Топологическая подструктура обеспечивает замкнутость, компактность, связанность осуществляемых мышлением преобразований, непрерывность трансформаций, мысленное выращивание, выделение в представлении требуемого объекта (его образа). Порядковая дает возможность постоянного сопоставления человеком математических объектов и их элементов по таким характеристикам, как больше—меньше, ближе—дальше, часть-целое, изменение направления движения и его характера, положение, форма, конструкция предмета. Метрическая позволяет вычленять в объектах и их компонентах количественные величины и отношения (пропорции, численные значения размеров, углов, расстояний). С помощью алгебраической подструктуры человек осуществляет не только прямые и обратные операции над математическими объектами, расчленение и соединение их составляющих, по и замену нескольких операций — одной из определенной совокупности, объединение нескольких блоков предмета в один, выполнение математических преобразований в любой последовательности. Наконец, проективная подструктура обеспечивает изучение математического объекта или его изображения с определенного самостоятельно выбранного положения, проецирование с этой позиции объекта па изображение (или изображения на объект) и установление соответствия между ними.
Указанные пять подструктур в математическом мышлении человека существуют не автономно, не изолированно, они не равнозначны и не рядоположены, а пересекаются и находятся в определенной зависимости, иерархии по степени значимости и представительности в интеллекте. В соответствии с индивидуальными особенностями та или иная подструктура занимает место главной, ведущей, доминирующей. Она наиболее ярко выражена по сравнению с остальными, более-устойчива и лучше развита. Эту модель структуры мышления мы назовем "направленностью ума".
На наш взгляд, эта модель структуры мышления может оказать помощь в поиске ответов па нелегкие вопросы, связанные с дифференцированным обучением в начальной школе. Она описывает структуру мышления ребенка и предлагает ориентиры для дальнейшей работы в направлении его развития.
Знание индивидуальных доминантных подструктур мышления учащихся может оказать существенную помощь и при организации на уроке групповой работы. Если вместе объединяются дети с разными доминантными подструктурами, то сплоченной работы, единомыслия ожидать от них трудно. Такие группы целесообразно создавать в тех ситуациях, когда дети должны выработать разные точки зрения, разные подходы, разные решения. Помогает такая форма организации и тогда, когда мы хотим, чтобы сверстники помогли своему товарищу принять ИНОЙ взгляд, позицию, другое решение. Собрав в группу детей с одинаковой подструктурой мышления, можно быть уверенным, что они легко и быстро поймут друг друга и их совместная работа будет быстро продвигаться, окажется продуктивной.
Сторонники самого распространенного, четвертого подхода (Ж. Адамар, А.Я. Хинчип, С.И. Шварцбурд, А. Пуанкаре и др.) характеризуют математическое мышление как абстрактное, логическое, обладающее способностью к формализации, обобщению, пространственным представлениям и др., т.е. наделяют качествами, которые фактически определяют характеристику мышления не только в математической, по и в любой другой предметной области.
Среди характерных черт математического мышления называют абстрактность, широту, глубину, гибкость и другие качества. Так, например, Г. Хемли выделил три вида операций: классификацию, порядок и соответствие, считая, что они наиболее полно характеризуют действия с любым математическим материалом.
В исследованиях К. Дупкера в качестве условий, способствующих развитию мышления в области математических объектов, выделены широта, гибкость и способность абстрагироваться от конкретного содержания. Он отмечает: "Плохой математик не может легко осуществить преобразование потому, что мыслимое им содержание не является относительно неподвижным, жестким и поэтому с трудом поддающимся перестройке" [14. с. 231].
Н. Манер [15] также придает большое значение гибкости мышления и процессе решения задач, в том числе и математических. Он полагает, что привычный способ действия тормозит выработку правильного решения, создаст трудности в использовании различных подходов.
Особенно важным в решении задач считается способность к генерализованному пониманию ситуации, к схватыванию структурных соотношений и обобщенном виде [16]. В результате интроспективного исследования структуры математического мышления В. Хаекер и Т. Циген выделили компоненты, составляющие, по их мнению, "ядро" такого мышления [1]:
1) пространственное — понимание пространственных фигур, образов и их составляющих, память па пространственные образы, пространственные абстракции;
2) логический — образование понятий (типа "синус", "тангенс" и т.п.) и понятий абстракций; понимание, запоминание и самостоятельное выведение общих понятийных связей, заключений и доказательств по правилам формальной логики, образование числовых представлений, память на числа, числовые решения;
3) символический — понимание и запоминание символов, операции с ними.
Специфика математического мышления и его особенности отмечаются во многих работах математиков-педагогов. Так, А. Пуанкаре и Ж. Адамар, с одной стороны, отмечали специфичность мышления математика, проявляющуюся в свойственной ему "математической индукции", подсознательной творческой работе, указывая, что математическое творчество связано с общим интеллектом, творчеством вообще; с другой стороны, говорили о необходимости особого логического мышления.
Большое значение придавал роли "бессознательного мыслительного процесса" русский математик Д.Д. Мордухай-Болтовский. Он писал: "Мышление математика ...глубоко внедряется в бессознательную сферу, то всплывая па поверхность, то погружаясь в глубину ...Математик не осознает каждого шага мысли, как виртуоз — движений смычка". В качестве наиболее важных компонентов мышления он считал "сильную память" па "предмет того типа, с которым имеет дело математика" (память на идеи и мысли); "остроумие" как способность "обнимать в одном суждении" понятия из двух малосвязанных областей мысли; быстроту мысли [17].
Учитывая, что математическое мышление имеет свои черты и особенности, которые обусловлены спецификой методов обучения, Ю.М.Колягин отмечает, что математическому мышлению свойственны те качества, которые присущи научному мышлению, т.е. гибкость, активность, целенаправленность, готовность памяти к воспроизведению усвоенного, широта, глубина, критичность и самокритичность, ясность, точность, лаконичность, оригинальность, доказательность [18].
С.И. Шварцбурд, указывая на ряд компонентов, влияющих на развитие учащихся, обращает внимание на шпроту пространственных представлений; умения отличать существенное от несущественного, абстрагироваться, абсолютно мыслить; способность перейти от конкретной ситуации к математической формулировке вопроса, к схеме, сжато характеризующей существо дела; навыки дедуктивного мышления; умение анализировать, критиковать и ставить новые вопросы; владение достаточно развитой математической речью; обладание достаточным терпением при решении математических задач [19, с.33].
А.И. Маркушеничем в характеристике математического мышления выделены: умения вычленять сущность вопроса, отвлекаясь от несущественных деталей, абстрагироваться, строить такую схему явления, в которой присутствует только то, что нужно для математической трактовки вопроса, а именно: отношения порядка, принадлежности, количества и меры. пространственного расположения, умения схематизировать; выводить логические следствия из данных предпосылок; анализировать данный вопрос, вычленяя из пего частные случаи, различать, когда они исчерпывают все возможности и когда они являются лишь примерами; умение применять выводы, полученные из теоретических рассуждении, к конкретным вопросам и сопоставлять результаты с тем, что теоретически предполагается, оценивать влияние изменяющихся условий по надежности результата; умение обобщать полученные выводы и ставить новые вопросы в обобщенном виде [20, с. 3-14].
В.А. Гусев указывает следующие характерные черты математического мышления, которые формируются у подавляющего числа учащихся при изучении математики а средней школе: 1) четкость формулировки проблемы, задачи, задания; 2} понимание предлагаемого математического материала; 3) строгость изложения материала; 4) память.
Как утверждает В.А. Гусев, "понять какое-нибудь явление — это значит раскрыть в нем существенное, осознать причины его возникновения, его взаимосвязь с другими явлениями, его место в системе окружающих явлений. Можно по-разному относиться к такой трактовке, но следует уяснить одно, что акт понимания не может быть сиюминутным, он охватывает множество взаимосвязанных параметров, а поэтому критика типичного для учителей вопроса правомерна" [21].
Одним из важнейших качеств математического мышления М.В. Потоцкий считает "умение расчленять комплексы, в частности, обнажить логическую структуру рассуждения, умение отделить то, что доказано, от всего привнесенного...", а также умение "оторвавшись от проторенных путей, или иногда идя по мим, сразу заметить тот путь, который ведет от исходных предпосылок к намеченным конечным выводам" [22, с. 130]. При этом он отмечает, что математическое мышление надо развивать путем преодоления трудностей п решении целесообразно подобранных задач [22, с. 136].
А.Я. Хинчин, глубоко интересовавшийся проблемами обучения математике, к своеобразным чертам математического мышления относил следующие четыре характерных признака.