| РЕФОРМА ОБРАЗОВАЯ Школа: время реформ |
Организация
исследовательской работы учащихся
в учебном процессе по химии
Модернизация российского образования ориентирует учебно-воспитательный процесс на развитие личности учащегося, ее познавательных начал и созидательных способностей, на реализацию творческого потенциала школьника, что исключает выступление ученика в роли пассивного слушателя, поглотителя информации.
Одним из направлений обновления содержания химического образования на современном этапе является усиление методологической составляющей, предполагающей формирование представлений учащихся о методах научного познания и их месте в системе общечеловеческих и культурных ценностей.
Эта проблема может быть решена в процессе формирования исследовательских умений, в ходе которого школьники учатся выявлять проблему, анализировать теоретический вопрос, выстраивать логическую цепь рассуждений, самостоятельно проводить практическое исследование, фиксировать результаты наблюдения и формулировать выводы. Постановка цели – обучение исследовательской деятельности – предполагает решение таких задач, как формирование представлений о специфике и особенностях процесса научного познания, ступенях исследовательской деятельности и методике научного исследования.
Мы согласны с мнением Р.Г.Ивановой и А.Г.Иодко*, считающих исследовательскую деятельность учащихся совокупностью действий поискового характера, ведущих к открытию неизвестных учащимся фактов, теоретических знаний и способов деятельности. Исследовательские умения – это система интеллектуальных и практических умений, необходимых для самостоятельного выполнения исследования.
Формирование исследовательских умений учащихся при обучении химии представляет собой сложный процесс, в котором можно выделить несколько этапов.
На начальном этапе учащимся предлагается система отдельных исследовательских заданий и методика работы с ними с учетом специфики объекта исследования (содержание теоретического или практического вопроса или их сочетания), метода проведения исследования (теоретический анализ, эксперимент и т.д.), степени сложности учебного материала (привлечение знаний из одной темы или из различных разделов курса). При отборе содержания заданий мы руководствуемся следующими требованиями: возможность использования множества опорных элементов знаний и умений, простота и доступность экспериментальной проверки гипотезы, познавательная и практическая значимость полученного ответа, возможность создания проблемных ситуаций, формулировки проблем.
Как правило, при выполнении исследовательского задания мы обращаем внимание учащихся на содержание и формулировку цели деятельности, прогноз направления выполнения заданий, выбор метода исследования, проведение исследования и оценивание полученных результатов в соответствии с поставленными целями.
Например, для выполнения задания «Какие из попарно предложенных веществ будут взаимодействовать друг с другом?» школьники вспоминают о способах определения принадлежности неорганических веществ к определенному классу, характерные свойства веществ (с какими веществами вступают в реакцию вещества данного класса).
Возможно, появится необходимость в поиске информации о специфических свойствах конкретных веществ.
При выполнении задания «Предположите свойства натрия, учитывая, что свойства вещества определяются его строением» школьники свой ответ выстраивают в определенной последовательности. Сначала выясняют строение атома, типы химической связи, типы кристаллической решетки, затем предсказывают свойства, т.е. вспоминают, в какие химические реакции вступают вещества с таким именно типом химической связи и т.д.
Для ответа на задание «Определите опытным путем химический характер предложенного вещества» учащиеся анализируют физические свойства вещества, соотносят эту информацию с имеющимися знаниями. Далее высказываются предположения о возможных химических свойствах этого вещества и способах экспериментальной проверки.
На следующем этапе формирования исследовательских умений учащиеся проводят самостоятельные исследовательские работы. Организация самостоятельного исследования и управление деятельностью учащихся начинается с того, что учитель проводит логический анализ учебного материала, подлежащего изучению, и на основе этого ставит задачи, решение которых возможно с помощью проведения исследования. При этом необходимо наметить промежуточные задачи урока, уточнить соотношение деятельности учителя и учащихся, выяснить связи между различными частями урока.
В зависимости от степени самостоятельности учащихся в исследовательской деятельности мы выделяем уроки химии с элементами исследования – «Образец исследования» и «Уроки-исследования».
Уроки с элементами исследования направлены на отработку отдельных учебных приемов, составляющих исследовательскую деятельность. Содержание отрабатываемого учебного приема определяет различную методику проведения уроков. Это могут быть уроки, посвященные выбору темы или метода исследования; формированию умений определять цель исследования, работать с источниками информации, проводить эксперимент для проверки гипотезы, представлять результаты работы.
На первых уроках «Образец исследования» школьники под руководством учителя осваивают алгоритм самостоятельного проведения ученического исследования. Деятельность учителя на таких уроках заключается в детальной проработке алгоритма: на доске фиксируются ступени исследовательской деятельности (анализ имеющейся информации, постановка проблемы, формулирование темы и цели исследования, выдвижение и проверка гипотезы, интерпретация результатов, вывод), формулировка проблемы, темы и цели конкретного исследования. Учитель демонстрирует готовый алгоритм исследовательской работы. Учащиеся сверяют свои действия с образцом. Дальнейшие уроки «Образец исследования» направлены на закрепление первоначального алгоритма ученического исследования с обязательным контролем и подсказками со стороны учителя.
«Уроки-исследования» предполагают целиком самостоятельное выполнение учащимися алгоритма исследования. Деятельность учителя направлена на обеспечение учебного процесса дидактическими материалами, необходимыми для самостоятельного решения проблемы исследования.
На завершающем этапе формирования исследовательских умений предполагается изучение некоторых тем курса химии в форме ученических исследований.
Приступая к изучению темы в форме ученического исследования, мы уделяем особое внимание формулированию общей проблемы темы (П0), вычленению частных проблем (П1,2,3), которые предлагаем учащимся решить по мере изучения темы. При этом частные проблемы вносят свой вклад в раскрытие общей проблемы. В процессе выполнения таких работ школьники усваивают основные теоретические положения, обеспечивающие глубокое и прочное понимание химической сущности различных объектов, процессов и явлений.
Одним из вариантов использования данного подхода может служить изучение темы «Химические реакции в свете трех теорий химии» (программа Н.Е.Кузнецовой), предложенное вашему вниманию (таблица, см. с. 14).
Таблица
Общая и частные проблемы темы
«Химические реакции в свете трех теорий химии»
| П0 | Почему одни химические реакции протекают быстро, а другие медленно? От каких факторов зависит процесс протекания химической реакции? Можно ли управлять этим процессом? |
| П1 | Как оценить процесс протекания
химической реакции во времени? Итог разрешения проблемы. Количественной оценкой процесса протекания химической реакции во времени является скорость химической реакции – отношение изменения концентрации реагирующего вещества или продукта реакции к промежутку времени, за который произошло изменение |
| П2 | Как влияет концентрация
вещества на скорость химической реакции? Итог разрешения проблемы. Скорость химической реакции зависит от концентрации веществ, т.к. чем больше частиц исходных веществ в единице объема, тем чаще происходит их соударение, приводящее к образованию продуктов реакции |
| П3 | Справедливо ли положение о
зависимости скорости от концентрации для
гетерогенных реакций? Итог разрешения проблемы. Скорость гетерогенной химической реакции зависит от площади соприкосновения веществ |
| П4 | Почему и как изменяется скорость
химической реакции при повышении температуры? Итог разрешения проблемы. При повышении температуры увеличивается доля активных частиц, увеличивается частота их соударений – скорость химической реакции возрастает. При повышении температуры на каждые 10 градусов скорость химической реакции возрастает в 2–4 раза |
| П5 | Возможно ли экономически более
выгодное увеличение скорости химической реакции
(без изменения концентрации реагирующих веществ
и повышения температуры)? Итог разрешения проблемы. Увеличение доли активных частиц (увеличение скорости химической реакции) происходит при применении специальных веществ – катализаторов, которые сами в химической реакции не расходуются |
| П6 | Все ли реакции протекают таким
образом, что исходные реагирующие вещества
полностью превращаются в продукты реакции и
реакция прекращается, т.е. скорость ее становится
равной нулю? Итог разрешения проблемы. Если в результате реакции образуется газообразное вещество, вода или выпадает осадок (правило Бертолле), то такая реакция протекает до полного расходования исходных веществ («до конца»), т.е. является необратимой. Реакции, которые одновременно протекают в двух противоположных направлениях (прямом и обратном), называются обратимыми |
| П7 | При протекании реакции в двух
противоположных направлениях скорость прямой
реакции будет уменьшаться, а обратной нарастать.
Через определенный промежуток времени их
скорости сравняются. Как называется такое состояние системы? Итог разрешения проблемы. Состояние обратимого химического процесса, при котором скорость прямой реакции равна скорости обратной реакции, называется химическим равновесием |
| П8 | При постоянных температуре и
давлении равновесие обратимой реакции может
сохраняться неопределенно долгое время. Если
такое состояние наступит у реакции, которая
лежит в основе химического производства, то
такая реакция становится экономически не
выгодна. При каких условиях химическое
равновесие будет смещаться в сторону протекания
одной из реакций? Итог разрешения проблемы. Если изменить одно из условий, при которых данная система находится в состоянии химического равновесия, – температуру, давление или концентрацию веществ, – то равновесие сместится в направлении, которое препятствует этому изменению (принцип Ле Шателье) |
Важным аспектом развития исследовательских умений учащихся мы считаем отслеживание уровня сформированности данных умений на протяжении четырех лет изучения курса химии (8–11 классы). Создание системы отслеживания сформированности исследовательских умений мы начали с изучения физиологических и психологических качеств и особенностей каждого ученика. С этой целью определили показатели физического здоровья учеников в результате изучения медицинских карт, бесед с родителями и самими учащимися. Психическая деятельность – обязательный компонент любой конкретной деятельности, в том числе и практической. В результате наблюдений, опросов и тестирования были выявлены наиболее важные психологические характеристики учащихся: темперамент, типы мышления и памяти, самооценка и отношение к предмету. Затем были определены критерии и методы оценки уровня сформированности исследовательских умений. Р.Г.Иванова и А.Г.Иодко выделяют следующие три группы исследовательских умений.
Первая группа исследовательских умений характеризуется выполнением единичных операций исследования: наблюдение; сравнение фактов, свойств веществ и явлений; нахождение причинно-следственных связей; формулирование выводов на основе перечисленных операций исследования.
Вторая группа исследовательских умений – это сочетание умений первой группы, дополненных умениями сформулировать цель работы, выразить зависимость между фактами, явлениями в виде графика, схемы, таблицы, высказать суждение, построить умозаключение на основе ранее приобретенных знаний, спланировать опыт для подтверждения высказанного суждения, провести эксперимент и обработать его результаты, сформулировать вывод.
Третья группа исследовательских умений включает весь комплекс умений предыдущих групп: увидеть проблему, построить гипотезу, составить план исследования, найти способ экспериментального подтверждения гипотезы, провести эксперимент и обработать его результаты, сформулировать вывод.
О готовности школьников к проведению исследования, помимо перечисленных умений, можно судить по таким показателям, как характер действий и выводов, степень самостоятельности выполнения операции, объем привлеченных опорных понятий и знаний. В зависимости от того, какие умения проявляют учащиеся, каковы характер действия и выводы учащихся, насколько самостоятельно они работают, как широко и полно привлекают имеющиеся у них знания, можно судить о достигнутом уровне подготовки школьников к проведению самостоятельного исследования.
Как показывает опыт, можно выделить четыре уровня cформированности исследовательских умений.
Первый уровень характеризуется выполнением с помощью учителя единичных операций исследования и использованием знаний конкретной темы для построения суждений.
Второй уровень предполагает самостоятельное выполнение единичных операций исследования при проведении аналогичных исследований и использование знаний конкретной темы. При этом по мере необходимости учащиеся могут получить соответствующую устную рекомендацию от учителя или могут воспользоваться письменной инструкцией к исследованию.
Третьему уровню свойственны умения логически связывать отдельные элементы исследовательской деятельности, выдвигать гипотезы под руководством учителя и исследовать свойства веществ, рассматриваемых впервые. Однако у учащихся могут возникнуть затруднения в формулировке вывода на основе эксперимента и в определении рационального пути решения проблемы. Используются преимущественно знания по конкретной теме.
Четвертый уровень характеризуется комплексным использованием всего спектра исследовательских умений. А именно: учащиеся могут правильно выполнять исследования, аналогичные тем, которые они делали под руководством учителя, планировать работу для проверки самостоятельно построенной гипотезы, находить рациональные пути исследования проблемы, решение которой требует актуализации знаний из разных разделов курса химии и других учебных дисциплин.
Реализация исследовательских умений школьников продолжается во внеклассной работе, включающей участие школьников в научно-исследовательских работах и областных научно-практических конференциях «Мир через культуру».
Таким образом, формирование исследовательских умений при обучении химии способствует развитию каждого ученика как творческой личности, позволяет приобрести потребности к самосовершенствованию, самообразованию, осознанному усвоению курса химии и выбору своего дальнейшего образовательного пути.
* Иванова Р.Г., Иодко А.Г. Система самостоятельных работ учащихся при изучении неорганической химии. М.: Просвещение, 1988.