развитие дробных чисел можно рассматривать и дальше. Первые дроби у древних (унция и т. п.) были очень неудобны, особенно при арифметических операциях. Проблема была решена с использованием для записи дробных чисел их предшественников – целых чисел – стихийным применением закона перехода в бисистему. Современная простая дробь – это бисистема из числителя и знаменателя. Смешанные числа – это полисистемы из целой части, числителя и знаменателя. Проблема сложения и вычитания простых дробей с разными знаменателями была решена путем стихийного применения принципа эквипотенциальности (приведение к общему знаменателю). Все же у простых дробей правила выполнения арифметических операций, хотя и достаточно понятны, но не совсем просты, отличаются от правил операций с целыми числами. Проблема была решена стихийным применением к целым числам принципа инверсии. В десятичных дробях вес разрядов справа от запятой (по степеням 10) – отрицательный, в противоположность положительному весу разрядов слева от запятой.
|
|
|
Пример 11. Отрицательные числа получаются из положительных применением принципа инверсии.
Пример 12. Иррациональные числа получаются из рациональных применением принципа непрерывности полезного действия: числа занимают непрерывно всю числовую ось.
Пример 13. Комплексные числа получаются из вещественных применением принципа перехода в другое измерение: от числовой прямой к числовой комплексной плоскости.
Пример 14. Переменные получаются из постоянных применением принципа динамичности.
Пример 15. Функции одной переменной получаются из одиночных переменных по закону перехода в бисистему.
Пример 16. Функции нескольких переменных получаются из одиночных переменных по закону перехода в полисистему.
Пример 17. Создание Ньютоном и Лейбницем интегрального исчисления – классический пример перехода на микроуровень.
Таким образом, можно аналогично рассуждать в отношении других математических объектов, используя метод переизобретения знаний. Использовать данный метод можно на факультативных занятиях. Учащаемся наглядно показывается, как их уровень знакомства с математикой соответствует общим законам развития систем.
|
|
|
|
|
|
