Содержание к диссертации
Введение
І. Исследовательские умения и их место среди общеучебных умений 9
1.1. Классификации учебных умений 9
1.2. Умения исследовательской деятельности 17
1.3. Формирование интеллектуальных и исследовательских умений 21
1.4. Критерии сформированности исследовательских умений 25
II. Обзор представления в программах и учебниках содержания сведений по аналитической химии и о закономерностях протекания химических реакций 33
2.1. Обзор содержания сведений по аналитической химии в программах и учебниках 33
2.2. Представление знаний о закономерностях протекания-химических реакций (кинетика и равновесие) в существующих программах 51
III. Концепция предлагаемой системы лабораторно-пракгических занятий 54
3.1. Обоснование и описание программы 83
IV. Ход экспериментального обучения и его результаты 98
4.1. Констатирующее исследование 98
4.2. Формирующий эксперимент 100
4.3. Результаты экспериментального обучения 115
V. Заключение 133
VI. Использованная литература 135
VII. Приложения 150
- Классификации учебных умений
- Обзор содержания сведений по аналитической химии в программах и учебниках
- Обоснование и описание программы
Введение к работе
В настоящее время меняется структура образования в высшей и средней школе. Как следствие формируется множество школ и классов с разным уровнем обучения, в том числе школы и классы естественнонаучного профиля. Цель этих учебных заведений — не только предоставить возможность учащимся получить качественное образование в области естественных наук и подготовить их к обучению в высшей школе. Главная задача обучения — развитие мышления [119, 142]. Особенно это важно для учебных заведений подобного типа, поэтому их цель — дать возможность учащимся получить исследовательские навыки и умения и развить у них интерес к научно-исследовательской деятельности.
Развитие исследовательских умений и интереса к научно-исследовательской деятельности возможно, на наш взгляд, в ходе практикума, построение и содержание которого было бы нацелено на решение этой задачи. Таким может стать практикум с опорой на курсы качественного и количественного анализа. Разработка содержания и методов преподавания аналитической химии велась в 60-е годы [70, 83], но в последующие годы этим курсам не уделялось должного внимания. В то же время изучение основ аналитической химии может обеспечить «поддержку» курса неорганической химии, дополнительную мотивацию изучения химии, а в последующем на материале аналитической химии могут базироваться мини-исследовательс-кйе работы (например, по изучению закономерностей протекания химических реакций) или ученические работы, связанные с экологическим мониторингом. Необходимо также отметить, что в высшей школе качественный анализ утрачивает свое значение и изымается из программ, например Программы государственных университетов для обучения по специальности «Химия» [97] не предусматривают обучения качественному анализу, поэтому нет опасности дублирования материала.
5 Одна из особенностей школьных программ углубленного обучения химии — более глубокое рассмотрение вопросов кинетики и равновесия, но это рассмотрение только теоретическое (или с привлечением демонстрационного эксперимента). Эти программы, за редким исключением (см. стр. 40-42), также как и программы общеобразовательной школы, не содержат количественных работ, а ведь «...количественные экспериментальные задачи воспитывают аккуратность, критический подход к делу, вырабатывают навыки тонкой количественной оценки результатов эксперимента и существенно изменяют характер познавательной деятельности» [39]. Введение в практикум количественных работ по темам закономерности протекания химических реакций (кинетика и равновесие) способствовало бы лучшему усвоению данной темы.
Несмотря на высокую разработанность вопроса о возрастных особенностях обучения [20, 65, 84] при разработке программ и методов обучения в школах (классах) с углубленным изучением химии вопрос о соответствии методов обучения возрастным особенностям учащихся никогда не поднимался. Особенно это верно для практических занятий, где, как правило, курс копирует соответствующий курс высшего учебного заведения. В настоящее время практически не разработана система лабораторно-прак-тических занятий для учебных заведений с углубленным изучением химии.
Нараду с этим следует отметить возрастающую роль исследовательского подхода в обучении химии. Так, выполнение учащимися исследовательских работ рассматривается как перспективный метод обучения химии в работах [59, 149, 151, 158, 159].
В связи с вышесказанным актуальна разработка системы лабораторно-практических занятий с опорой на курсы качественного и количественного анализа и привлечением вопросов кинетики и равновесия, который бы
6 обеспечивал усвоение знаний на уровне не ниже, чем традиционный курс и позволял развивать исследовательские умения. Цель исследования
Построение системы лабораторно-практических работ, опирающейся на курсы качественного и количественного анализа, способствующей развитию исследовательских умений у учащихся, углубленно изучающих химию.
Объект исследования — содержание и организация лабораторно-практических занятий по химии в школах с углубленным изучением предмета.
Предмет исследования — методика использования лабораторно-практических занятий по химии для формирования и развития исследовательских умений.
Гипотеза исследования
Осознанное формирование исследовательских умений у учащихся средних школ возможно в условиях лабораторного практикума, ядром которого являются курсы качественного и количественного анализа, а завершением выступают проблемные и мини-исследовательские работы, включающие все компоненты научно-исследовательской деятельности.
Цель и гипотеза обусловили следующие задачи исследования: 1. Проведение констатирующего исследования с целью выявления состояния преподавания аналитической химии в школах и классах с углубленным изучение химии. 2., Разработка концепции построения системы лабораторно-практических занятий для формирования исследовательских умений.
Отбор содержания для реализации концепции, разработка методических пособий и руководств.
Разработка модели мини-исследовательских работ как дидактического эквивалента научного исследования.
Проверка эффективности предлагаемого курса
7 Цели и задачи обусловили использование методов педагогического исследования, обоснованных в работах [6, 43, 94, 112]: анализ химической, дидактической и методической литературы и литературы по педагогике и психологии, анализ структуры курса химии и построение граф-схем, констатирующее исследование, наблюдение учебного процесса, педагогический эксперимент с последующим качественным и количественным анализом полученных результатов и др.
Научная новизна и теоретическая значимость работы определяется разработкой методической системы лабораторно-практических занятий, системообразующим фактором которой являются курсы качественного и количественного анализа. Химический анализ выступает как метод науки, лежащий в основе формирования исследовательских умений.
Разработаны проблемные и мини-исследовательских задания по теме "Закономерности протекания химических реакций", формирующие исследовательские умения.
Практическая значимость работы заключается в том, что на основе вышеназванной системы создан комплект учебных и методических разработок, который может быть использован в практике обучения в учебных заведениях с углубленным изучением химии. Принципы построения мини-исследовательских задач могут быть использованы в практике преподавания других естественнонаучных дисциплин.
На защиту выносятся следующие положения:
Для успешного формирования исследовательских умений учащихся может быть использована система лабораторно-практических занятий, основанная на курсах качественного и количественного анализа и включающая в себя проблемные и мини-исследовательские работы.
Принципы формирования мини-исследовательских работ, а именно:
8 включение в исследовательскую работу учащихся умений, соответствующих всем компонентам научно-исследовательской деятельности и максимально возможная самостоятельность учащихся
3. Построение курса качественного анализа неорганических объектов не по аналитическим группам, а по типам применяемых реакции способствует как лучшему усвоению учащимися химических знаний, так и формированию исследовательских умений.
План исследования:
1 этап Анализ психолого-педагогической и дидактической литературы с
целью выяснения сущности и структуры исследовательских умений. Анализ содержания в программах и учебниках сведений по аналитической химии и о закономерностях протекания химических реакций
2 этап Констатирующий эксперимент с целью выяснения состояния
преподавания аналитической химии.
3 этап Выработка концепции построения системы лабораторно-
практических занятий по химии, позволяющих формировать исследовательские умения. В соответствие с концепцией определение критериев отбора содержания для лабораторно-практических занятий по химии. Отбор содержания, методов преподавания, разработка методических пособий курсов, входящих в систему лабораторно-практических занятий по химии. Отработка отдельных курсов и методических пособий.
4 .этап Разработка методов оценки знаний учащихся и уровня сформиро-
ванности исследовательских умений. Разработка контрольных работ тестового типа.
5 этап Педагогический эксперимент по проведению лабораторно-прак-
тических занятий по химии, позволяющих формировать исследовательские умения. Оценка сформированное исследовательских умений учащихся.
Классификации учебных умений
Согласно Е.А. Милерян [81] «Умение — основанная на знаниях и навыках способность человека успешно достигать сознательно поставленной цели деятельности в изменяющихся условиях ее протекания».
В дидактической и психологической литературе нет общепринятой классификации умений , достаточно полно представляющей учебную деятельность.
"В методической литературе принято нижеследующее разграничение понятий «умение» и «навык». Умением называют:
1) способность выполнить определенные действия, но не достигшую устойчивости (т.е. некоторая ступень в образовании навыка);
2) «соединение нескольких навыков в их гармоничном слиянии со знаниями» [86, с. "167], при этом отмечается, что эти «умения образуются на основе уже приобретенных навыков»[89, с. 102].
В данной работе под «умениями» мы будем понимать умения высокого порядка, включающие в себя определенные навыки.
Умения классифицируются по самым различным признакам: по направленности на предметные компоненты содержания образования (понятия, законы, теории), по направленности на источники обучения (учебные тексты, таблицы, схемы и др.). Этот путь классификации умений прежде всего характерен для методик обучения различным школьным предметам, поскольку наиболее полно отвечает потребностям этих педагогических дисциплин. [125]
Психологи и дидакты выделяют умения, соотносимые с видом деятельности, который усваивает учащийся — теоретической и практической, и с характером психического процесса, доминирующего в ходе учебной деятельности (памяти, восприятия, мышления и т.д.). Предлагается также систематизировать умения по нарастанию сложности деятельности, которой обучаются школьники.
Н.А. Менчинская [76] выделяет три категории умений, которые должны вырабатываться у школьника в процессе учебной деятельности:
1. Общие умения самостоятельной учебной работы, которые сохраняют свое значение в любой учебной деятельности (умения планировать, организации и самоконтроля, умения работать с книгой и д.р.),
2. Умение организовать собственную психическую деятельность (целенаправленное восприятие, рациональное запоминание, эффективное мышление и д.р.),
"3. Конкретные, частные умения, отражающие специфику отдельного учебного предмета (умения оперировать буквенными символами, решать арифметические задачи ... и т.д.). Очень важная группа умений — интеллектуальные умения могут не выделяться в самостоятельную группу, а входить в состав одной из групп умений.
Интеллектуальные умения входят в состав второй группы умений классификации Н.А. Менчинской как умения, позволяющие школьникам управлять своими мыслительными процессами и определяются как умения пользоваться приемами мышления.
Т.И. Шамова [139] вычленяет интеллектуальные, общие и специальные умения. К интеллектуальным умениям она относит прежде всего овладение мыслительными операциями. В группу общих умений включены умения планировать предстоящую работу, рационально ее организовывать, осуществлять самоконтроль и работать в определенном темпе. Специальные умения выделяются по направленности деятельности на содержание учебного предмета.. Все виды умений рассматриваются Т.И. Шамовой рядо-положенно, как независимые друг от друга.
В работе Н.А. Лошкаревой [71] прослеживается эволюция взглядов автора на классификации учебных умений от классификаций, включающих наряду с общеучебными и общелогическими библиотечно-библиографи-ческие и даже умения письма и письменной речи к нижеследующей классификации. Выделяются четыре группы общеучебных умений и навыков: учебно-организационные, учебно-интеллектуальные, учебно-коммуникативные, учебно-информационные,
В разработанных НИИ Педагогики УССР Методических рекомендациях о формировании общеучебных умений и самостоятельного мышления учащихся [79] выделены 4 группы общеучебных умений: организационные, интеллектуальные, информационные и коммуниктивные.
Обзор содержания сведений по аналитической химии в программах и учебниках
Обзор содержания сведений по аналитической химии в программах и учебниках общеобразовательной школы
Проанализировав программы курсов неорганической химии для средней общеобразовательной школы [21, 99], можно констатировать, что все или подавляющее большинство программ включает в себя:
1. Понятие об индикаторах;
2. Молярная концентрация, приготовление растворов заданной концентрации (молярной);
3. Качественные реакции на катионы (железо, аммоний);
4. Качественные реакции на анионы (карбонат, хлорид, сульфат);
5. Понятие амфотерности.
В то же время в рассмотренных программах полученные знания о качественных реакциях не обобщены и, за редким исключением, не используются в дальнейшем курсе (замыкаются в данной теме). Качественные реакции, естественно, привязаны к изучению элемента и его соединений. Пожалуй, единственный пример комплексного подхода — лабораторная работа по распознаванию минеральных удобрений. Однако обобщающие практикумы, разрабатываемые передовыми учителями [28], основываются на практических работах, требующих от учащихся знания качественных реакций.
Приобретение навыков количественного анализа в программах общеобразовательной школы не предусматривается. Навыки количественной работы представлены работой по приготовлению растворов заданной концентрации.
Современные учебники (1994-1997 гг.) для средней общеобразовательной школы в целом, продолжают эту традицию. Так, например, учебник коллектива Гузей Л.С, Сорокин В.В.. Суровцева Р.П. {23, 24], стремясь быть одним из самых современных по подходам и представленному материалу, включает кроме всех вышеперечисленных элементов, изз чение кальция и качественных реакций на него, рассмотрение фосфорных удобрений (в какой-то мере, это качественные реакции на фосфат-ион). В практических работах, кроме того, присутствуют реакции окрашивания пламени, качественная реакция на ион аммония и реакции железа (II) и (III) с соответствующими гексацианоферратами.
Учебник Фельдмана Ф.Г., Рудзитиса Г.Е. [108, 133], используемый большинством российских школ, также включает все вышеперечисленные элементы. Но это рассмотрение, в основном, фактологическое. Так, например, рассматривая индикаторы лакмус, фенолфталеин, метиловый оранжевый, не затрагивается принцип действия индикатора.
О снижении внимания к качественному анализу в средней школе говорит и тот факт, что Программа по аналитической химии для педагогических университетов по специальности «Химия» не рассматривает качественный анализ. «Предполагается, что с элементами качественного анализа студенты знакомятся в курсе неорганической химии» [100-104].
В то же время, например, программами школ США общеобразовательного уровня в курсе химии рассматриваются элементы качественного анализа, предусматривается изучение понятия рН, обсуждение рН некоторых продуктов, крови, рН шампуня и косметики, проблемы кислотных дождей [136, 152]. Следует отметить, что, в отличие от российских программ, в учебниках для английских школ, например [145] особое внимание обращается не на химические основы качественного анализа, а на «операционную» часть, то есть в учебнике описывается алгоритм анализа без приведения лежащих в его основе реакций.
В пособии Американского химического общества [136] рассматриваются качественные реакции на ионы Fe34. Са2+. СК S042 с указанием соответствующих реакций. Анализ проводится на природном объекте с использованием стандартного и «холостого» образца. Сделана попытка объяснить границу применимости реакций (т.е. ПрО), причем соответствующее пособие для учителей [137] рекомендует продемонстрировать и обсудить зависимость окраски раствора от концентрации окрашенного вещества. Обсуждаются также вопросы мешающего влияния других ионов.
В пособии [145] в качестве примера количественного анализа приводится методика кислотно-основного титрования с подробным описанием процедуры и с (излишне) подробными примерами расчетов.
Обоснование и описание программы
Еще Л.М. Сморгонский в 1935 г [П4] определил цель преподавания качественного анализа в средней школе, в отличие от ВУЗа: познакомить на нескольких примерах учащихся с общими методами анализа и не только ради расширения их кругозора, а, главным образом, из-за возможности повторить, углубить и лучше осмыслить материал из курса общей и неорганической химии в процессе применения знаний для решения конкретных задач. «В результате, правильно поставленное изучение анализа приводит к развитию так называемого химического мышления». То, что даже небольшой вводный курс качественного анализа способствует лучшему изучению общей и неорганической химии было показано R. Sliamai и R. Stavy [156], причем отмечается, что это связано с необходимостью конкретных понятий для формирования абстрактных концепций и не зависит от степени сформированности у студентов «формального» (абстрактного) мышления.
Как показал анализ психолого-педагогический литературы [20, 65, 84] особенностью психологического восприятия подростков возраста 14-15 лет является переход от этапа «накопления фактов» к этапу «систематизации фактов». «Мышление подростка характеризуется стремлением к широким обобщениям» [84, стр. 118]. «Подростки могут формулировать гипотезы, рассуждать предположительно, исследовать и сравнивать между собой различные альтернативы при решении одних и тех же задач» [84, стр. 118]. По возможности избегая готовых схем, и давая учащимся возможность самостоятельной работы по обобщению полученных из литературы и самостоятельной практической деятельности фактов, данный курс мы строили в соответствии с психологическими особенностями восприятия учащихся данного возраста.
Мы полностью согласны с мыслью Р.С. Немова, что «... в средних и старших классах школы учащиеся не должны механически учить и повторять застывшие определения научных понятий. Скорее следует добиваться того, чтобы сами учащиеся находили и давали определения этих понятий. Это несомненно ускорит пронесе развития понятийной структуры мышления у старшеклассников» [82, стр. 303] и попытались воплотить это средствами химического эксперимента, в том числе и практикума по аналитической химии.
Противоположный подход к обучению основам аналитической химии представлен в пособии Г. К. Будникова и А.Т. Гройсберга [17] — качественный анализ дан в виде алгоритмических предписаний по анализу каждой группы. Этот подход треоует от студента не осознания логики хода систематического анализа, а механического запоминания алгоритмических предписаний. При этом «студент должен сознательно выбирать реакции для идентификации...», «должен четко запомнить реактивы, которые используются в каждом конкретном случае» [17].
Предлагаемый нами курс качественного анализа неорганических веществ имеет своей основной целью «поддержку» курса общей и неорганической химии 9 (и 10) класса. Это выражается в том, что мы видим качественный анализ составной частью курса общей и неорганической химии, причем речь идет о том, что «преподавание качественного анализа — средство обучения неорганической химии» [61], а не о чисто механическом включении раздела аналитической химии в учебник по неорганической химии, как это сделано, например в «Анорганикуме» [4]. Использование качественного анализа как метода обучения общей и неорганической химии используется в высшей школе. Например изучение реакций 1-2 катионов по отношению к реагентам (NaOH, Na2C03, (NH CC Na2S, (NH4)2S, H2S, HC1, К2Сг204, NH4OH) с дальнейшим групповым составлением сводной таблицы [34, стр. 253-254] или вводный курс качественного анализа перед изучением курса обшей химии [156].
