Методические основы формирования системных знаний по химии в общеобразовательной школе

Наибольший вклад в дело формирования личности молодого поколения химия как учебный предмет вносит через интеллектуальную сферу человека. Вооружение учащихся знаниями по химии и химической промышленности всегда входило в задачи обучения химии в советской школе. В усовершенствованной программе по химии не раз подчеркивается важность формирования у учащихся знаний, необходимых для активного участия в коммунисшения эффективности человеческой деятельности, ХХУ1 съезд КПСС ориентирует. народное образование на повышение качества.

Продолжая курс, взятый на предыдущих съездах партии, июльский Пленум ЦК 1ШСС 1983 года выдвинул новые задачи в области воспитания и обучения подрастающего поколения. Как отметил в своей речи Генеральный секретарь ЦК КПСС тов. К. У. Черненко, «.формирование нового человека — не только важнейшая цель, ' но и непременное условие коммунистического строительства» [5,с.28]. Для достижения этой цели партия стремится к тому,. чтобы человек воспитывался у нас не просто как носитель определенной суммы знаний, но прежде всего — как гражданин социалистического общества, активный строитель коммунизма, с присущими ему идейными установками, моральюи интересами, высотическом строительстве.

Уточняя пути дальнейшего по быпреподавания во всех его звеньях [б]. кой культурой труда и поведения" [5, с.19~|.

Повышение эффективности учебно-воспитательной работы в общеобразовательной школе, в частности, процесса обучения химии, должно отражаться на результатах обучения. Приобретаемые учадолжны щимися знания обладать новым качеством — быть целостными и системными.

Актуальность исследования.

Указывая на необходимость дать рабочему классу знания, В. И. Ленин еще в 1895 году писал, что «со знаниями они — сила» .

Много внимания уделено повышению эффективности процесса формирования знаний в документах Коммунистической партии и Советского правительства по дальнейшему совершенствованию процесса обучения на современном этапе развития социалистического общества. Так, в Постановлении ЦК КПСС и Совета-Министров СССР от 22 декабря 1977 года сказано: «В современных условиях, когда встране осуществлен переход ко всеобщему среднему образованию, выпускники средней школы за период учебы должны овладать глубокими знаниями основ наук и трудовыми навыками для работы в народном хозяйстве, вплотную подойти к овладению определенной профессией» ?7, C.586J.

Советские дидакты М. Н. Скаткин, В. В. Краевский, И. Я. Лернер, И. Д. Зверев, Л. Я. Зорина и другие убедительно раскрывают роль знаний в познании окружающего человека мира [67−70, 88, 110—113, 137, 146, 180] .

Вся социальная культура, весь социальный опыт, накопленный на протяжении истории человечества, включает в себя знания о природе, обществе, человеке (включая самого себя) и способах деятельности.

Знание важных химических фактов, основных химических понятий, языка химии, ее законов и теорий позволяет понимать химические вещества и явления, объяснять их, прогнозировать наиболее вероятное протекание химических процессов. Знания о научных основах химического производства и об областях применения достижений современной химии расширяет политехнический кругозор учащихся и содействуют сознательному выбору профессии, соответствующей их способностям, склонностям и интересам. В своей познавательной и практической деятельности, связанной с и и у химиеи, учащиися всегда опирается на знания о химических фактах, понятиях и законах. Как отмечает по этому поводу Н. Ф. Талызина, знания «.никогда не существуют в человеческой голове вне какой-то деятельности, вне отдельных действий. Следуя принципу деятельности и выделяя действие как единицу ее анализа, мы тем самым с самого начала включаем знания в структуру действия» [177, с.130].

В процессе приобретения знаний по химии происходит развитие познавательных способностей учащихся. Усвоение новой, более совершенной теории означает, что учащийся достиг и нового уровня мышления, овладел новой системой познавательной деятельности. Анализируя развивающие возможности изучаемого учебного материала, Л. В. Занков [бб] выдвигает принцип высокой степени трудности обучения. Данный принцип отмечает не столько то, что преодолевается так называемая «средняя степень трудности», но прежде всего то, что при этом раскрываются познавательные способности учащихся. Переход к новому содержанию школьного курса химии в начале 70-х годов, главной задачей которого было повышение теоретического уровня обучения химии, создал качественно новую основу для развития познавательных способностей учащихся. Усовершенствованная программа по химии еще более углубляет развивающие возможности знаний по химии.

Знания по химии входят и в общую картину мира учащихся. Обобщение знаний по химии приводит к лучшему пониманию категорий и законов диалектического материализма. Знания о новых достижениях советской химической науки и промышленности содействуют формированию чувства патриотизма и коммунистических убеждений.

Такая многосторонняя роль знаний по химии в процессе воспитания, обучения и развития учащихся ясно говорит о том, какое значение имеет повышение качества знаний. Для того, чтобы обеспечить полноценный вклад каждого члена общества в дело построения коммунизма, знания, в частности, по химии должны иметь новое качество. Наряду с «традиционными» качествами знаний, такими, как их полнота, глубина, осознанность, прочность и т. п., в настоящее время социальному заказу в области общего химического образования соответствуют такие качества знаний, как целостность и системность.

Множество знаний по химии составляет систему при наличии взаимных связей между отдельными элементами знаний. Целостной оказывается лишь такая система знаний, внутренние связи которой придают ей новое качество. При этом знания, образующие систему, обладают иными качествами, чем те же знания вне системы. Этим новым качеством входящих в систему знаний по химии является их системность.

Системным знаниям по химии всегда характерно наличие взаимосвязей между химическими фактами, понятиями, законами и теориями, отражающих объективную связь между химическими веществами и процессами. Основными взаимосвязями в учебном материале по химии, обеспечивающими формирование целостной системы знаний, являются связи между периодической системой химических элементов Д. И. Менделеева и строением атома, химическим составом, строением вещества и его свойствами, свойствами и применением вещества, его^{свойствами} и распространением в природе, закономерностями протекания химических процессов и производством новых веществ и др.

Системные знания по химии характеризуются следующими показателями: а) подвижностью, переносом приобретенных знаний в новые условия, на новые химические вещества и процессыб) доказательностью, обоснованностью высказываемых суждений о химических веществах и процессахв) возможностью применять приобретенные знания в практической деятельности.

Системность как свойство знаний по химии имеет, кроме качественной, и свою количественную сторону. Проведенное нами исследование показывает, что учащиеся, усвоившие взаимосвязи между структурными элементами учебного материала, хорошо знают и отдельные структурные элементы этого материала. Те учащиеся, которые знают причины применения вещества именно в данной области науки или техники, обычно знают как свойства, так и области применения данного вещества.

Взаимосвязанность отдельных элементов знаний не только позволяет учащимся убедиться в материальном единстве мира и взаимосвязях различных форм движения материи, но и является фундаментом для дальнейшего развития познавательных способностей и мышления. Так как во взаимосвязях между различными объектами химии отражается сущность химических веществ и процессов, то усвоение этих взаимосвязей содействует формированию способа мышления, характерного только для химии как науки. Как пишет по этому поводу Б. П. Есипов, мыслить — «. это значит раскрывать существующие в действительности связи, отношения и зависимости между предметами и явлениями, познавать в них существенное, постигать закономерности «[61, с.37].

Н.Г.Салмина и Г. П. Мажура [161] оправданно считают формирование качеств мышления, необходимых для самостоятельного ориентирования в области химии, конечной целью обучения.

Поскольку наука есть система взаимосвязанных между собой элементов, то взаимосвязанные знания о химических фактах, понятиях и теориях соответствуют структуре самой химической науки. Поэтому советские дидакты [68−70, 112, ИЗ, 197, 198] считают системными лишь те знания, структура которых является адекват-нойструктуре науки. Тем самым специфика знаний по химии проявляется во взаимосвязях между отдельными элементами химических знаний. Через эту специфику химия вносит самый существенный ¡-вклад в дело формирования личности членов будущего общества.

Для того чтобы у учащихся формировались системные знания по химии, следует при их обучении обратить внимание на усвоение связей, имеющихся в учебном материале. Раскрытие сущности и взаимообусловленности химических явлений немыслимо без установления связей между химическими веществами и реакциями. Подчеркивал большую значимость изучения связей между предметами и процессами окружающего нас мира, В. И. Ленин писал: «Чтобы действительно знать предмет, надо охватить, изучить все его стороны, все связи и „опосредствования“. Мыникогда’не достигнем этого полностью, но требование всесторонности предостережет нас от ошибок и омертвения» [4, с.290]. I.

Проведенное нами исследование показывает, что если взаимосвязи между отдельными структурными элементами учебного материала по химии не выделены в качестве самостоятельного объекта обучения, то системные знания у учащихся не формируются |278−281]. Так, только часть учащихся способна объяснить свойства веществ, исходя из .их строения, тогда как просто перечислить отдельные свойства вещества и особенности строения может большинство учащихся. Из всех взаимосвязей между периодической системой химических элементов и строением атома учащиеся 8 класса обычно замечают только половину. Около 70% учащихся 7 класса не знают, что определение щелочной среды, исхода' из изменения окраски индикатора, тесно связано с растворимостью оснований в воде. Еще хуже обстоит дело с умением дифференцировать и связывать отдельные знания об окислительно-восстановительных процессах.

В зависимости от возраста учащихся и характера учебного материала встречается до 20% таких учащихся, которые вообще не справляются с установлением связей в изучаемом материале. Они, как правило, не могут найти ни одной связи.

Анализ результатов вступительных экзаменов в вузах Эстонской ССР показывает, что знания выпускников общеобразовательной школы по химии не составляют единой системы. Их ответы содержат отдельные элементы знаний, между которыми отсутствует связь. Поступающие в вузы прекрасно знают, что натрий химически активнее меди, и правильно умеют написать уравнение реакции, протекающей между натрием и водой. Однако при описании реакции между натрием и водным раствором сульфата меди они допускают ошибки. Об отсутствии системных знаний свидетельствует и тот факт, что на вступительных экзаменах кандидаты в студенты не могут указать, какие вещества можно охарактеризовать с помощью предлагаемой экзаменатором реакции [261].

Аналогичные результаты получены и другими исследователями. Данные педагогического эксперимента, проведенного Н. А. Кузнецовой [94], показывают, что с установлением связей между строением вещества и его свойствами справились только 50−60% учащихся. В исследованиях Л. Н. Крючок и А. Э. Мациевского [92, 123] выявлены недостатки в знаниях учащихся при установлении связей между составом, строением и свойствами веществ, а также между вопросами энергетики химических процессов. Так, 41% учащихся отмечает усиление основных свойств гидроксидов сверху вниз в подгруппе щелочных металлов, но только 18% учащихся дают объяснение этому явлению на основании их состава и строения.

Исходя из результатов контрольных работ по неорганической химии, проведенных в 8 и 9 классах, В. Л. Рысс, Е. А. Кошелева и В. И. Сушко [156] утверждают, что учащиеся 8 классов не умеют связывать общую характеристику химического элемента с его положением в периодической системе и строением атома. Учащиеся 9классов испытывают затруднения в использовании своих знаний о смещении химического равновесия применительно к конкретным реакциям.

Советской дидактикой (И.Д.Зверев, И. Я. Лернер, Л. Я. Зорина, М.М.Левина) в настоящее время признана необходимость формирования у учащихся системных знаний, раскрыта их сущность и показаны основные пути их формирования [67−70, 109, 110−113] .

Несмотря на то, что важность вооружения учащихся системными знаниями по химии осознается и ставится на повестку дня советскими методистами (С.Г.Шаповаленко, Л. А. Цветков, А. А. Макареня, И. Н. Чертков, М. В. Зуева, Н. Е. Кузнецова, Е. Е. Минченков и др.), эта проблема в методике обучения химии разработана еще недостаточно^ поэтому учителя не всегда уделяют должное внимание этому аспекту обучения [71, 95, 96, 118, 126, 127, 204−209, 213, 215, 216]. Правда, в настоящее время уже появились работы (А.Л.Андриенко, А. В. Владыкина, О. Л. Шольц, А.И.Шаповалов), посвященные методике формирования взаимосвязей между строением и свойствами веществ в рамках отдельных тем школьного курса химии [12, 36, 217, 224]. Разработана методика формирования системных знаний по неорганической химии на основании учения о периодичности и по энергетике химических процессов [92,123].

Однако разработка частных вопросов не может заменить собой создания эффективной методики формирования системных знаний по химии в целом. Поэтому разработка целостной методики формирования системных знаний по химии представляется весьма актуальной. Она ведет к реализации принципа единства обучения, воспитания и развития учащихся как ведущего принципа обучения химии в советской школе.

Цель, задачи, объект и предмет исследования .

Исходя из недостатков в качестве знаний учащихся и требований к общему химическому образованию в развитом социалистическом обществе, целью данного исследования является разработка научно обоснованной целостной методики формирования системных знаний по химии.

Достижение поставленной цели исследования предполагает решение следующих частных задач:

1. Выявить состояние и основные направления теории и практики формирования системных знаний по химии.

2. Выяснить сущность процесса формирования системных знаний по химии и определить особенности этого процесса по отдельным звеньям обучения химии в общеобразовательной школе (изучение нового материала, повторение и закрепление, систематизация и обобщение знаний).

3. Разработать общие методические принципы и конкретные требования к процессу формирования системных знаний по химии.

4. Разработать теоретически обоснованные конкретные методики формирования системных знаний о химических веществах и процессах.

5. Экспериментально проверить эффективность и возможности применения теоретически разработанной методики формирования системных знаний по химии.

Объектом исследования является процесс обучения химии в общеобразовательной школе.

Предметом исследования является выявление1 закономерностей процесса формирования системных знаний по химии.

Научная новизна исследования.

Научная новизна данного исследования заключается в разработке методических основ формирования системных знаний по химии и результатах исследования, полученных при реализации целостной методики обучения. К защите выносятся следующие методические положения:

1. Исходной предпосылкой разработки методических основ и целостной методики формирования системных знаний по химии являлась идея целостности процесса обучения химии, взаимосвязи всех его компонентов. Это выражается в единстве обучения, воспитания и развития учащихся, а также содержательной и процессуальной сторон обучения химии. Излагаемый учебный материал и применяемые методы обучения связывает в единое целое цель обучения, которая в данном исследовании состоит в формировании системных знаний по химии. Исходя из идеи целостности процесса обучения химии, формирование системных знаний должно охватывать всю учебную работу по химии, начиная с изучения нового материала и кончая повторением, обобщением и проверкой знаний.

2. Формирования системных знаний по химии можно достичь построением учебного материала и организацией процесса обучения, основывающимися на принципе компактности и преемственности обучения химии. Согласно этому принципу все связи между изложением взаимосвязанных структурных элементов учебного материала должны быть по возможности короткими (требование минимального суммарного временного интервала), а изложение каждого последующего структурного элемента непосредственно л вытекать из предыдущего (требование непосредственной опоры на предыдущий материал).

В соответствии с принципом компактности и преемственности обучения химии реализуются все компоненты новой методики: отбор конкретных химических веществ и процессов, совершенствование последовательности изложения учебного материала, сочетание различных методов обучения, сквозное решение упражнений, и задач, направленных на усвоение взаимосвязей в учебном материале на протяжении всего процесса изучения химии в общеI образовательной школе.

3. Так как наибольший вклад в качество знаний учащихся по химии вносит целостная методика построения учебного материала, то нами нанесены следующие пути для оптимизации последовательности изложения учебного материала:

— перестройка последовательности изложения согласно принципу компактности и преемственности обучения химии;

— отбор учебного материала на основании обратной связи от построения учебного материала к его составу;

— учет сущности и особенностей познавательной деятельности учащихся при усвоении учебного материала о химических веществах и процессах.

4. Совершенствование построения учебного материала на основании принципа компактности и преемственности обучения химии можно обеспечить отбором химических понятий, теорий и фактического материала. При этом осуществляется обратный переход от построения учебного материала к его составу. Химические понятия и теоретические положения следует отбирать так, чтобы они связывали по возможности больший фактический материал.

Для того чтобы фактический материал тоже мог выполнять связывающую учебный материал функцию, все химические вещества и процессы следует отбирать таким образом, чтобы с помощью одного и того же вещества или одной и той же химической реакции можно было объяснить возможно большее количество излагаемого материала. Такой отбор конкретных химических веществ и реакций никогда не приведет к перегрузке учащихся фактическим материалом, а наоборот, будет содействовать уменьшению его объема.

5. Осуществление принципа компактности и преемственности расширяет функции методов обучения химии. Так, кроме обучающей, развивающей, организующей и диагностической [109] функций, в условиях формирования системных знаний по химии они выполняют и связывающую функцию, помогая соединению отдельных структурных элементов учебного материала в единое целое. При этом в первую очередь повышается связывающая роль демонстрационного химического эксперимента, показа различных наглядных пособий, проведения лабораторных и практических работ и решения экспериментальных задач.

Исследование процесса формирования системных зданий по химии на основании целостной методики, построенной по принципу компактности и преемственности, позволило впервые:

1) определить рольиудельный вес каждого компонента (отбор ичпостроение учебного материала, методы обучения) целостной методики в зависимости от содержания изучаемого материала;

2) выяснить удельный вес целостной методики обучения и умственных способностей учащихся по образованию свободных словесных ассоциаций при формировании системных знаний по химии;

3) выявить структуру познавательной деятельности учащихся при усвоении взаимосвязанных между собой знаний;

4) выявить причины неусвоения или неправильного усвоения связей между элементами знаний по химии;

5) определить условия понимания учащимися цели изучения данного учебного материала.

Гипотеза.

На основании разработанных нами теоретических положений была выдвинута следующая гипотеза для экспериментального иссле дования целостной методики формирования системных знаний по химии.

Отбор и построение учебного материала, а также организация всего процесса обучения химии на основании принципа компактности и преемственности:

— активизирует учащихся, содействует пониманию цели обучения, повышению уровня мотивации и интереса,.

— компенсирует отсутствие у учащихся способности усваивать взаимосвязанные между собой знания, что приводит к выполнению всеми учащимися требований, предъявляемых учебной программой по химии,.

— обеспечивает в конечном счете усвоение системных знаний по химии.

Теоретическое и практическое значение результатов исследования.

Теоретическое значение настоящего исследования заключается, в первую очередь, в раскрытии характера и сущности процесса формирования системных знаний по химии при изложении нового материала, его повторении, закреплении и проверке знаний.

Введение

в методику обучения химии разработанного нами принципа компактности и преемственности обучения по таким вопросам, как химические вещества и процессы, в значительной степени расширяет теоретические основы обучения химии в общеобразовательной школе. Как теоретическое, так и практическое значение имеют разработанные нами методы изучения процесса обучения химии в единстве его содержательной и процессуальной сторон: метод регистрации хода учения в условиях применения элементов программированного обучения, метод определения последовательности представления учебного материала, упражнений и задач. Теоретическое и практическое применение имеют также показатели оптимальности построения учебного материала и усвоения системных знаний, разработанные исходя из модели учебного материала.

Практическая ценность работы заключается в непосредственных возможностях и перспективах применения результатов исследования в повседневном учебно-воспитательном процессе. На основе разработанных методических положений можно перестроить обучение химии таким образом, чтобы оно обеспечило формирование у учащихся системных знаний по химии. Для этого уже разработаны методические пособия для учителей [189, 191, 252, 310] и учебные пособия для учащихся [253, 254, 258, 268, 274−277].

Принцип компактности и преемственности обучения химии и вытекающие из него требования к построению учебного материала являются методической основой для дальнейшей оптимизации последовательности изложения учебного материала в учебных программах по химии, учебниках и учебных пособиях.

В соответствии с принципами составления упражнений, задач и дидактических игр по химии можно составить сборники упражнений и задач, предназначенные для формирования взаимосвязанных между собой знаний, Разработанные новые типы упражнений, задач и дидактических игр по химии позволяют сделать изучение химии в общеобразовательной школе более многообразным и интересным.

Организация и методы исследования.

Настоящее исследование начали в 1969 году на кафедре неорганической химии Тартуского государственного университета. Там же выполнена вся научно-исследовательская работа по данной проблеме. Разработка теоретических основ формирования системных знаний по химии, создание целостной методики для их реализации и экспериментальное исследование процесса-усвоения системных знаний являются личным вкладом автора в изучение рассматриваемой здесь проблемы. В заключительном этапе экспериментального исследования принимали участие аспиранты и студенты химического отделения Тартуского госуниверситета.

Проведенную научно-исследовательскую работу можно условно разделить на три этапа. Первый из них был посвящен теоретическому анализу проблемы и разработке методических основ формирования системных знаний по химии. Анализ методологической, дидактической, психологической и методической литературы советских и зарубежных авторов позволил выделить проблему исследования, его объект, предмет, цели и задачи.

Методологической основой постановки и решения проблемы исследования являлись труды классиков марксизма-ленинизма о всеобщей связи явлений и процессов в природе, обществе и мышлении, причем это методологическое положение оставалось центральным на всех этапах настоящего исследования. Знания учащихся по химии должны быть взаимосвязанными. Благодаря взаимным связям и зависимостям учебный материал, методы и средства обучения составляют в своей совокупности целостную методику формирования системных знаний. И наконец, все методы исследования для изучения процесса формирования системных знаний еле?- ¦ дует также применять взаимосвязанно. При раскрытии общих понятий о системах и системности мы руководствовались работами советских философов В. Г. Афанасьева, И. В. Влауберга, Б. М. Кедрова, В. П. Кузьмина, В. Н. Садовского, М. И. Сетрова, А. И. Уемова [15, 23, 24, 81, 97, 165, 195, 19б] .

Теоретическое обоснование целостной методики формирования системных знаний по химии основывалось на трудах И. Д. Зверева, В. В. Краевского, М. Н. Скаткина, И. Я. Лернера, Л. Я. Вориной о системности знании [67−70, 88, II0-II3, 18о]. Психологические аспекты усвоения системных знаний по химии анализировались исходя из трудов В. В. Давыдова, П. Я. Гальперина, Н. А. Менчинской, Ю. А. Самарина [41, 42, 56, 124, 163]. При создании целостной методики формирования системных знаний по химии учитывались методические положения С. Г. Шаповаленко, Л. А. Цветкова, Д. П. Ерыгина, В. П. Гаркунова, А. А. Макарени, В. С. Полосина, Н. Е. Кузнецовой,.

Р.Г.Ивановой, Е. Е. Минченкова, И. Н. Черткова, М. В. Зуевой [43−46, 60, 71, 72, 95, 96, II8-I20, 126, 127, 204−209, 213−216].

Все методы исследования, применяемые в настоящей работе, в частности, при теоретическом анализе проблемы, отобраны и разработаны в строгом соответствии с особенностями объекта исследования и с поставленными задачами. За исходный момент в разработке как теоретических основ, так и целостной методики формирования системных знаний по химии были взяты состав и структура учебного материала. Согласно общим положениям теории содержания среднего образования под учебным материалом по химии мы понимаем тот уровень общего химического образования, на котором даны конкретные, подлежащие усвоению учащимися, фиксированные в учебниках, учебных пособиях, сборниках задач и т. п. элементы содержания, входящие в курс химии общег образовательной школы [180].

Учебный материал был выделен в качестве исходного момента в настоящей работе по следующим причинам:

1) логика учебного материала теснейшим образом связана с логикой всего процесса обучения химии;

2) качество знаний и умений учащихся в значительной мере зависит от структурных особенностей учебного материала;

3) учебный материал лучше других компонентов процесса обучения химии поддается моделированию математическими и логическими методами, что в свою очередь позволяет выделить количественные критерии для совершенствования его состава и структуры.

Основным методом изучения состава и структуры учебного материала было математическое моделирование. Обращение к точным методам при исследовании состава и структуры учебного материала, а также к закономерностям процесса обучения химии является объективной необходимостью, вытекающей, с одной стороны, из внутреннего развития методики обучения, и с другой — из требований, предъявляемых обществом к характеру знаний по химии. Методологическое обоснование использования математических, логических и кибернетических методов исследования в целях раскрытия сущности процесса усвоения системных знаний по химии заключается в единстве качественной и количественной сторон объектов и явлений окружающего мира.

С помощью теории графов была выяснена структура излагаемого учебного материала, разработаны количественные критерии для оптимизации построения учебного материала согласно принципу компактности и преемственности обучения химии, определены показатели, характеризующие результаты овладения системными знаниями. Теории конечных автоматов и алгоритмов использовались для изучения процесса формирования системных знаний в единстве его содержательной и процессуальной сторон.

В ходе теоретического анализа учебного материала и процесса его усвоения было определено наиболее оптимальное построение учебного материала, отобраны конкретные химические вещества и реакции, рассмотрение которых обеспечивает взаимосвязь между изложением отдельных структурных элементов, определены место и функции устного изложения учителя, показа наглядных пособий, демонстрационного химического эксперимента и лабораторных работ при формировании системных знаний по химии. Теоретическому анализу подверглось большинство тем школьного курса химии: «Первоначальные химические понятия», «Растворы. Вода. Основания», «Периодический закон и периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева. Строение атома», «Скорость химических реакций и химическое равновесие», «Сера», «Азот и фосфор», «Алюминий», «Железо», «Предельные и непредельные углеводороды», «Ароматические углеводороды» и др.

Второй этап исследования, проводившийся с 1973 по 1979 г., включал эксперментальное изучение частных аспектов процесса формирования системных знаний по химии. В задачи констатирующего и конструирующего экспериментов входило: а) выявление влияния структуры учебного материала на качество знаний по химииб) определение методических условий построения излагаемого материала, содействующих усвоению взаимосвязанных между собой знанийв) выяснение отношения и оценки учителями химии (экспертами) построения учебного материала исходя из разных методических принциповг) определение более оптимальных форм упражнений и задач с целью формирования системных знаний по химии и их проверки.

В этом этапе педагогического эксперимента принимали участие 2923 ученика из 94 классов 24 общеобразовательных школ Эстонской ССР. Распределение учащихся, участвовавших в первом этапе педагогического эксперимента, по разным классам и учебным годам, приведено в таблице I. В качестве экспертов были опрошены 8 учителей химии общеобразовательных школ и 12 преподавателей Тартуского госуниверситета.

Третий этап настоящего исследования был посвящен экспериментальной проверке целостной методики формирования сйстемных знаний по химии. В заключительном этапе педагогического эксперимента, как и в предыдущих, чередовались констатирующее и.

Таблица I.

Распределение учащихся в предварительном этапе педагогического эксперимента.

Классы 7 класс Число Число класуча-сов щихся 8 класс Число Число класуча-сов щихся 9 класс Число Число клаеуча-сов щихся 10 класс Число Число класуча-сов щихся II класс Число Число класуча-сов щихся Общее число классов учащихся.

I 2 3 4 5 6 7.

Учебный год 1972/73.

Экспериментальные классы Контрольные классы Общее число кле сов и учеников с- - — 8 262 8 262 итш — - 8 262 8 262.

Учебный год 1974/75.

Экспериментальные классы Контрольные классы Общее число кла сов и учеников I 38 1 39 с- 2 77 — - I 31 1 36 2 67 2 48 2 56 4 104 3 78 3 78 7 195 4 131 II 326.

2 3 4 5 в 7.

Учебный год 1976/77.

Экспериментальные классы — - б 187 6 165 3 57 — - 15 409.

Контрольные классы — - - — - — — - — — - —.

Общее число классоЕ и учеников — - б 187 6 165 г> 57 — — 15 409.

Учебный год 1978/79.

Экспериментальные классы 7 198 5 154 6 177 — — 7 169 25 698.

Контрольные классы — - - — — — - — — — - —.

Общее число классоЕ и учеников 7 198 5 154 6 177 — — 7 169 25 698.

Учебный год 1979/80.

Экспериментальные классы 17 658 — — — — 18 570 — — 35 1228.

Контрольные классы — — - — — — - — — — - —.

Общее число классоЕ и учеников 17 933 — — — — 18 570 — - 35 1228.

I 2 1 3 4 5 1 6 1 7.

Всего классов и учеников 26 933 II 341 '22 671 25 731 10 247 94 2923 конструирующее звенья экспериментального исследования. Перед заключительным экспериментом были поставлены следующие задачи: а) выяснить эффективность целостной методики формирования системных знаний о химических веществах и процессахб) определить удельный вес отдельных компонентов целостной методики в формировании системных знаний по химиив) выяснить понимание цели урока, уровень мотивации и интересов учащихся в условиях применения разработанной методики формирования системных знаний по химииг) выяснить отношение учителей и учащихся к разработанной методике формирования системных знаний по химии.

В заключительном этапе педагогического эксперимента, проводившемся с 1980 по 1982 г., принимали участие 8935 учащихся 7−11 классов из 298 классов 50 общеобразовательных школ Эстонской ССР. Распределение учащихся, участвовавших в заключительном педагогическом эксперименте, по разным классам и учебным годам приведено в таблице 2.

По мнению советских дидактов, методом педагогического эксперимента может пользоваться учитель, достаточно подготовленный теоретически для проведения опыта и умеющий анализировать полученные данные [125, 181]. Поэтому для ознакомления учителей химии экспериментальных классов с теоретическими основами формирования системных знаний и целостной методикой его осуществления, а также для обсуждения результатов педагогического эксперимента с этими учителями были проведены соответствующие семинары. С 1980 по 1982 г. нами было организовано и проведено по данной тематике всего 8 трехдневных семинаров в разных городах и районах республики.

Таблица 2.

Распределение учащихся в заключительном этапе педагогического эксперимента.

Классы 7 класс Число Число класуча-сов щихся 8 класс Число Число класуча-сов щихся 9 класс Число Число класуча-сов щихся 10 класс Число Число класуча-сов щихся II класс Число Число класуча-сов щихся Общее число классов учащихся.

I 2 3 4 5 6 7.

Учебный год 1979/80.

Эксперименталь ные классы Контрольные классы Общее число кл сов и учеников ас- 9 279 10 283 19 562 7 198 5 131 12 329 9 208 7 170 16 378 14 424 13 335 27 759 39 1109 35 919 74 2028.

Учебный год 1980/81.

Эксперименталь ные классы Контрольные классы Общее число кл сов и учеников 17 532 20 614 Э. С- 37 1146 23 787 26 792 49 1579 21 717 21 695 42 1412 20 632 20 633 40 1265 — — 81 2668 87 2734 168 5402 го о I [2 [ 3I 4]5[б ] 7.

Учебный год 1981/82.

Экспериментальные классы Контрольные классы Общее число классов и учеников 15 447 10 293 25 740 — - - - — - 16 432 15 333 31 765 31 879 25 626 56 1505.

Всего классов и учеников 62 1886 68 2141 54 1741 56 1643 58 1524 298 8935.

Выявление закономерностей процесса усвоения системных знаний по химии и проверка эффективности целостной методики их формирования предполагали применение, кроме педагогических, также психологических и социологических методов исследования. Так, вербальные способности учащихся экспериментальных и контрольных классов связывать отдельные структурные элементы учебного материала выяснялись с помощью теста на образование свободных словесных ассоциаций. Принципы построения учебного материала отбирались на основании оценок экспертов. Данные анкетного опроса учащихся позволили составить представление о восприятии ими цели урока и сохранении ее в течение урока, об уровне интереса к изучению материала в условиях применения целостной методики формирования системных знаний.

В ходе статистической обработки экспериментальных данных были вычислены средние показатели и их стандартные отклонения, характеризующие усвоение учебного материала как о структурных между элементах, так и о связях этими элементами. Для выявления закономерностей процесса формирования системных знаний и эффективности целостной методики обучения использовался корреляционный, факторный и регрессионный анализ полученных в ходе эксперимента данных. Особенности познавательной деятельности учащихся при усвоении системных знаний о химических веществах и процессах изучились с помощью теории вероятности -(теорема Байеса) и теории алгоритмов.

Апробация исследования.

На основании теоретических положений и практических результатов проведенного исследования разработаны и прочитаны спецкурсы по методике преподавания химии студентам химического и биологического отделений Тартуского государственного университета, курс по научно-исследовательской работе в области обучения химии слушателям факультета повышения квалификации при Ленинградском государственном педагогическом институте им. А. И. Герцена и курс по методике преподавания химии студентам педагогического факультета университетов г. Хельсинки и г. Юваскюла. Материалы настоящего исследования использовались и при разработке программы пятиэтапного цикла повышения квалификации учителей химии при Институте усовершенствования учителей Эстонской ССР [273]. Исходя из разработанных методических основ формирования системных знаний, Министерством просвещения ЭССР определены новые задачи обучения химии, направленные на выполнение решений июньского Пленума ЦК КПСС 1983 года.

Результаты исследования внедрены в практику школ Эстонской ССР. Для этого составлены методические пособия для учителей [252, .310] и учебные пособия для учащихся [254, 268, 274−277].

Основные теоретические положения и результаты данного исследования излагались на следующих международных, всесоюзных, межреспубликанских и республиканских конференциях, семинарах и совещаниях:

1. На III Научно-методической конференции преподавателей вузов республик Прибалтики, Белорусской ССР и Калининградской области РСФСР по программированному обучению и применению технических средств в учебном процессе (г.Рига, 1972).

2. На Всесоюзной конференции по проблеме: «Повышение эффективности проверки и оценки знаний, умений и навыков» (г.Москва, 1973).

3. На Республиканской методико-практической конференции.

Единство обучения и воспитания — основной принцип советской педагогики" (г.Вильнюс, 1973).

4. На III Республиканской научно-методической конференции «Научная организация учебной работы в высшей школе» (г.ТартуКяэрику, 1973).

5. На Всесоюзном совещании-семинаре заведующих кафедрами химических специальностей университетов СССР (г.Москва, 1974).

6. На Республиканских научно-методических конференциях «Педагогическая наука — школе» (г.Хаапсалу, 1976; г. Вильянди, 1979 и г. Пылва, 1981).

7. На семинаре по методике обучения химии при университете г. Гданска Польской № (г.Гданск, 1975).

8. На Республиканских научно-методических конференциях учителей химии (г.Таллин, 1974, 1979).

9. На 1У Зональной научно-методической конференции преподавателей вузов Эстонской ССР, Латвийской ССР, Литовской ССР, Белорусской ССР и Калининградской области РСФСР по применению технических средств в учебном процессе (г.Таллин, 1977).

10. На методической конференции учителей математических дисциплин Финляндии (г.Рованиеми, 1978).

11. На Всесоюзном совещании, посвященном совершенствованию преподавания химии в общеобразовательной школе (г.Одесса, 1979).

12. На Республиканской научно-практической конференции «Взаимосвязь трудового воспитания и профессиональной ориентации учащихся» (г.Рига, 1980).

13. На ХХХ1У и ХХХУ Герценовских чтениях при Ленинградском государственном педагогическом институте им. А. И. Герцена (г.Ленинград, 1981, 1982).

14. На Всесоюзной научно-методической конференции «Повышение эффективности методов обучения химии в средней школе» (г.Москва, 1982).

15. Б Учено-методическом совете Министерства просвещения СССР (г.Москва, 1982).

16. В предметной комиссии по химии Министерства просвещения ЭССР (г.Таллин, 1979;1982).

17. На семинарах учителей химии Эстонской ССР, Латвийской ССР и Литовской ССР (г.Вильнюс, г. Рига, г. Таллин, 1972;1983).

По теме диссертации автором опубликовано 56 научных работ, в том числе монография «Основы обучения химии в общеобразовательной школе» (14,4 печ.л., изд-во «Валгус», 1982), два учебника для общеобразовательной школы (Есего 18 печ.л., изд-во «Валгус», 1977 и 1978) и два сборника упражнений и задач (всего 14,4 печ.л., Хельсинки: ВСОЮ, 1979, 1981). Общий объем относящихся к диссертации публикаций свыше 70 печ.л.

Выводы по УН главе.

Исходя из особенностей школьного курса органической химии, для выявления рож теории строения вещества в процессе изучения химического состава и свойств углеводородов были разработаны следующие методические положения по перестройке построения учебного материала об углеводородах:

— изучение углеводородов начинается с рассмотрения специфики химической связи в их молекулах, от которой зависит количественный состав углеводородов;

— так как в названиях углеводородов отражается специфика химической связи, то номенклатуру углеводородов следует изучать в связи с их гомологическими рядами;

— изучение строения молекулы метана надо связывать с рассмотрением реакции замещения (хлорирования) и применением хлоропроивводных метана;

— при изучении этена и этина целесообразно рассматривать физические свойства этих веществ сразу после изложения их получения в лаборатории, что позволяет привить учащимся навыки наблюдения физических свойств веществ, образующихся в ходе реакций.

При повторении всего курса органической химии следует отказаться от рассмотрения учебного материала по классам органических соединений, а вместо этого, проводить повторение по трем циклам: углеводороды, кислородсодержащие органические соединения и углеводы, амины, аминокислоты. Применение методов сравнения и сопоставления по схеме специфика химической связи в молекулах данного соединения — номенклатура — химические свойства — изменение свойств в гомологических рядах позволяет сформировать у учащихся целостное представление об органических веществах.

Педагогический эксперимент по изучению нового материала об углеводородах и повторению всего курса органической химии на основе целостной методики формирования системных знаний выявил следующие преимущества созданной методики:

— она содействует формированию умений применять свои знания при определении класса органических соединений и их названий, а также при прогнозировании строения и свойств незнакомых учащимся органических веществ;

— на прогнозирование строения и физических свойств больше всего влияет применение методических схем', представляющих изменение строения и физических параметров веществ в зависимости от их химического состава;

— при изучении нового материала оптимизированное построение учебного материала и решение специальных упражнений и задач обеспечивают полное усвоение связей медцу составом, строением ¦и свойствами органических веществ, тогда как при повторении учебного материала об органических веществах по циклам роль построения излагаемого материала теряет свое влияние на результаты усвоения системных знаний.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

1.' Требования развитого социалистического общества к качеству процесса воспитания и обучения подрастающего поколения, с одной стороны, и несоответствие структуры знаний учащихся современным представлениям химии — с другой выдвинули необходимость формирования У учащихся общеобразовательных школ системные знания по химии, структура которых была бы адекватной структуре химической науки. Овладение системными знаниями составляет основу для возникновения у учаясихся химического стиля мышления.

2. Общеметодологической основой формирования системных знаний по химии является философский принцип системности. Системность — это интегральное свойство целостных систем, существующее объективно и независимо от нашего познания. На основе перехода от объективно существующей системности к системности современного химического познания можно выделить следующую логическую цепь: системность объективного процесса — системность методологического подхода — системность химических теорий — системность знаний учащихся по химии.

3. Анализ литературы по дидактике и методике обучения химии показал, что понятием системности как качества знаний пользуются в узком и широком смысле. Под системными в наиболее узком смысле понимают знания, структура которых адекватна структуре научной теории. Понятия системности знаний в узком смысле применимо липгь по отношению к естественнонаучным учебным дисциплинам, в первую очередь к физике. Под системными в более широком смысле понимают такие знания, структура которых соответствует структуре данной науки. Нельзя забывать, что любая наука содержит, кроме методологической, также предметную и субъективно-целевую стороны. Учитывая специфику состава и структуры школьного курса химии, следует, по нашему мнению, поставить перед обучением химии в общеобразовательной школе цель формирования у учащихся системных знаний в широком смысле этого понятия.

Системные знания по химии характеризуются следующими качествами :

— подвижностью, переносом приобретенных знаний в новые условия, на новые химические вещества и процессы;

— доказательностью, обоснованностью высказываемых суждений о химических веществах и процессах;

— возможностью применять приобретенные знания в практической деятельности. своей.

4. Из-за сложности и многогранности изучение закономерностей процесса формирования системных знаний по 'химии требует целостного подхода к объекту исследования, применения методов теоретического и экспериментального исследования в их единстве, до-: полнения педагогических методов психологическими, социологическими и математическими. Для исследования частных аспектов этого процесса были использованы:

— теории графов и автоматов для моделирования структуры учебного материала и процесса его изложения учителями, разработанные нами на основе модели учебного материала количественные показатели, характеризующие как положение каждого отдельного структурного элемента в общей системе учебного материала, так и построение всего материала как единого целого;

— немарковский алгоритм для изучения всей истории усвоения системных знаний по данному материалу с целью выявления особенностей умственной деятельности учащихся цри изучении учебного материала данного характера;

— используемый в психодиагностике ассоциативный эксперимент для выявления способности учащихся образовывать свободные словесные ассоциации;

— анкетирование учителей и учащихся с целью выяснения их отношения к примененной целостной методике формирования системных знаний и ее отдельным компонентам.

5. Закономерности усвоения учащимися связей в учебном материале дали основание для выдвижения принципа компактности и преемственности обучения химии как общего руководящего положения, на которое следует опираться при формировании системных знаний по химии. В соответствии с этим принципом все связи между изложением взаимосвязанных структурных элементов учебного материала должны быть как можно короче (требование минимального суммарного временного интервала), а изложение каждого следувытекать ющего структурного элемента должно непосредственно из предьцзу- • щего'(требование максимальной непосредственной опоры на предыдущий материал). В процессе формирования системных знаний по химии принцип компактности и преемственности распространяется на все компоненты целостной методики, которая включает:

— отобранный и построенный на основе требований минимального суммарного временного интервала и максимальной непосредственной опоры на предыдущие знания учебный материал, причем обратная связь между построением излагаемого учебного материала и его составом представляет собой общий методический принцип отбора конкретных химических веществ и реакций, который вместе с требованием теоретического и практического значения отобранных веществ и процессов составляет принцип многошункциональности при отборе учебного материала;

— методы изложения учебного материала вместе с использованием различных наглядных пособий, разработанные на основе модели изучения учебного материала;

— демонстрационный 'химический эксперимент и лабораторные работы, выполняющие функцию связывания отдельных структурных элементов в единое целое и обеспечивающие тем самым непосредственный переход от изучения одного структурного элемента к следующему;

— систему задач, упражнений и дидактических игр, направленных на усвоение системных знаний, включая задачи и упражнения следующих типов: задания по установлению связей в учебном материале (задания в виде таблицы, задания по свободному образованию связей и задания в форме классических тестов) и задания по формированию экономически грамотного и критического мышления.

6. Логический анализ и оптимизация построения учебного материала на основе принципа компактности и преемственности обучения позволили выявить следующие методические положения по формированию системных знаний, подтвержденные педагогическим экспериментом и касающиеся перестрожи учебного материала. При изучении первоначальных химических понятий построение учебного материала в последовательности: предмет и методы химии, строение вещества, состав вещества и свойства вещества обеспечивает:

— изложение знаний о составе, строении и свойствах веществ в их единстве, составляющем общую ведущую идею при формировании понятия о веществе;

— понимание того, что постоянный химический состав и свойства присущи только чистому веществу;

— рассмотрение каждой химической реакции как свойства исходных веществ.

Формирование понятия растворимости осуществляется в три этапа:

— определение понятия и раскрытие его внутренней структуры (Растворы);

— рассмотрение растворимости как свойства вещества (Вода);

— связывание растворимости с другими свойствами вещества (Основания).

При изучении строения атома в связи с периодической системой химических элементов целесообразно выделить следующие группы взаимосвязанных понятий:

— понятие ядра атома объединяет понятия о числе протонов в ядре, заряде ядра, порядковом номере, массовом числе и изотопах, что с саг-лого начала темы приводит к формированию понятия о химическом элементе и связях между этими понятиями;

— в группу понятий, составляющих исходный момент для рассмотрения электронной структуры атома, входят электрон, электронная оболочка, число электронов в атоме и связи между числом электронов и другими понятиями;

— понятия «период» и «ряд» изучаются в связи с числом электронных слоев в атоме;

— понятие группы изучается в связи с понятием «число электронов в наружном слое» и «максимальная степень окисления» ;

— понятие распределения электронов по орбиталям объединяет понятия «орбиталь», «спин электрона», «электронная пара» и «число электронов на разных орбиталях» .

Для усвоения понятия скорости химических реакций нужно индуктивное построение учебного материала. При этом еще до введения понятия скорости химических реакций следует:

— охарактеризовать влияние природы реагирующих веществ на скорость реакций;

— обратить внимание учащихся на изменение концентрации одного из исходных веществ и время.

При рассмотрении металлов и неметаллов нами выделены следующие положения:

— изложение учебного материала об отдельных металлах и неметаллах, начинаемое с их физических свойств, сразу дает учащимся правильное представление о простом веществе и его визуально воспринимаемых свойствах, что влияет на рост уровня мотивации и интерес к предмету;

— изучение сплавов в непосредственной связи с физическими свойствами металлов позволяет показать области применения металлов в составе различных сплавов для улучшения их свойств;

— изложение положения химических элементов в периодической системе в связи со строением атома и значениями степени окисления расширяет знания учащихся о причинах разнообразия соединений металлов и неметаллов, связывание значений степени окисления 'с изменением окислительно-восстановительных и кислотно-основных свойств соединений металлов и неметаллов обеспечивает правильное. понимание их химического характера;

— приближение изложения основ производства металлов, неметаллов и их соединений к химической сущности реакций их образования. содействует лучшему пониманию технологических особенностей этих процессов.

Для формирования системных знаний об углеводородах можно рекомендовать следующее:

— изучение углеводородов начинать с рассмотрения специфики химической связи в их молекулах, от которой зависит количественный состав углеводородов;

— так как в названиях углеводородов отражается специфика химической связи, то номенклатуру углеводородов следует изучать в связи с их строением и гомологическими рядами;

— изучение строения молекулы метана лучше всего связать с рассмотрением реакции замещения (хлорирования) и применением хлоропроизводных метана;

— при изучении этена и этина целесообразно рассматривать физические свойства этих веществ сразу после изложения их получения в лаборатории, что позволяет привить учащимся навыки наблюдения физических свойств веществ, образующихся в ходе реакций.

7. При повторении и обобщении учебного материала о металлах и неметаллах в целях формирования системных знаний о них следует:

— отказаться от традиционного способа повторения химических элементов по группам периодической системы и рассматривать как металлы, так и неметаллы по целостным методическим схемам;

— отбирать конкретные химические вещества и процессы для повторения по принципу их многофункциональности, учитывая их типичность, теоретическое и практическое значение.

Повторение и обобщение курса органической химии рекомендуется проводить по трем циклам: углеводороды, кислородсодержащие органические соединения и углеводы, амины, аминокислоты. Применение методов сравнения и сопоставления по схеме: специфика 'химической связи в молекулах данного соединения — номенклатурахимические свойства — изменение свойств в гомологических рядах позволяет сформировать у учащихся целостное представление об органических веществах.

8. Педагогический эксперимент показал, что целостная методика формирования системных знаний:

— обеспечивает усвоение системных знаний со всеми показателями этого качества: учащиеся умеют устанавливать связи разного типа в учебном материале, раскрывать сущность химических явлений, логично, доказательно и обоснованно излагать свои знания о химических веществах и процессах, могут применять приобретенные знания в новых ситуациях, по отношению к новым веществам и процессам, еще неизвестным игл, прогнозировать их состав, строение и свойствакроме того, наличие системных знаний положительно влияет на запоминание учебного материала-:

— без применения целостной методики установление связей в учебном материале зависит от частоты совместного предъявления пар структурных элементов в учебнике, а изложение разных структурных элементов вместе без раскрытия сущности их взаимоотношений может вести к возникновению ошибочных ассоциаций;

— содействует восприятию и запоминанию цели изучения данного учебного материала, а результаты учения зависят от того, как учащиеся помнят цель в течение всего процесса ученияусвоение.

— поскольку связей в учебном материале зависит от способности учащихся образовывать свободные реальные словесные ассоциации, то целостная методика формирования системных знаний компенсирует отсутствие или недостаточность вышеупомянутой способности, приводя к усвоению системных знаний всеми учащимися.

Педагогический эксперимент показал следующие пути1совершенствования управления познавательной деятельностью учащихся: переход от анализа к синтезу при составлении химических формул, уравнений химических реакций и электронных конфигурации или от индукции к дедукции при подготовке учащихся к усвоению абстрактных химических понятий и теорий.

9. Отдельные компоненты целостной методики выполняют в процессе формирования системных знаний следующие функции:

— построение учебного материала влияет на общую логику знаний, формирует умение самостоятельно и доказательно излагать свои мысли;

— система задач, упражнений и дидактических игр содействует установлению связей в учебном материале, усвоению. взаимосвязей между химическим составом, строением и свойствами веществ;

— применение схем, представляющих изменение свойств в зависимости от состава и строения веществ (в гомологических рядах), а также окислительно-восстановительных и кислотно-основных свойств в зависимости от степени окисления 'химического элемента (при изучении соединений металлов и неметаллов), приводит к усвоению этих зависимостей учащимися.