Первая и вторая сигнальные системы

Еще в школе, на уроках физиологии все мы учили, что у человека существуют две сигнальные системы. Первая сигнальная система – это восприятие мира на уровне конкретных чувств. То есть то, что мы видим, слышим, осязаем. Вторая сигнальная система – это восприятие мира на понятийном уровне. То есть на языковом, на словесном. Естественно, если человек нормальный, без психических нарушений, эти системы работают совместно, взаимодействуя друг с другом.

А как мы учим? Мы же сообщаем информацию на словесно-знаковом уровне! Слова, формулы на доске. Иногда – тщедушный эксперимент со всеми нарушениями правил восприятия информации. А чего удивляться? Мы же этих правил не знаем! Оказывается, наше сознание, встречаясь в повседневной жизни и практической деятельности с различными физическими объектами, явлениями и связями между ними, создает мысленный образ, воспроизводящий исследуемый объект в идеальной форме, учитывающий лишь его основные признаки. Основные признаки! Контуры! Это эволюционно сложилось и оправдано с точки зрения выживаемости.

Например, идете Вы вечером по улице и навстречу из-за угла выворачивает мордоворот. Вы порой, даже не успевая осознать это, по внешнему признаку (мы говорим, позе), интуитивно чувствуете опасность. Здесь некогда в деталях разглядывать, какие пуговицы у него были на пиджаке или была ли у него бородавка (кстати, именно поэтому потерпевшие часто могут дать только очень приблизительное описание нападавшего). Тут спасаться надо. Или самому в наступление идти. Одно из двух.

Эволюция сделала нас такими: сначала мы видим только основное. Ну а теперь представьте себе экспериментальную установку на демонстрационном столе. Какие основные признаки увидят ученики? Куча намотанных проводов, какие-то штуковины стоят, и синусоиду плохо видно, как на том уроке, что я описывал. А детали? А порой в деталях-то и кроется весь смысл того, что мы желаем показать и тем самым подтвердить наше словесное изложение материала. Но даже этого мы не делаем или делаем редко. В основном, мы у доски речи произносим…

Исследования, проведенные в лаборатории физиологии зрения Института физиологии им. И.П. Павлова АН СССР под руководством профессора В.Д. Глезера, а также многих других лабораторий мира, показали, что формирование зрительных образов в левом и правом полушариях мозга происходит по-разному.

В левом полушарии находятся механизмы зрительного абстрагирования, являющегося основой для абстрагировния словесного.

Левое полушарие, воспринимая зрительные образы, выделяет из них основные, простые признаки (форму, размеры, текстуру и так далее), лишенные второстепенных. Затем простые признаки преобразуются в сложные, и в левой нижневисочной коре, связанной с речью, формируется зрительная абстракция предмета, которую каждый из нас легко изобразит на рисунке. Этот рисунок ничем не отличается от детского, ибо при развитии речи элементарная зрительная абстракция и обозначающее ее слово возникли в сознании ребенка одновременно.

Попробуйте убедиться в этом сами, для чего возьмите листок бумаги и нарисуйте что-нибудь. Например, солнышко, домик, морковку. Сделали? Ручаюсь, рисунки у Вас получились детсадовские. Кругленькое солнышко с лучиками; квадратный домик под треугольной крышей с трубой, с окошком и крылечком; конусообразная с черточками морковка с хвостиком в основании. Ну, может быть, есть какие-то незначительные вариации. Почему у всех взрослых людей, а просьба сделать такие рисунки звучала во многих, больших и малых, аудиториях, результат получается один и тот же? Потому что Вы рисуете то, что «видит» вторая сигнальная система. Основные признаки. Их-то Вы и рисуете. Первая сигнальная система видит дом реальный. Иногда во сне выплывают эти образы. Если у Вас хорошо развито образное мышление, Вы можете представить реальные образы этого дома и морковки во всех тонкостях. А на рисунках – то, что «видит» левое полушарие, то, что хранится в сознании.

Оно, наше сознание, видит так все. В том числе, и экспериментальные приборы, которые мы показываем. Вот Вам и «зарисуйте схему эксперимента». Результат-то у всех учеников одинаковый получился! Прямоугольники (приборы) соединены линиями (проводами). И две как попало расположенные кривульки – это то, что они увидели на экране осциллографа, то, ради чего, собственно, и ставился эксперимент.

Хорошо, а теперь попробуйте описать морковку словами. Дать, так сказать, ее словесный портрет. Мы провели такой эксперимент с сотрудниками одного из вузов г. Томска (большущее им спасибо, что они потратили на нас время и серьезно отнеслись к нашей просьбе) и можем представить Вам наиболее типичные ответы.

Татьяна. Морковка продолговатой формы, заостренная на том конце, который уходит корешками в землю. Немного утолщенная там, где у нее растет ботва. Оранжевого цвета.

Евгений. Морковка – овощ, который растет в земле. Корнеплод. Съедобный у него корень. Конусообразный продукт оранжевого цвета. Сладкая. Корейцы очень вкусно из морковки делают салат. На ощупь твердая.

Сергей. Морковка – овощ, который имеет вид конуса: толстый с одной стороны и тонкий с другой. Цвет – оранжевый. Там, где толстый конец – отростки из ботвы. Твердая на ощупь, с шероховатостями и отростками.

Тимофей. Морковка – съедобное растение, овощ. Садится семенами, растет в земле. Кушается корешок, а не вершок. Есть ботва и корнеплод. Корнеплод похож на конус длинного вида. Впрочем, это от почвы зависит и от сорта. Есть длинные, есть короткие. Красный или оранжевый цвет. Очень полезна, много витаминов. Перед тем как есть, ее надо мыть или чистить.

Анна. Морковка – овощ, удлиненный, оранжевого цвета с зелеными перышками.

Борис. Морковка – съедобный продолговатый красно-оранжевый предмет, который растет в земле и предназначен для поедания людьми или животными.

И какой же из этого следует вывод? Во-первых, все испытывают затруднения в даче словесного портрета этой морковки. Это чувствуется по интонации, когда слушаешь запись. Во-вторых, все уходят в сторону от описания портрета. Говорят про сорта, что в земле растет, сладкая, овощ. А к конкретному портрету относятся два-три слова: оранжевая, продолговатая. Некоторые еще про хвостики добавляют. То есть дать словесный портрет такой, чтобы человек, никогда не видевший морковку, мог бы ее себе представить, никто не может. Но ведь мы же ее видели! Среди всех овощей в один миг определим, что это морковка, даже если сорт разный. Все равно узнаем.

Почему человек не может дать словесный портрет? По причине особенностей восприятия информации разными полушариями нашего мозга.

Левое полушарие воспринимает зрительный образ расчлененно, аналитически, правое – конкретно, сразу во всех подробностях. Оно лучше справляется с задачей по определению различий между предъявляемыми предметами, лучше оценивает пространственное расположение деталей, фрагментов воспринимаемой картинки, главенствует в опознании зрительных образов, которые невозможно подвергнуть словесному описанию.

Правое полушарие отвечает за определенные навыки в обращении с пространственными сигналами, за структурно-пространственные преобразования, обеспечивает конкретно-образное мышление, в том числе интуитивное. Левое полушарие обеспечивает абстрактное мышление, являющееся высшей формой логического.

Воспринимая зрительные образы по-разному, оба полушария осуществляют взаимодополняющее «сотрудничество», в результате которого в нашем сознании формируется мысленный, абстрактный, субъективный образ. Разные названия подчеркивают существенные особенности этого образа. Иными словами, этот образ появится лишь после обмена необходимой информацией между полушариями.

Исследования Э.А. Костандова (1983 г.) показали, что правое полушарие намного быстрее, чем левое, перерабатывает любую поступающую информацию. К примеру, зрительно-пространственный анализ стимулов, привлекших наше внимание, из правого полушария передается в левое (в моторный центр речи), где происходит окончательный, высший семантический анализ и осознание раздражений. То есть результаты образного мышления анализируются умом левого полушария и затем оформляется в речь.

Мы часто мыслим зрительными ситуациями, лишь впоследствии оформляя их в слово. Причем перевод с «языка» образов на чуждый им язык осознания даже в оптимальном случае не бывает исчерпывающим.

Если Вы взглянете на мой стол, то мгновенно увидите все: книги на столе, подставку для карандашей, трубку, пепельницу, бумаги. И все это – в мельчайших подробностях и цветовых оттенках. А теперь попытайтесь то, что за доли секунды воспринял мозг – первая сигнальная система – перевести на язык слов. Это невозможно! Ибо то, что Вы видите --- результат действия правого полушария, а оно немое и выразить словесно реальный образ предмета не может. Дать словесный портрет может левое полушарие, но в его сознании хранится абстрактный образ, и нет реального. Соответствующим становится и наше описание предмета, причем у всех оно будет разным, ибо зависит от жизненного опыта человека, его образования и других социальных факторов.

Возможен и обратный процесс, когда абстрактный образ, извлеченный из нашей памяти обозначающим словом, оказывается сразу же представленным в правом полушарии с помощью хранящихся в его памяти подобразов и пространственных отношений в виде образа, который мы способны вообразить себе зрительно. Такое воображение называют репродуктивным. Естественно, репродукция отличается от подлинника, автором которого является природа.

Левое полушарие способно оперировать извлеченными из памяти основными признаками зрительных абстракций, вызывая ответные процессы в правом полушарии, в результате которых в нашем воображении возникают фантастические образы, реально несуществующие. В этом случае говорят о творческом воображении. Воображение – важнейшая часть творческого процесса – играет огромную роль в преобразовании объективного мира человеком. Без них мы не можем превратить наши мысли в реальность.

Когда мы имеем дело с материальными объектами (электромагнитное поле, атом, молекула и так далее), непосредственно не воспринимаемыми нашими органами чувств, то создаем абстрактные модели, часто основанные на аналогиях, в той или иной степени отражающих свойства (признаки) объекта. Создавая предметную модель – аналог или ее рисунок, мы формируем зрительные образы в правом полушарии, без которого, как выяснилось, не могут достичь взаимопонимания даже специалисты соответствующих областей науки.

– Давайте теперь я попробую сам подытожить то, что вы сказали. Если где-то что-то не так, вы меня поправите.

Итак, исследования нейрофизиологов показывают, что правый мозг воспринимает зрительную информацию такой, какая она есть (некоторые ошибки связаны с возможностями наших органов чувств), и запечатлевает в своей памяти более или менее реальный образ. А вот левый мозг видит все иначе. Из всех образов он выделяет только основные признаки, лишенные деталей. Вот они, основные признаки: длинная, продолговатая, оранжевая. И эти основные признаки затем переводятся на язык слов. Из них (признаков) формируется так называемый абстрактный образ, который является основой речи, словесного выражения, абстрагирования на языке слов. Значит, в правом полушарии – близкий к реальному образ, а в левом – абстрактный образ, являющийся основой для языкового абстрагирования, для введения словесных описаний. Сам он скудный, состоит из основных признаков, и наше словесное описание тоже становится таким же. Даже в простых условиях нашего опыта, мы и то испытываем затруднения. Сие означает, что перевод с языка образов на язык слов для нас чрезвычайно труден, потому что язык образов чужд для словесного языка. Отсюда – большие затруднения в описании чего-либо.

Постойте, а как же тогда писатели, поэты?

Если появляется человек, который способен несколькими словами вызвать из памяти правого полушария какие-то картины, то это великий писатель, вроде Гоголя, который в нескольких словах умел описать красоту украинской природы. Он не описывает ее словами! Он вызывает при помощи этих слов сначала признаки в левом полушарии, они передаются в правое, оттуда извлекаются подобразы, возникают пространственные отношения, соответствующие этому признаку, и у нас в воображении появляется описываемая картина.

– А что происходит, когда человек слышит незнакомое слово? Что возникает в воображении ученика, когда он впервые слышит название предмета, который никогда не видел?

В таком случае при необходимости его левое полушарие пытается извлечь из памяти признаки предмета, ориентируясь только на мелодику звуков и звукосочетаний.

Пожалуйста, еще один экспериментальный опрос. Я попросил студентов изобразить оптрон. Никто из них, естественно, еще не знал, что это – оптоэлектронная пара, полупроводниковый элемент, похожий на транзистор, только не с 3-мя, а с 4-мя или 6-ю выходами. Вот здесь рисунки были очень разные. В зависимости от жизненного опыта «подопытных», у них возникли совершенно различные ассоциации, ничего общего с истиной не имеющие. Один парень вообще ящик нарисовал и показал стрелкой, что оптрон – внутри.

Смотрите, что получается. Мы говорили об одном и том же – об оптроне. Но у меня в голове – один образ, у них – другой, совершенно другой! Конечно, если я им словами попробую объяснить, что такое оптрон, ситуация изменится. Но непринципиально. Их картинки станут напоминать по основным признакам мою, но не более. Но если покажу оптрон, студенты смогут его правильно нарисовать. Но это предмет! А как я буду объяснять, как он работает? Ситуация с <<неузнаванием>> повторится в точности!

Да еще учтите огрехи восприятия. Не зря же говорят: мысль изреченная есть ложь. А мысль воспринятая – ложь вдвойне. Мы исковеркали реальный образ, превратив его в абстрактный, и выложили последний перед студентами во всей его скудости и однобокости. Те восприняли его своим левым полушарием, сформировали каждый свои основные признаки и на их основании пытаются построить реальную картину. Вот будет ли Ваше представление реального процесса совпадать с их представлением? Конечно, нет! Этакий совершенно испорченный телефон получается!

Как же познают мир наши ученики, если их сознание встречается не с реальными физическими объектами и явлениями, а чаще с соответствующими им мысленными образами самого учителя или автора учебника? Какие образы формируются в этом случае в их сознании и как они связаны с реальными? Может ли ученик мысленную конструкцию или теоретическую схему воплотить в доступной для него форме в реальный объект или процесс? Ответы учеников в общепринятой форме на уроках мало о чем говорят. Чаще всего они являются показателем развитости механической памяти, которая, как дымовая завеса, скрывает действительное содержание сознания ученика.

Для решения этих вопросов одним из авторов был проведен эксперимент. Следует отметить, что при этом использовался хорошо оборудованный физический кабинет, где имелись все необходимые технические средства обучения. Программный материал был полностью обеспечен демонстрационным и экспериментальным оборудованием, необходимым для формирования образов изучаемых физических процессов и объектов. В течение четырех лет, когда изучаемый материал был наиболее удобен для проведения эксперимента, одним и тем же учащимся давались задания с целью выяснить следующее:

1) какие образы формировались в их сознании при изучении соответствующего материала;

2) как сформированность образов влияла на ответы учеников, на их речь;

3) могли ли ученики самостоятельно выделить основные признаки наблюдаемого процесса и установить связь между ними;

4) могли ли описать эти связи на языке математики, то есть создать математическую модель процесса;

5) могли ли по математической модели воспроизвести реальный процесс;

6) как изменяется мысленный образ, сформированный на первом этапе обучения при более углубленном изучении на втором этапе.

Исходя из того, что информация кодируется дважды: в виде образов и их словесных аналогов, ученикам предлагалось выполнить три вида заданий:

1. Изобразить на рисунках, как они мысленно представляют тот или иной изученный процесс, физический объект. Например, процесс диффузии, электрический ток в проводниках и так далее.

2. Дать объяснение тем процессам, мысленные образы которых были представлены ими на рисунках.

3. По уравнению, представляющему математическую модель процесса, воспроизвести сам процесс. Например, согласно уравнению гармонического колебания с заданными амплитудой, частотой и начальной фазой воспроизвести реальное движение маятника. Предлагались и обратные задачи – представить математическую модель наблюдаемого процесса.

Эксперимент показал, что:

1. У большей части учеников мысленные образы в той или иной степени искажены по сравнению с реальными образами или предложенными моделями явлений. Примерно у 5% учеников образы отсутствовали. От 5% до 20% учеников, в основном, девочки могли воспроизвести мысленные образы на рисунках, соответствующие реальным или близкие к реальным по большинству изучаемых явлений и объектов.

2. Четко просматривалась зависимость между сформированностью мысленного образа и речевым образом. Чем совершеннее мысленный образ, тем достовернее речевой.

3. Язык математики, в основном, использовался формально, без связи с образами. Показать реальное движение, к примеру, нитяного маятника, на основе математического уравнения, описывающего это движение с конкретно заданными параметрами, могли единицы (только мальчики). Существенные затруднения у учеников возникали и тогда, когда им предлагалось перевести на язык математики наблюдаемый реальный процесс. Они с переменным успехом решали задачи по тексту упражнения и не могли решить задачу, связанную с наблюдаемым реальным событием. Такие же результаты были получены, когда эти задачи были даны студентам старших курсов физико-математического факультета педагогического института.

4. Мысленные образы, сформулированные на первом этапе обучения в дальнейшем почти не изменились.

И получается, что мы с самодовольным видом во всем разбирающихся людей, хорошо знающих свой предмет, выходим и начинаем учить студентов, не подозревая, что у них в голове формируется бог знает что. Ведь мы все объяснение тех или иных процессов строим на словах. Устная и письменная речь, конечно, дала человеку возможность накапливать, совершенствовать и передавать опыт последующим поколениям. Вспомним, однако, предупреждение И.П. Павлова, что пользование языком и словесным мышлением таит в себе известную опасность отрыва мысли от действительности. «Речь, – подчеркивал он, – не может сама по себе обеспечить познание действительности, ибо слова являются только вторыми сигналами. Утратив связь с реальными предметами и явлениями, обозначающие их слова перестают быть сигналами действительности, теряют свое познавательное значение». «…человек будет пользоваться второй сигнальной системой эффективно только до тех пор, пока она постоянно и правильно соотносится с первой сигнальной системой».

Хорошо, что есть математика, которая может частично эту проблему решить. Но что касается языка математики, то он формируется в школе, в основном, без опоры на зрительные образы, в отрыве от реальных процессов и явлений. Выражает сущность явлений без явлений. Возможно, по этому поводу английский математик Г. Харди сказал, что математик – это тот, кто не только не знает, о чем говорит, но и не интересуется этим. Во всяком случае, математические познания наших учеников подтверждают эту мысль.

Между тем, язык математики – это язык абстрактных образов. Перевод на этот язык изучаемого физического процесса завершает формирование смысловой логической связи между его основными признаками, делая эту связь контрастной, предельно лаконичной, формализованной, освобожденной от второстепенных признаков. При механическом бездумном заучивании у учащихся теряется всякая связь между математической моделью процесса и его реальным содержанием. Они порой даже не подозревают, что данное уравнение описывает реальные события. Язык математики становится для них мертвым языком.

Математическая модель какого-либо процесса будет наполнена реальным содержанием только тогда, когда будет построена ими на основе непосредственных наблюдений. Опыт подтвердил необходимость использования при обучении там, где это возможно, специальных задач на построение математических моделей на основе наблюдений реальных процессов, а также задач на воспроизведение реального процесса на основе его математической модели. Только при решении таких задач язык математики для них становится живым, а знания – глубоко осмысленными.

По мере формирования глубоко осмысленных знаний и зрительного опыта, связанного с изучаемым предметом, у учеников появляется способность к построению предметно-образных или образно-символических моделей в своем воображении и созданию на их основе или реального устройства, или его математической модели, то есть формируются творческие способности.