Проведение уроков по технологии
самостоятельного созидания
знаний учащимися

ВЫСТУПЛЕНИЕ* НА СЕДЬМОМ МОСКОВСКОМ ПЕДАГОГИЧЕСКОМ МАРАФОНЕ УЧЕБНЫХ ПРЕДМЕТОВ
7 АПРЕЛЯ 2008 ГОДА

Два вопроса: чему обучать и как обучать – стояли перед дидактикой всегда. Прошел XX век, настало 3-е тысячелетие, но поставленные вопросы до сих пор не сняты. И если первый вопрос в какой-то степени отражен в государственных стандартах, то второй далек от разрешения.

Осуществляя реформы образования, педагогическое сообщество пришло к необходимости менять технологии обучения. Активно обсуждается, какие технологии нужны новому веку, выдвигаются конкретные предложения, происходит внедрение этих технологий. Однако повышения качества обучения не происходит. Наоборот, мы наблюдаем неуклонное его снижение.

Дело в том, что под новыми технологиями понимают введение новых средств подачи материала. В настоящее время в школу внедряются информационные технологии, основанные на применении компьютеров. Но и компьютер является всего лишь средством в учебном процессе.

Технология обучения касается не способа подачи нового материала учителем, а способа усвоения этого материала учеником.

В этом отношении можно выделить всего две технологии:

• пассивное усвоение знаний;

• активное усвоение знаний.

Первый способ усвоения знаний описан дидактикой, через изучение которой прошел каждый учитель в педагогическом вузе. Она нацеливает учителя на передачу знаний в готовом виде: учитель рассказывает, ученик слушает, воспринимает и запоминает.

Пассивным способом усвоения знаний такую технологию можно назвать условно. На самом деле ученик не просто слушает и запоминает, он должен осуществлять сложную интеллектуальную деятельность. Она заключается в анализе той информации, которую дает учитель на вербальном уровне. Новая информация не просто оседает в мозгу учащегося. Она «ищет» то знание, которое можно дополнить полученной информацией, то знание, которое в дидактике называют опорным. Без него, как известно, не строится новое знание. Таким образом, в новом знании ученик узнает знакомое, активизируя опорные знания. Ему также необходимо установить логические связи между элементами знаний в новом материале, взаимосвязи между опорным знанием и новой информацией, с помощью которых он достраивает свою систему знаний.

Системность знаний в сознании человека запрограммирована физиологическим функционированием мозга. При попадании любой информации через рецепторы в мозгу выстраиваются клеточные ансамбли (системы нервных клеток).

На практике ученик далеко не всегда активно осуществляет интеллектуальную деятельность при объяснении нового материала. Подростки редко внимательно слушают учителя. Это трудно сделать. Возраст не позволяет сосредоточиться. Автору этих строк в школе удавалось наиболее внимательно слушать историю и литературу. На литературе чтение художественных произведений, а на истории греческие мифы увлекали своей сказочностью. На других уроках сказки не было. Надо было мысленно внедриться в правило буравчика, в число ножек у паука, в свойства углекислого газа, в описание Чукотки. А в голове то и дело возникали какие-то образы внешнего мира, что-то с сердцем происходило от воспоминания того мальчика, которого увидела на углу школы. До правила ли буравчика тут! Слова учителя бегут, бегут, бегут, и все мимо ушей. Каждый может вспомнить себя на уроках в подростковом возрасте. Из этих воспоминаний можно написать роман!

Так чего же мы хотим от наших учеников? Чтобы они были другими? Не выйдет. Человеческая природа не меняется.

И все же другой способ сообщения нового материала, помимо объяснительного, на уроках практически не применяется. Но насколько эффективен этот способ? Рассмотрим на примерах.

Первый пример – фрагмент урока «Массовая доля элемента в веществе». Понятно, что дети должны научиться вычислять эту долю. Учитель просит школьников открыть учебник и познакомиться с формулой. Далее следует решение задач – активная деятельность учащихся – с использованием готовой формулы. Дети «активно» подставляют в формулу данные задачи и находят ответы. На уроке было все: работа с учебником, активная деятельность учащихся. Но…

Формула – самое главное на этом уроке – была дана в готовом виде, ученики не осознали, как она возникла, поэтому активность их деятельности только кажущаяся.

Чтобы познавательная деятельность школьников на уроке была активной, необходимо осознание собственных действий.

Без осознания такую деятельность можно отнести к пассивной.

Второй пример из учебника. Химические свойства воды в одном из учебников рассматриваются до того, как изучены классы неорганических веществ. Понятно, что химические свойства заключаются в способности вступать в те или иные реакции. Поэтому эти свойства воды связаны с продуктами реакций – кислотами и основаниями. Поскольку эти понятия еще не сформированы, то учащиеся воспринимают термины только на вербальном уровне. Учитель может познакомить учащихся с этими терминами, но только методом рассказа, методом подачи готовой информации. Это даже не может быть объяснением, т.к. объяснение предполагает установление хотя бы минимума логических связей. Здесь возможно усвоение знаний только путем механического запоминания.

Таким образом, учитель находится в плену у учебника. Учебник программирует ход учебного процесса, прежде всего его логику, определяющую способ подачи учебного материала, которому соответствует либо активный, либо пассивный метод усвоения знаний учеником.

Активный метод усвоения знаний основывается на рекомендациях психологии. Главное открытие психологов прошлого века в области учебного процесса заключается в том, что усвоение учебного материала учащимися происходит в их собственной деятельности. Убедительно доказано, что передача знаний в готовом виде неэффективна.

Деятельностный подход к передаче знаний заключается в том, что учащийся самостоятельно добывает знания.

Для этого учитель должен организовать учебно-познавательную деятельность учащихся на уроке, которая может быть разной.

Проследим, какую деятельность предлагают учителя на конкретных уроках.

Учитель делится подходом к проведению урока в технологии развития критического мышления (см. «Химия», 2008, № 6). После мотивационного этапа урока проводится этап осмысления. Для этого учитель указывает часть параграфа в учебнике, который школьники должны прочитать и получить информацию. Затем идет обсуждение прочитанного. В каком виде дается информация? В готовом! Нет разницы между рассказом учителя и прочитанным текстом. Ученик должен проделать ту же интеллектуальную работу, что и при объяснении: установить логические связи внутри прочитанного материала, между новым и опорным знанием и т.д.

Школьник читает и усваивает текст учебника, когда он по какой-либо причине отсутствовал на уроке. Нет в этом новой технологии. Такой метод применяют в начальной школе на уроках чтения: дети читают текст и отвечают на поставленные вопросы по тексту.

В вышеописанном фрагменте урока по определению массовой доли элемента также присутствовала деятельность учащихся: они решали задачи с помощью готовой формулы. Не было только самостоятельности в получении нового знания.

Поскольку смысл деятельностного подхода заключается в самостоятельности добывания знаний, то учебно-познавательная деятельность учащихся должна быть адекватна содержанию, подлежащему усвоению. Такую деятельность назовем содержательной. В отличие от нее деятельность по закреплению готовой информации – тренировочной (табл. 1).

Таблица 1

Учебно-познавательная деятельность школьника

Результат при разных формах учебно-познавательной деятельности различен: в одном случае ученик механически запоминает, в другом – осознанно усваивает. Рассмотрим это на примере урока по изучению относительной атомной массы.

Обычно учитель (или учебник) сообщает учащимся, в каких единицах измеряется масса атомов.

В одном из учебников читаем: «Масса молекул и атомов невообразимо мала. В химии обычно используют не абсолютные, а относительные значения масс атомов и молекул. Важнейшей характеристикой элемента является его относительная атомная масса A_r. Относительная атомная масса элемента показывает, во сколько раз масса его атома больше 1/12 массы атома углерода».

Оставим пока в стороне термин «абсолютные массы». Обратим внимание на предельную информативность текста. Все дано, все сказано правильно. Одного нет – движения мысли, содержательной деятельности, возможности осознанного усвоения. Вместо понимания у ученика возникает ряд неосознанных вопросов. Откуда появилась 1/12 массы атома углерода? Как можно представить ее? Такую крошку, как атом, надо разделить на 12 частей!? Невообразимо! А зачем это делать? Или выбросить все это из головы, или механически запомнить.

Механическое запоминание не полезно ни для памяти, ни для прочности знаний, ни для работы мозговых механизмов. Неестественная деятельность мозга, как и другого любого органа, приводит к потере здоровья. Попробуйте заставить желудок переваривать кирпичи. Мозг тоже должен функционировать по своим биохимическим и физиологическим законам, а не по законам, навязанным извне.

Одним из свойств мозга является межрефлекторное совмещение двух информаций и созидание новой. Если этот процесс происходит, мозг функционирует естественным путем. При объяснительном методе преподавания эта функция мозга подавляется, и ему навязывается способ усвоения нового через механическое запоминание.

Чтобы определить, какая учебно-познавательная деятельность учащегося будет адекватной для усвоения содержания относительной атомной массы, обратимся к истории химии. Как известно, к идее атомных масс первым пришел Д.Дальтон. Он и его коллеги из разных стран в начале XIX в. развернули количественные исследования простых и сложных веществ, весовых соотношений между атомами, входящими в молекулы различных соединений. Так, из предположения, что в состав воды входит по одному атому Н и О, и найденного весового соотношения между ними была высказана гипотеза, что атом водорода в 8 раз легче атома кислорода. Некоторые ученые того времени предлагали за единицу атомной массы принять массу атома водорода.

Предложим учащимся следующую деятельность: взвесить кубик свинца объемом 1 см³ и такой же кубик из магния. Окажется, что кубик свинца имеет массу 11,3 г, а кубик магния – 1,74 г. Эти кубики можно прикрепить на резинки или пружинки и наглядно увидеть, что кубики растягивают пружинки (резинки) по-разному. Это значит, они имеют различные массы.

Далее решаем проблему: почему масса кубика свинца больше массы кубика магния.

Школьники предполагают:

атомы свинца имеют массу больше, чем атомы магния;

атомов свинца в кубике больше, чем атомов магния;

атомов свинца больше, и они имеют бoльшую массу по сравнению с атомами магния.

Для доказательства, какая гипотеза справедлива, решим задачу.

Задача. Рассчитайте массу атома магния и массу атома свинца, если известно, что в 1 см³ магния содержится 4,31•10²² атомов, в 1 см³ свинца – 3,28•10²² атомов. Во сколько раз масса атома свинца больше массы атома магния?

– Какова масса кубика магния? (1,74 г.)

– Можно ли найти массу одного атома магния? (Можно.)

– Как это сделать? (Нужно поделить массу кубика на число атомов в кубике.)

Дети производят расчет:

– Какова масса кубика свинца? (11,3 г.)

– Как найти массу одного атома свинца? (Так же, как находили массу атома магния.)

– Атом какого элемента имеет бо'льшую массу? (Атом свинца.)

– Во сколько раз?

Школьники вычисляют:

С помощью выполненной деятельности учащиеся нашли ответ: атомы свинца имеют бoльшую массу, поэтому кубик свинца тяжелее кубика магния.

Помимо этого, мы привели их к цели, которую поставили перед уроком. Если взять за эталон массу атома магния, то относительно этой массы можно измерять массы атомов других элементов.

Из этой деятельности учащиеся делают вывод, что всякое измерение производится относительно какого-либо эталона. Килограмм и грамм – это тоже эталоны, относительно которых мы измеряем массы тел и веществ в обыденной жизни. (Поэтому «абсолютной» массы быть не может принципиально.)

Далее мы пройдемся по истории единицы атомной массы, чтобы учащиеся поняли, почему принята современная единица атомной массы. Все знание об относительной массе окажется пропущенным через сознание каждого ученика и будет усвоено осознанно.

Итак, технологии обучения можно разделить на два вида (схема 1).

Технологию деятельностного подхода назовем «технологией самостоятельного созидания знаний учащимися». Покажем, как она реализуется на уроке «Сущность химических реакций. Закон сохранения атомов».

Цель урока. Доказать на опыте, что в реакциях атомы не исчезают и не возникают вновь, а только связываются в иных комбинациях.

Прежде чем описывать урок, необходимо разъяснить позицию по поводу истинности и значимости закона сохранения массы веществ в химических реакциях. В методике считается, что этот закон доказывает сущность реакции, заключающуюся в перегруппировке атомов. Это, в свою очередь, якобы помогает ученикам в расстановке коэффициентов в химических уравнениях. Так ли это?

Мы знаем, что массы непосредственно с коэффициентами не связаны. С коэффициентами связаны количества веществ. К количествам веществ существует переход через массы. Но в логической цепочке: массы – количество вещества – коэффициенты – это звено опускается. Получается игра в «угадайку»: кто-то из учеников догадается о пропущенном звене, а подавляющее большинство – нет. Подтверждением этого является то, что многие ученики часто не справляются с расстановкой коэффициентов. Об этом говорит типичная ошибка: подстановка коэффициентов внутрь формулы. Это свидетельствует о том, что школьники не поняли сущность действия с коэффициентами, а, следовательно, не поняты состав вещества и сущность реакции.

Чтобы прийти к коэффициентам, школьник должен сделать вывод о том, что в ходе химической реакции атомы каждого элемента сохраняются. Вот к этому мы их и должны привести.

Здесь предлагается принципиально иной путь формирования понимания сущности химических реакций и умения расставлять коэффициенты.

Начнем урок с выдвижения гипотез.

– Что происходит в веществе в ходе химической реакции?

Ребята отвечают, что атомы перегруппировываются. Но нужно школьников подвести и к другому (неверному) предположению: атомы разрушаются, а из осколков собираются новые атомы.

Две гипотезы нужно доказать опытным путем. Проведем цепь взаимосвязанных опытов. Цель эксперимента – доказать сохраняемость атомов. Для этого показываем элемент в виде простого вещества до реакции, затем проводим его через ряд превращений, а в конце получаем в прежнем виде. Это можно проделать на таких превращениях:

Cu —> CuO —> CuCl₂ —> Cu(OH)₂ —> CuSO₄ —> Cu.

Проводим следующие опыты.

1. Медную проволоку подвергаем прокаливанию и получаем оксид меди(II).

2. Соляную кислоту (разбавление 1:1) нагреваем, затем в нее опускаем почерневшую проволоку. Отмечаем растворение оксида и зеленоватое окрашивание раствора.

3. В остывший раствор осторожно понемногу добавляем концентрированный раствор гидроксида натрия. Получаем гидроксид меди(II).

4. К осадку добавляем разбавленную серную кислоту. Отмечаем растворение осадка и образование голубого раствора.

5. В полученный раствор опускаем зачищенный железный гвоздь и через некоторое время демонстрируем образовавшуюся медь.

Результаты опытов заносим в таблицу (табл. 2).

Таблица 2

– Какой вывод следует из проведенных опытов?

Дети дают следующие ответы:

– Из опытов следует, что атомы в реакциях не исчезают и не возникают ниоткуда, остаются те же самые атомы.

– Атомы соединяются по-другому.

– Число атомов не изменяется.

Демонстрируем модельную схему превращений одних веществ в другие с помощью мультимедийного проектора (схема 2).

На экране атомы переходят из одной кристаллической решетки в другую. В том числе наглядно показано, как атомы меди переходят от одного вещества к другому. Подчеркнем, что атомы меди, образующие простое вещество, в реакциях связываются с другими атомами в различных сочетаниях и в конце снова образуют простое вещество. Отсюда можно сформулировать закон сохранения атомов.

Атомы в реакциях ниоткуда не возникают и никуда не исчезают, а только перегруппировываются.

– Общее число атомов в ходе реакции изменяется или остается одинаковым до и после реакции? (Сколько атомов каждого элемента было до реакции, столько же осталось после ее завершения.)

Знание этого закона делает действия учащихся по подбору коэффициентов осознанными.

– Если общее число атомов в химической реакции сохраняется, сохраняется ли масса веществ в процессе реакции? (Сохраняется.)

Выведем еще один закон – закон сохранения массы веществ.

Общая масса веществ до реакции и после нее не изменяется.

Продемонстрируем опыт: уравновесим весы с укрепленной на одной чашке свечой. Зажжем свечу, через некоторое время равновесие нарушается, масса свечи уменьшается.

– Как видим, масса свечи после реакции уменьшилась, а вы сказали, что масса веществ в ходе реакции не меняется. Значит, закон сохранения массы не соблюдается? (Соблюдается. Это образующиеся газы улетучиваются, и масса веществ уменьшается.)

– Как доказать, что в этой реакции масса до и после реакции одинакова?

Ученики предлагают закрыть свечу стаканом. Повторяем опыт, предварительно закрыв свечу колпаком.

Закон сохранения массы является поверхностным знанием о реакциях, а закон сохранения атомов – более глубоким. История открытия закона сохранения материи (а не вещества) показывает логику его познания: он был открыт как вывод, который следует из неуничтожимости атомов. Исходя из атомной теории, древние греки пришли к тому же выводу, что и наши дети в ходе урока. Историки доказывают, что этот закон (под названием «закон сохранения материи») был известен с древности. Первая формулировка принадлежит Эпикуру. Этим законом пользовались французский философ П.Гассенди, физик Э.Мариотт, химик Р.Бойль, жившие до М.В.Ломоносова. Михаил Васильевич как широко образованный ученый знал труды предшественников и удачно применял знания для объяснения различных явлений. Формулировка закона сохранения им сделана в письме к Л.Эйлеру (1748) задолго до опыта, который, как утверждалось советской пропагандистской наукой, был проведен в доказательство закона. Опыт прокаливания ртути (1756) проводился с другой целью. Бойль для объяснения опыта привлекал «огненную» материю. После обнаружения прибавки массы в результате прокаливания он утверждал, что «огненная» материя проникла через стекло и «прилипла» к металлу. Ломоносов утверждал, что она не существует, т.к. «без пропущения» воздуха извне масса не увеличивалась. Вот к чему было сказано Ломоносовым: «Славного Роберта Бойля мнение ложно». Экспериментально же закон сохранения масс был целенаправленно доказан А.Лавуазье.

Итак, видим, что на уроке школьники осуществляли содержательную деятельность, выполнение которой привело к выводам законов, к осознанному пониманию сущности реакции, заключающейся в построении новых веществ из атомов, входящих в состав исходных веществ. С этими знаниями учащиеся так же осознанно усвоят составление уравнений реакций.

Рассмотрим фрагмент урока по обучению учащихся составлению уравнений реакций. Но прежде отметим два важных момента.

Во-первых, обучение составлению уравнений реакций нужно начинать после усвоения понимания сущности реакции. Предметом изучения химии является вещество и его химические превращения. Химические формулы и уравнения – это только знаковое отражение объекта изучения. Но в современных учебниках, как правило, есть параграфы «Химические уравнения», но нет параграфов «Сущность химических реакций». Поэтому дети вынуждены учить химический язык в отрыве от объекта изучения – веществ и их превращений. Формируется искаженное знание о химической природе.

Во-вторых, нельзя одновременно давать понятия индекса и коэффициента. От этого у учеников возникает путаница, от которой они не могут избавиться даже в студенческие годы. И индекс, и коэффициент нужно применять по мере необходимости. Когда мы учили школьников отражать состав вещества в виде формул, нам нужен был индекс, учащиеся постигали его смысл. Теперь, при составлении уравнений реакций, понадобится коэффициент. И мы знакомим с ним учащихся.

Пониманию сущности реакции и порядка расстановки коэффициентов способствует работа с материальными моделями.

– Мы знаем, как записать состав вещества в виде химической формулы. Можно ли записать с помощью формул ход химической реакции?

Постановка вопроса нацеливает школьников на составление уравнений реакций.

Проведем опыт: сухую пробирку наполним водородом и поднесем к огню. Объясним, что с водородом вступает в реакцию кислород, находящийся в воздухе. После реакции на стенках пробирки образуются капельки воды, демонстрируем продукт реакции. На опыте мы показали реальный химический процесс, который нужно отразить в условной записи – с помощью химического уравнения.

Предложим учащимся записать формулы исходных веществ и соединить их знаком «+», затем запишем формулу продукта реакции. Между формулами исходных веществ и продукта реакции поставим стрелку, которая показывает направление реакции:

Н₂ + О₂ —> Н₂О.

Раздадим на каждый ученический стол по две изготовленные из пластилина модели молекулы водорода и по одной модели молекулы кислорода. Попросим ребят из шариков, символизирующих атомы, которые входят в состав моделей молекул, слепить модели молекул воды, чтобы лишних атомов не осталось. Попросим обратить внимание на число молекул кислорода, водорода и воды, участвующих в процессе. Теперь в схему реакции внесем число молекул, и она превратится в уравнение.

– Как записать математически выражение: (а + а)?

Ученики ответят: 2а.

– Как называют это число? (Коэффициентом.)

– Какое арифметическое действие производит коэффициент? (Умножает.)

– Как еще назовем коэффициент? (Множителем.)

Предложим использовать коэффициенты в уравнении реакции.

– У нас есть две молекулы водорода и две молекулы воды. Как это обозначить в схеме реакции?

Если школьников не торопить, они самостоятельно запишут:

2Н₂ + О₂ = 2Н₂О.

Объясним, что алгебраические коэффициенты-множители умножают число, а коэффициенты перед формулами – умножают индексы, т.е. число атомов данного элемента.

– Проверьте, соблюдается ли в нашей записи закон сохранения атомов.

Дети умножают число атомов каждого элемента в молекулах до и после реакции на коэффициенты. Приходят к выводу, что число атомов до и после реакции одинаково после расстановки коэффициентов.

Теперь разберемся, что означают коэффициенты. В нашем случае – две молекулы водорода и одну кислорода до реакции и две молекулы воды после нее. Итак, коэффициенты указывают на соотношение числа молекул веществ, участвующих в реакции.

– Если мы возьмем 6•10²³ молекул кислорода, сколько понадобится молекул водорода? (12•10²³ молекул.)

– Сколько молекул воды образуется? (12•10²³ молекул.)

Из этих простых расчетов следует, что коэффициенты означают количества веществ, участвующих в реакции. По ним мы судим о количественном соотношении веществ: в данной реакции количество водорода всегда в два раза больше количества взаимодействующего с ним кислорода. Такой подход позволяет нам не говорить о молекулах в составе немолекулярных веществ («две молекулы хлорида меди» и др.).

Далее на упражнениях отрабатываем умение расставлять коэффициенты.

В заключение отметим структуру учебного процесса. Учебный процесс на уроке шел в направлении, которое можно выразить следующей схемой (схема 3).

Как видим из схемы, направленность учебного процесса следует от изучения объекта химии. Объект изучения и выражение его в знаковых моделях опосредуется обязательными звеньями. Прежде всего – это наблюдения. Но специфика химии как науки заключается в том, что сущность объекта раскрывается на невидимом и ненаблюдаемом непосредственно микроуровне. Поэтому химик создает мысленные образы молекул, атомов, ионов, кристаллических решеток. Без этого предмет не понять. Эти образы должны создаваться и в воображении школьника. Только тогда он может понять сущность наблюдаемого. В этом помогают материальные модели, отражающие микрообъекты. После понимания изучаемого явления школьник самостоятельно может зашифровать понятое в виде знаковых моделей (формул и уравнений). Этот шаг заключает учебный процесс, а не начинает его.

Учитель выполняет роль не информатора, а организатора учебно-познавательной деятельности учащегося. На уроке трудится не учитель, а ученик! Только так можно повысить коэффициент полезного действия учебного процесса.

---

* В «Программе дня учителя химии» дано другое название выступления. Содержание данной статьи в полной мере соответствует проведенному на марафоне мастер-классу.

Л.М.КУЗНЕЦОВА,
кандидат педагогических наук,
автор учебно-методического
комплекта по химии