автореферат и диссертация по педагогике 13.00.02 для написания научной статьи или работы на тему: Химический эксперимент прикладного характера как метод достижения полноты знаний по органической химии

Автореферат диссертации по теме "Химический эксперимент прикладного характера как метод достижения полноты знаний по органической химии"

На правах рукописи

Головнер Владимир Нодарович

ХИМИЧЕСКИЙ ЭКСПЕРИМЕНТ ПРИКЛАДНОГО ХАРАКТЕРА КАК МЕТОД ДОСТИЖЕНИЯ ПОЛНОТЫ ЗНАНИЙ ПО ОРГАНИЧЕСКОЙ

ХИМИИ

Специальность 13.00.02 - теория и методика обучения и воспитания (химия)

Автореферат

диссертации на соискание учёной степени кандидата педагогических наук

2 5МАР 2015

Москва 2015

005561055

Работа выполнена на кафедре методики обучения химии государственного автономного образовательного учреждения высшего профессионального образования города Москвы «Московский институт открытого образования»

Научный руководитель:

Оржековский Павел Александрович

доктор педагогических наук, профессор, заведующий кафедрой обучения химии ГАОУ ВПО «Московский институт открытого образования»

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

Пичугина Галина Васильевна

доктор педагогических наук, кандидат химических наук, профессор, главный научный сотрудник ФГНУ «Институт содержания и методов обучения» Российской Академии образования

Шипарева Галина Афанасьевна

кандидат педагогических наук, учитель химии ГБОУ города Москвы Гимназия № 1505

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский педагогический государственный университет»

Защита состоится « /4» С4 2015 года в 14. СО

часов на заседании

диссертационного совета Д 212.155.03 в Московском государственном областном университете по адресу: 101410, Московская область, г. Мытищи, ул. В. Волошиной, д. 24, ауд. 627.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного областного университета по адресу: 105005, г. Москва, ул. Радио, д. 10а.

Автореферат разослан «/<?» 03 2015 года и размещен на сайте http://www.mgou.ru.

Ученый секретарь диссертационного совета, Кандидат биологических наук, доцент

¿и

А.П. Коничева

Общая характеристика работы

В связи с переходом старшей школы к профильному обучению структура школьного курса химии в последние годы подверглась серьезным изменениям и продолжает изменяться. Сокращение объема часов, отводимых на изучение химии в классах социально-гуманитарного и других нехимических профилей, привело к вынужденному изъятию из программы ряда разделов, содержащих системообразующие для этой науки понятия и закономерности, оторванности многих тем (особенно в курсе органической химии) от сферы повседневного практического опыта учащихся.

Все указанные причины приводят к снижению мировоззренческого и познавательного потенциала школьного курса химии (в том числе, органической химии), и, как следствие этого, к снижению мотивированности и позпавательной активности учащихся при изучении предмета. Результатом становится ухудшение качества знаний по предмету.

В данной работе два основных термина используются в следующих значениях:

«прикладной химический эксперимент» - вид учебной деятельности, разновидность ученического химического эксперимента, в котором проводимые в учебных целях опыты связаны с веществами и процессами, известными учащимся из повседневного опыта, либо являются промышленно важными;

«полнота знаний» - одно го качеств знаний, совокупность существенных признаков изучаемых понятий и других видов знаний, существенные связи между элементами знаний; умения эти знания применять.

В условиях преподавания органической химии на базовом уровне (в классах нехимических профилей) в структуре качеств знаний важнейшим становится такое качество. как полнота знаний — совокупность программных знаний об изучаемых объектах, усвоенных учащимися, и умений эти знания применять. Полные знания по предмету (в условиях минимизации их количества) позволяют заложить основы химической картины мира, важнейшие мировоззренческие представления, сформировать навыки безопасного поведения человека в быту и на производстве. По этой причине полнота знаний и условия ее достижения были выбраны темой данного диссертационного исследования.

Полнота знаний в процессе преподавания обычно достигается путем многократного повторения изучаемых единиц знаний, в том числе при решении различного вида задач, а также за счет реализации внутрипредметных связей между изучаемыми темами. В условиях преподавания химии на базовом уровне методический ресурс учителя оказывается: резко сокращен, поскольку большинство изучаемых понятий, фактов, теорий и др. учитель успевает только назвать, то есть включить в познавательный процесс номинально. Следствием этого становятся неполные предметные знания учащихся.

Решить эту проблему можно путем использования таких методов обучения, которые позволят повысить мотивацию учащихся к овладению ими. Таким методом может быть особым образом разработанный ученический химический эксперимент прикладного характера.

Химический эксперимент прикладного характера широко представлен в отечественной и зарубежной методической .литературе (JI.A. Цветков, Э.Г. Злотников, Т.В. Северюхина, Н.И. Солодкова, K.M. Джимбладзе, Г.А. Савина, Д.С. Исаев, П.И. Беспалов, Е.В. Игошева, Г.В. Пичугина, Г.А. Шиларева и др., а также серия публикаций в Journal of Chemical Education, переведенных нами в рамках данного исследования). Однако в отечественной практике обучения химии химический эксперимент прикладного характера обычно рассматривается как предмет внеурочной деятельности учащихся (например, в рамках исследовательских проектов, элективных курсов, факультативов и др.) и мало связан с учебным содержанием курса органической химии. Его возможности в рамках преподавания систематического курса химии на базовом уровне практически не изучены, что и создает проблему исследования.

Проблема исследования. состоит в разрешении противоречия между большим потенциалом прикладного химического эксперимента для повышения познавательной активности и, как следствие этого, достижения полноты знаний учащихся по органической химии и недостаточной изученностью его возможного предметного содержания и вариантов включения в систематический учебный курс органической химии, изучаемый на базовом уровне.

Разрешению указанного противоречия может способствовать разработка прикладного химического эксперимента, содержательная часть которого нацелена на процессы и вещества, известные учащимся из повседневной жизни, а подбор учебных заданий сделан таким образом, что при их выполнении осуществляется повторение, систематизация и обобщение отдельных разделов курса органической химии. Иными словами, выполняемые учащимися опыты

не выходят за пределы базового курса органической химии, но при этом носят выраженный практико-ориентпровашшй характер. Разработка такой системы опытов может рассматриваться как актуальная задача методики преподавания химии.

Цель настоящего исследования состоит в том, чтобы разработать содержание и методику выполнения системы химических опытов прикладного характера, способствующих достижению полноты знаний учащихся классов нехимических профилей по органической химии.

Объект исследования - процесс обучения органической химии.

Предмет исследования - методические условия достижения полноты знаний учащихся при обучении органической химии на базовом уровне.

Гипотеза исследования. Более полные предметные знания учащихся в условиях преподавания органической химии на базовом уровне могут быть достигнуты, если. использовать в процессе обучения систему химических опытов прикладного характера, которые содержательно связаны с личностным опытом учащихся, а тематически являются составной частью изучаемого курса.

Для достижения поставленной цели в соответствии с выдвинутой гипотезой были определены задачи исследования:

1) изучить существующий опыт использования химического эксперимента прикладного характера при обучении органической химии, уточнить содержание понятия «прикладной эксперимент» и разработать его типологию;

2) на основании анализа методической и психолого-педагогической литературы выявить условия достижения полноты знаний учащихся при обучении химии и возможности прикладного учебного эксперимента для создания этих условий;

3) сформулировать требования к содержанию химического эксперимента прикладного характера, способствующего достижению полноты предметных знаний по оргалической химии у учащихся;

4) разработать систему химических опытов прикладного характера, соответствующих указанным требованиям;

5) определить эффективность разработанной системы химических опытов прикладного характера для повышения положительной мотивации к учению и достижения полноты знаний по органической химии у учащихся классов нехимических профилей.

Теоретико-методологической основой исследования являются:

• Теория деятельности А.Н. Леонтьева;

• психолого-педагогические воззрения на мотивацию, ее состав, структуру, способы формирования и измерения (В .Г. Асеев, Ю.К. Бабанский, Л И. Божович, О.С. Гребенюк, С.Т. Григорян, B.C. Ильин, А.Н. Леонтьев, А.К. Маркова, М.В.Матюшин, В.Ф. Моргун, Н.Г. Морозова, С.Л. Рубинштейн, И.М. Титова Г.И. Щукина, П.М. Якобсон, и др.);

• образовательная модель личностао-ориентированного обучения (Т.В. Машарова, Н.Г. Свинина, И.С. Якиманская);

• представления о знании, его видах, качествах, о структуре качеств знаний и, в частности, полноте знания, как одном из его качеств, а также об условиях повышения качества знаний и способах его измерения (Н.Ф. Белокур, М.А. Данилов, Э.А.Красновский, Т.Л.Коган, И.Я. Лернер, В.М. Полонский, В.Л. Рысс, В.И. Ростовцева, М.И. Скаткин, В.П.Стрекозин, Н.Ф. Талызина, A.B. Усова, С.Г. Шаповаленко и др.);

• теория и методика химического эксперимента в средней школе (В. Н. Верховский, Д. М. Кирюшкин, К. Я. Парменов, В. С- Полосин, В. В. Фельдт, Л. А. Цветков, И. А. Черняк, И. Н. Чертков, Т.С. Назарова и В.Н. Лаврова, Г.В. Пичугина, Г.А. Шипарева и др.).

Для решения поставленных задач использовались следующие методы исследования: теоретические (анализ методической, психолого-педагогической литературы по проблеме исследования) и экспериментальные (наблюдение, анкетирование, проведение проверочных работ, педагогический эксперимент с последующей математической обработкой его результатов и анализом полученных результатов).

Исследование проводилось в несколько этапов.

1 этап — констатирующее исследование (1995-1996 гг.). Определено состоя!гие проблемы использования прикладного эксперимента при обучении органической химии. Обзор новых разработок в области прикладного эксперимента продолжался на всех последующих этапах исследования.

2 этап — теоретический. Разработаны требования к прикладному эксперименту, позволяющие включить его в систематический курс химии. Разработано содержание системы прикладных опытов по органической химии и методика оценки их влияния на полноту знаний учащихся по органической химии (1996-1997 гг.);

3 этап - поисковый эксперимент (1997- 2008 гг.) на базе ГОУ СОШ № 1259 (Москва). В ходе поискового эксперимента осуществлена отработка техники и методики проведения прикладного химического эксперимента в форме практикума; разработаны методы и материалы для диагностики полноты знаний; выполнена первичная оценка эффективности методики; внесены коррективы в методику проведения практикума и методику диагностики качества знаний. В поисковом эксперименте принял участие 221 учащийся.

4 этап - формирующий эксперимент (2009-2011 гг.). В ходе формирующего эксперимента осуществлена проверка выдвинутой рабочей гипотезы. В формирующем эксперименте приняли участие 160 учащихся десятых общеобразовательных классов четырех школ: МБОУ СОШ № 2 г. Людиново (Калужская обл.), МОУ СОШ № 11 г. Ейск (Краснодарский край), ГОУ СОШ № 1259 г. Москвы и ЦО № 293 г. Москвы.

5 этап — анализ результатов педагогического эксперимента, обобщение результатов исследования (2011-2012 гг.).

Научная новизна исследования заключается в следующем:

• Прикладной химический эксперимент впервые использован как метод повышения качества знаний при изучении систематического курса органической химии базового уровня;

• Впервые разработана типология прикладного химического эксперимента по различным основаниям, позволяющая:

а) структурировать методический опыт, накопленный в этой области и указать пути дальнейшего развития этого вида учебного эксперимента;

б) эффективно осуществлять подбор лабораторных опытов прикладного содержания для решения конкретных учебно-методических задач;

• Разработаны требования к содержанию прикладного эксперимента, способствующего достижению полноты знаний по органической химии:

а) содержание опытов должно в сознании учащихся прямо соотноситься с содержанием курса органической химии базового уровня (не расширяя и не углубляя этот курс);

б) содержание опытов должно охватывать обе равнозначные области прикладного эксперимента (личностно актуальный и общественно актуальный);

7

в) содержание опытов должно быть равномерно распределено между выявленными типами прикладного эксперимента;

г) содержание опытов и методика их выполнения должны вьрывать у учащихся положительные эстетические переживания.

Теоретическая значимость исследования заключается в следующем:

• уточнены цели и содержание прикладного химического эксперимента как одного из методов «окультуривания» субъектного опыта учащихся в курсе химии базового уровня;

• уточнен объем понятия «полнота знаний», в соответствии с этим охарактеризованы его структурные элементы (совокупность существенных признаков изучаемых понятий и других видов знаний, существенные связи между элементами знаний; умения эти знания применять) и способы измерения;

• установлены связи между использованием прикладного химического эксперимента и достижением полноты знаний по органической химии на базовом уровне, а также изучены пути реализации этих связей.

Практическая значимость исследования заключается в следующем:

• разработана система химических опытов прикладного характера (практикум по органической химии), содержательно связанная с систематическим курсом органической химии, изучаемым на базовом уровне;

• разработаны практические рекомендации по проведению практикума с прикладным содержанием и варианты включения практикума в учебно-тематический план курса органической химии.

• обоснована значимость такого качества знаний как «полнота» для использования в качестве критерия результативности обучения химии в классах нехимических профилей.

Апробация исследования й распространение опыта

Основные положения и результаты исследования отражены в многочисленных публикациях автора, а также были представлены и получили одобрение научного сообщества на следующих научно-практических мероприятиях:

• международная научно-практическая конференция «Научный потенциал личности: концептуальные основания и технологический контекст» в Белгороде (2011 г.),

• 58-я Всероссийская научно-практическая конференция с международным участием «Актуальные проблемы химического и экологического образования» в Санкт-Петербурге (2011 г.),

• V Общероссийская научно-практическая конференция с международным участием «Исследовательская деятельность учащихся в современном образовательном пространстве» в Москве (2011 г.).

• всероссийская научно-практическая конференция «Теоретические и практические аспекты развития современного образования» в Чебоксарах

(2011 г.),

• заседания кафедры методики преподавания химии Московского института открытого образования (2009-2012 гг.).

Отдельные этапы исследования представлялись педагогическому сообществу путем многолетнего распространения опыта работы автора на семинарах, круглых столах, педагогических марафонах, педагогических слетах, фестивалях во многих регионах России:

• российско-британский семинар «Привлечение молодежи в науку», Москва, 2005 г.,

• международный Круглый стол «Вопросы естественнонаучного и гуманитарного образования» в рамках Дней Московского образования в Болгарии, г. София, Болгария,

• московский городской марафон учебных предметов (2002, 2004 и 2007 гг.).

• семинар «Обновление содержания образования и реализация передовых педагогических технологий», г. Иваново, 2003 г.,

• семинар «Актуальные подходы к преподаванию естественных наук в условиях модернизации образования», Черкесск, Карачаево-Черкесская Республика, 2006 г.,

• городской семинар «Организация эксперимента при обучении химии», Москва, 2011 г. и др.

На защиту выносятся следующие положения:

1) в структуре качеств знаний именно полнота знаний является главным критерием успешности обучения в условиях преподавания химии на базовом уровне в классах нехимических профилей;

2) прикладной химический эксперимент способствует достижению полноты знаний учащихся следующими путями: как эффективный метод предметного обучения; как метод целенаправленного формирования учебной мотивации у учащихся; как метод личностно-ориентированного обучения;

3) характер исследуемых веществ и процессов, а также принадлежность прикладного эксперимента к определенной форме организации обучения и определенному характеру организуемой познавательной деятельности могут служить основой для определения типов прикладного химического эксперимента;

4) содержание разработанной системы опытов прикладного характера должно охватывать обе равнозначные области прикладного эксперимента (личностно актуальный и общественно актуальный);

5) содержание опытов и методика их выполнения должны вызывать у учащихся положительные эстетические переживания;

6) Эффективность разработанной методики может быть оценена по количественным показателям полноты знаний: коэффициенту полноты усвоения знаний и коэффициенту полноты выполнения операций.

Структура диссертации

Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, библиографии и приложений. Общий объем диссертации - 215 стр., в том числе 184 страницы основного текста и 31 страница приложений. Текст иллюстрируют 25 таблиц и 27 рисунков. Библиографический список содержит 125 наименований.

Основное содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы, определены объект, предмет, сформулированы цель, гипотеза и задачи исследования; определены методологическая основа и методы, раскрыты научная новизна, теоретическая и практическая значимость исследования; приведены положения, выносимые на защиту.

В первой главе диссертации «Роль и место прикладного эксперимента в обучении органической химии» дается характеристика качеств знаний как способа описания целей обучения; рассмотрена структура качеств знаний; обоснован выбор такого качества как полнота знаний в качестве критерия эффективности предлагаемой методики; проанализированы педагогические условия достижения полноты знаний и роль в этом прикладного химического эксперимента.

В дидактике принято выделять следующие цели обучения: знания, опыт реализации способов деятельности (умения и навыки), опыт творческой деятельности и опыт эмоционального отношения к миру (И.Я. Лернер). В указанной системе целей знания играют ключевую роль, но при этом дидакты расходятся в толковании объема понятия «знание». И.Я. Лернер предлагает различать знания на начальном этапе обучения (усвоенная информация) и знания на конечном этапе (осознание связей между единицами знания и готовность применять знание), то есть знания, фактически включающие в себя умения и навыки. В.Л. Рысс вводит представление об «итоговом знании», включающим в себя умения как интегральную часть и являющимся, таким образом, действенным знанием. В данном исследовании принят именно такой подход к характеристике знания, соответствующий утверждению А.Н. Леонтьева о том, что знание проявляет себя только в действии.

Для того чтобы использовать знание как критерий результативности обучения, необходимо не только определить понятие, но и выявить разные его стороны, которые в педагогической литературе принято называть качествами знаний. В структуре качеств знаний традиционно выделяют полноту, глубину, систематичность, системность, оперативность, гибкость, конкретность, обобщенность, развернутость, свернутость, осознанность и прочность (И.Я. Лернер; В.М. Полонский). Некоторые исследователи выделяют также такие качества, как действенность (Н.Ф. Белокур), точность и правильность знаний (М.А. Данилов), идейно-теоретический уровень (В.П. Стрекозин), конкретность, единство теоретических и практических знаний (С.Г. Шаповаленко). Качества знаний находятся в определенных связях друг с другом, образуя иерархическую структуру.

Для целей данного исследования в качестве критерия эффективности предлагаемой методики в условиях преподавания химии как непрофильной дисциплины в старших классах используется такое качество знаний, как полнота. Сделано это по следующим причинам. Во-первых, полнота знаний в трудах дидактов рассматривается как базовое качество, необходимое для

формирования других качеств. Во-вторых, если большинство других качеств знаний являются свойствами личности, которые в значительной степени могут быть сформированы в рамках других (профильных) предметов и, в той или иной мере самостоятельно перенесены учащимся на предметную область «химия»" то полнота знаний может быть сформирована только на уроках химии,

В содержательном определении понятая «полнота» мнения дидактов расходятся. Одни определяют полноту через число существенных признаков изучаемых понятий и других видов знаний (Н.Ф. Белокур, В.М. Полонский), другие (И.Я. Лернер) считают, что в понятие полнота включаются и существенные связи между элементами знаний. Мы в данном исследовании придерживаемся последней позиции и, кроме того, в соответствии с изложенным выше мнением о том, что знания могут быть проявлены лишь в деятельности, включаем в понятие «знания» (точнее, «итоговое знание» по В.Л. Рысс) также и умения учащихся. Таким образом, под полнотой знания в данном исследовании понимается совокупность существенных признаков изучаемых понятий и явлений, понимание связей между ними и умение эти элементы знаний применять.

В трудах И.Я. Лернера, М.И. Скаткина, В.В. Краевского, В.М. Полонского, Э.А. Красновского, М.А. Данилова, В.И. Ростовцевой, Н.Ф. Белокура и других рассматриваются педагогические условия повышения качества знаний и, в том числе, полноты знаний. В диссертационном исследовании выделены те из этих условий, к созданию которых может иметь отношение предлагаемая методика (прикладной химический эксперимент):

1. оптимальный выбор методов обучения.

2. мотивация учащихся посредством повышения значимости знаний и учебной деятельности;

3. адресация учебно-познавательной деятельности к личностным запросам учащихся (личностно-ориентированное обучение);

Охарактеризуем кратко каждый из этих аспектов.

1) Одним из условий достижения полноты знаний является оптимальный выбор методов обучения. И Л. Лернер считает, что ведущую роль при этом играет объяснительно-иллюстратавный метод, к которому и относится учебный химический эксперимент. В трудах известных методистов (В. Н. Верховский, Р.Г. Иванова, Д. М. Кирюшкин, В. В. Левченко и М. А. Иванова, К. Я. Парменов, В. С. Полосин, В. В. Фельдт, Л. А. Цветков, И. А. Черняк, И. Н.

Чертков и др.) вскрыта важная особенность химического эксперимента в преподавании химии, которая заключается в том, он одновременно является и специфическим методом, и, в то же время, средством обучения. Более того, в определенном смысле химический эксперимент сам является предметом изучения. В курсе органической химии химический эксперимент приобретает особое значение. Связано это с тем, что курс органической химии в школе в большой степени является умозрительным и требует от учащихся развитого абстрактного мышления. Однако программный эксперимент по органической химии также носит весьма отвлеченный характер, поскольку мало связан с естественным опытом учащихся. Между тем, И.Я. Лернер указывает, что для обеспечения полноты знаний весьма важно, чтобы применение знаний проводилось не на «нейтральном», а на «существенном» учебном материале. Такую возможность открывает прикладной химический эксперимент. Важность прикладной направленности эксперимента единодушно подчеркивают и методисты, и учителя-практики (Г.М. Чернобельская, Н.И. Габрусева, И.М. Титова). В диссертационном исследовании уточнено содержание понятия «прикладной эксперимент». Исходя из представлений И.Я. Лернера о составе «прикладного знания», прикладным следует считать не любой химический опыт, связанный с явлениями и веществами окружающей действительности, а лишь тот, который в сознании учащихся может быть связан с изученными ими в курсе органической химии свойствами веществ и закономерностями их проявления. Кроме того, Л.А. Цветков указывает на двоякий характер прикладного химического эксперимента, который, с одной стороны, должен быть направлен на вещества и явления бытового характера, с которыми учащиеся могут сталкиваться в повседневной жизни (эксперимент, имеющий личную актуальность), а, с другой стороны, должен включать химические опыты, которые воспроизводят промышленно важные процессы (эксперимент, имеющий общественную актуальность).

2) Исходя из представлений о мотивации как психологической категории (В.Г. Асеев, Л.И. Божович, А.Н. Леонтьев, А.К. Маркова, Н.Г. Морозова, В.Ф. Моргун, С.Л. Рубинштейн и др.) и о ее педагогических аспектах (Ю.К. Бабанский, О.С. Гребенюк, Л.А. Головачева, С.Т. Григорян, B.C. Ильин, Н.Е. Кузнецова, М.В. Матюшина, Г.И. Щукина и др.), в диссертационном исследовании проанализированы возможности прикладного химического эксперимента как метода целенаправленного формирования мотивации к изучению химии. С этих позиций сформулированы критерии отбора его возможного содержания.

В отечественной психолого-педагогической литературе большое число исследований посвящено целенаправленному формированию мотивации (B.C. Ильин, В.Г. Асеев, Г.И. Щукина, А.К. Маркова, О.С. Гребенюк, С.Т. Григорян, и др.). Отбором содержания обучения, содействующего формированию и развитию учебной мотивации применительно конкретно к курсу химии, занималась, в частности, И.М. Титова. Предложенные ею принципы в рамках задач нашего исследования можно считать программой формирования содержания химического эксперимента прикладного характера, который в качестве метода развития мотивации к изучению химии должен удовлетворять следующим требованиям:

• удовлетворять и поощрять естественный интерес учащихся к объяснению явлений окружающего мира, бытовым наблюдениям, преодолевая тем самым комплекс «отложенной мотивации»;

• демонстрировать возможности научно-технического прогресса, вызывая интерес к перспективам развития химии;

• демонстрировать красоту процесса познания (иными словами, эксперимент должен быть содержательно разработан и аппаратурно оформлен так, чтобы вызывать положительные эстетические переживания у учащихся).

3) В диссертационном исследовании показано, что ученический химический эксперимент прикладного характера может рассматриваться как метод личностно-ориентированного обучения. В концепции личностно-ориентированного обучения (И.С. Якиманская, Т.В. Машарова, Н.Г. Свинина) важное место занимает представление о «субъектном опыте» учащихся (опыт жизнедеятельности, приобретенный ребенком вне школы в конкретных условиях семьи, социокультурного окружения, в процессе восприятия и понимания им мира людей и вещей), а обучение рассматривается как процесс «окультуривания» субъктного опыта учащихся - взаимодействие задаваемого обучением общественно-исторического опыта и личностного опыта ученика. Очевидно, что субъектный опыт включает в себя как составную часть тот учебный материал, на котором строится химический эксперимент прикладного характера (в той его части, которая направлена на бытовые вещества и явления). Таким образом, прикладной химический эксперимент может быть истолкован как «окультуривание» субъектного опыта ученика, связанного с кругом наблюдаемых в повседневной жизни веществ и химических явлений. При этом даже при групповой форме организации занятий прикладной эксперимент может сохранять черты личностно-ориентированного обучения,

14

при условии, что его содержание ориентируется на наиболее общие (совпадающие) части субъектного опыта учащихся.

Считая доказанной важность прикладной направленности учебного эксперимента по органической химии, мы проанализировали с этой точки зрения содержание рекомендованных Министерством образования и науки РФ учебников органической химии базового уровня (учебники Л.А. Цветкова, Г.Е. Рудзитиса и Ф.Г. Фельдмана, Э.И. Нифантьева и П.А. Оржековского, О.С. Габриэляна, И.И. Новошинского и Н.С. Новошинской). Доля прикладного компонента в учебном эксперименте (практические занятия и лабораторные опыты) у названных коллективов авторов составляет:

• по характеру используемых веществ и материалов, соответственно: 38%, 42%, 37%, 61%, 45%;

• по характеру осуществляемых процессов, соответственно: 9%, 6%, 3%, 12%, 11%.

Иными словами, вещества и процессы, с которыми учащиеся сталкиваются в курсе органической химии базового уровня согласно программным требованиям, очень слабо соотносятся с их естественным опытом.

Таким образом, в первой главе дана характеристика и произведено уточнение понятий «полнота знаний» и «прикладной химический эксперимент», показано, что в условиях преподавания химии, как непрофильной дисциплины именно полнота знаний становится базовым элементом в структуре качеств знаний, показано, каким образом прикладной эксперимент влияет на достижение полноты знаний и каким требованиям такой прикладной эксперимент должен удовлетворять.

Во второй главе «Содержание и методика проведения прикладного эксперимента по органической химии, направленного на достижение полноты знаний» изложены результаты обзора имеющегося педагогического опыта по использованию химического эксперимента прикладного характера в практике преподавания органической хим!ш; выполнена типизация прикладного эксперимента по различным основаниям; а также дано описание разработанной в рамках данного исследования системы химических экспериментов прикладного характера для сопровождения систематического курса органической химии базового уровня.

На основании обзора большого числа источников (Л.А. Цветков, В. Н. Верховский, К. Я. Парменов, B.C. Полосин, Д. М. Кирюшкин, C.B. Софронов и Р.П. Суровцева, Н.В. Васильева и Н.Б. Куплетская, С.А. Зонис и С.М. Мазуров, Л.И. Пашкова и И.А. Александрова, Г.В. Пичугина, Г.А. Шипарева, журнал «Химия в школе» за 1998-2011 годы, газета «Химия» за 1994-2007 годы, журнал «Journal of Chemical Education» (США) за 1991-2003 годы) отобрано более 60 оригинальных химических экспериментов прикладной направленности, отвечающих требованиям, сформулированным в первой главе. Впервые выполнена типизация прикладного эксперимента по различным основаниям: по характеру познавательной деятельности, по характеру исследуемых веществ и материалов, по характеру исследуемых процессов и явлений, по форме организации обучения, по рассматриваемым классам органических веществ. Обнаружены следующие закономерности:

• подавляющее большинство отобранных опытов прикладного характера имеет отношение к веществам и явлениям бытового плана или моделирующим процессы, происходящие в живых организмах. В источниках почти не представлены опыты, которые моделируют промышленные процессы органической химии;

• опыты прикладного характера по органической химии весьма неравномерно распределены количественно между изучаемыми в курсе органической химии классами: веществ;

• содержание большинства исследованных опытов прикладного характера, так или иначе, выходит за рамки курса органической химии базового уровня;

• прикладной химический эксперимент по органической химии практически целиком сосредоточен в системе внеурочной работы учащихся и спецкурсов (факультативы, элективные курсы, химические кружки и др.).

Таким образом, изученный по литературным источникам химический эксперимент прикладного характера очень слабо связан с содержанием курса органической химии базового уровня.

Исходя из задач данного исследования, нами была разработана система химических экспериментов (практикум по органической химии), которая позволяет наполнить прикладным содержанием учебную деятельность не только в рамках внеклассной работы, но и в рамках систематического курса органической химии базового уровня. Содержание работ практикума

16

фактически является альтернативой практическим занятиям, предусмотренным действующими программами по химии, поскольку охватывает тот же учебный материал и преследует те же цели. Поэтому в случае проведения практикума, программные практические занятия, на наш взгляд, могут не проводиться.

Содержание практикума разрабатывалось с учетом следующих принципов:

• практикум должен служить сопровождением систематического курса химии, облегчать усвоение учебного материала, стимулировать познавательный интерес учащихся;

• номенклатура используемых веществ и материалов, а также химизм рассматриваемых процессов не должны выходить за пределы содержания базового курса органической химии;

• все работы практикума должны иметь прикладной характер, с учетом двоякого толкования этого понятия (часть работ практикума посвящена бытовым веществам и явлениям, часть работ моделирует промышленно важные процессы);

. работы практикума должны содержательно охватывать все основные классы органических веществ и все типы прикладного эксперимента согласно предложенной в работе типологии.

Содержание практикума разрабатывалось нами на основе анализа имеющегося педагогического опыта в области прикладного эксперимента, а также на основе собственных разработок. Перечень работ практикума и их краткое содержание даны в таблице 1.

Таблица 1

Краткое содержание практикума по органической химии

_с прикладным содержанием _

Название работы Классы веществ Прикладная направленность Краткое содержанпе

Практическая работа № 1. Химические свойства алканов Углеводороды (Адканы) Бытовые явления Исследование горения алканов на примере горения свечи, галогеиирования алканов на примере бромирования бензина.

Практическая работа №2. Опыты с пищевыми продуктами Жиры, белки, углеводы, альдегиды Бытовые явления Выделение из молока белка и углевода, обнаружение их качественными реакциями. Синтез мыла из жиров и оценка его моющего действия.

Практическая работа №3. Получение этилового спирта Углеводы, спирты, альдегиды Бытовые явления Многоступенчатый синтез спирта из картофеля: вываривание крахмала, сбраживание крахмала, выделение спирта из смеси и его обнаружение.

Практическая работа №4. «Домашняя химия» Карбоновые кислоты, сложные эфиры Бытовые явления Экспериментальное исследование аптечного препарата — ацетилсалициловой кислоты. Распознавание бьгговых продуктов по характерным реакциям.

Практическая работа №5. Получение пластмассы Синтетические высокомолекулярные соединения Промышленные синтезы в органической химии Синтез мочевино-формальдегидной смолы, исследование процесса формообразования и физико-химических свойств продукта.

Практическая работа № б*. «Знакомимся с органическим синтезом Ароматические соединения Промышленные синтезы в органической химии Многостадийный органический синтез: бензол —► нитробензол —» анилин —► анилиновый краситель. Окрашивание ткани.

Практическая работа №7. «Молоко без обмана» Белки, углеводы Аналитические возможности органической химии Количественная оценка органолептичесвсих и физико-химических свойств молока, оценка качества продукта.

* Работа проводится при наличии соответствующим образом оборудованного и доступного учащимся вытяжного шкафа.

Ко всем работам практикума разработаны инструкции для учащихся, контрольные вопросы и задания, методические указания учителям по порядку проведения и способам оформления работ. Разработаны и опубликованы также рекомендации по методике проведения практикума и способам включения его в систематический курс органической химии базового уровня.

В третьей главе «Экспериментальная проверка эффективности разработанной системы химических экспериментов прикладного характера по органической химии» отражены организация, цели, этапы, логика проведения

педагогического эксперимента; приведены методы сбора и интерпретации результатов эксперимента.

По результатам поискового эксперимента (ГОУ СОШ № 1259, 1997 - 2007 гг.) была произведена первичная оценка эффективности методики, а также проведена корректировка методики проведения прикладного химического эксперимента в форме практикума и методики диагностики качества знаний.

В формирующем эксперименте (2009-2011 гг.) приняли участие 160 учащихся 10-х классов четырех школ с базовым уровнем преподавания химии. Проведение педагогического эксперимента потребовало некоторого изменения учебной программы и календарно-тематического планирования курса органической химии. В контрольных классах на завершающем этапе изучения органической химии проводилась серия практических занятий стандартного содержания, в экспериментальных классах - практикум с прикладным содержанием. Диагностика полноты знаний проводилась в классах обоих типов до и после выполнения практикума. Для количественной оценки полноты знаний учащихся мы использовали диагностические критерии, предложенные A.B. Усовой: коэффициент полноты усвоения содержания знаний (Кр) и коэффициент полноты выполнения операций (К1ГВ0), которые рассчитывались по результатам ряда диагностических работ, выполненных учащимися контрольных и экспериментальных классов. Задания диагностических работ, в свою очередь, разрабатывались так, чтобы оценить одновременно и степень усвоения знаний и степень сформрфованности умений эти знания применять (в соответствии с толкованием термина «полнота знаний», принятом в первой главе).

Сравнение экспериментальной и контрольной выборок по коэффициенту полноты усвоения содержания понятий показано в таблице 2. В связи с большим числом различающихся значений измеряемого показателя (К5„) был осуществлен переход от шкалы отношений к порядковой шкале, на которой были выделены три уровня знаний (низкий, средний и высокий). До начала эксперимента статистически значимые различия (рассчитанные по критерию однородности Пирсона х2) между контрольной и экспериментальной выборками отсутствуют. После окончания эксперимента в обеих выборках зафиксирован сдвиг в сторону более высоких уровней знаний. При этом в экспериментальной группе этот сдвиг выражен гораздо существеннее, а разница между экспериментальной и контрольной выборкой становится статистически значимой (при уровне значимости а=0,05).

Таблица 2

Распределение участников эксперимента по уровням знаний __(порядковая шкала)_

Уровень знаний Доля членов группы

Контрольная группа до начала эксперимента (%) Экспериментальная группа до начала эксперимента (%) ' Контрольная группа после окончания эксперимента (%) Экспериментальная группа после окончания эксперимента (%)

Низкий 41,772 35,802 25,316 14,815

Средний 44,304 46,914 54,430 48,148

Высокий 13,924 17,284 20,253 37,037

Коэффициенты полноты выполнения операций (Кот0) рассчитывались отдельно по каждому заданию диагностических работ, в структуре которых были выделены элементы выполняемых операций (они соответствуют перечню основных умений, которые должны быть сформированы у учащихся в процессе обучения органической химии согласно «Спецификации экзаменационной работы по химии единого государственного экзамена по химии 2009 г.»), В качестве примера распределение значений К^о в сравниваемых выборках до и после завершения эксперимента показано на диаграммах (рисунки 1 и 2) только для задания 1. Наблюдается очевидный сдвиг гауссовой огибающей в сторону более высоких значений Кпа0, особенно отчетливый для экспериментальной выборки. Общую оценку результатов эксперимента удобно осуществлять по интегральным показателям (средним значениям кпво) для всех трех заданий диагностических работ (рисунки 3 и 4).

0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00 Различающиеся значения коэффициента полноты выполнения операций

И Контрольная группа ДО ш Экспериментальная группа ДО

Рис. 1. Распределение значений кпво в контрольной и экспериментальной группах до начала эксперимента (Задание 1).

35,00%

30,00%

^ 25,00%

§" 20,00% ю

£ 15,00% к

§ 10,00% =Г

5,00% 0,00%

Различающиеся значения коэффициента полноты выполнения операций

[^Контрольная гругпа ПОСЛЕ Ш Экспериментальная фуппа ПОСЛЕ | _

Рис. 2. Распределение значений кпво в контрольной и экспериментальной группах после завершения эксперимента (Задание 1).

[■ Контрольная группа ДО □ Контрольная группа ПОСЛЕ

Задание 1

Задание 2

Задание 3

Рис. 3. Средние значения коэффициентов полноты выполнения операций для контрольной группы до и после завершения эксперимента (в сравнении).

Задание 1 Задание 2 Задание 3

И Экспериментальная группа ДО □ Экспериментальная группа ПОСЛЕ]

Рис. 4. Средние значения коэффициентов полноты выполнения операций для экспериментальной группы до и после завершения эксперимента (в сравнении).

Поскольку измерения к^ проводились в шкале отношений с большим числом градаций измеряемого показателя, то оценка статистической достоверности результатов осуществлялась по критерию Вилкоксона-Манна-Уитни (ВМУ). По всем трем заданиям экспериментальная методика оказалась эффективной при уровне значимости а=0,05.

Для выяснения механизма влияния экспериментальной методики на полноту знаний учащихся, было проведено исследование состояний мотивации к учению участников педагогического эксперимента. Для количественной оценки состояния мотивации мы использовали методику шкалирования О.С. Гребенюка, модифицированную с учетом особенностей изучаемого курса (органическая химия). Для оценки уровня сформированное™ мотивации учения и его динамики анкетирование участников эксперимента проводилось в три этапа. Первый замер - до начала эксперимента, второй и третий - по завершении эксперимента. Повторный замер мотивации проводился спустя три с половиной месяца по завершении эксперимента, чтобы сделать результаты более независимыми от первоначальных впечатлений участников эксперимента. Заключительный замер проводился в середине второго полугодия 11 класса с целью выявление устойчивости динамики мотивации. Результаты измерений представлены на рисунках 5 и 6 в виде кумулят, отражающих тренды накопленных частот (в процентах) встречаемости значений исследуемого признака (уровней мотивации). Для экспериментальной выборки кумулята второго замера располагается существенно ниже первого, что согласно О.С. Гребенюку означает развитие мотивации у большинства учащихся класса. В долгосрочной перспективе этот эффект снижается (кумулята третьего замера приближается к первой), но остается заметным. У контрольной выборки такой разницы не обнаружено. Результаты анализа диаграмм подтверждаются расчетами критерия статистической достоверности

(х2)-

Рис. 5. Кумуляты распределения учащихся по уровням мотивации (контрольная группа)

120,0

2 3 4 5

Значение признака (уровни мотивации)

□ Второй за-.-ер .г - -А

Рис. 6. Кумуляты распределения учащихся по уровням мотивации (экспериментальная группа).

Таким образом, можно сделать вывод о том, что применение экспериментальной методики способствует развитию мотивации к изучению химии у учащихся старших классов нехимических профилей, причем рост мотивации характеризуется устойчивостью.

Выводы

1. На основании анализа методической, дидактической и психолого-педагогической литературы выявлены общие условия достижения более полных предметных знаний по органической химии, преподаваемой на базовом уровне. Показано, что прикладной химический эксперимент способствует достижению полноты знаний учащихся следующими путями: как эффективный метод предметного обучения; как метод целенаправленного формирования учебной мотивации у учащихся; как метод личностно-ориентированного

обучения (в частности, как один из методов окультуривания «субъектного опыта» учащихся).

2. Уточнено содержание понятия «прикладной химический эксперимент». Объем понятия включает две равнозначные содержательные области: эксперимент, имеющий личностную актуальность, и эксперимент, имеющий общественную актуальность. С позиций дидактических представлений о прикладном знании (ИЛ. Лернер) выявлена важная сторона прикладного эксперимента: обязательная возможность соотнесения наблюдаемых явлений с изученными в систематическом курсе химии понятиями и закономерностями.

3. Изучен существующий опыт использования учебного химического эксперимента прикладного характера в практике обучения органической химии и разработана типология прикладного эксперимента по пяти различным основаниям:

• по характеру познавательной деятельности, по характеру исследуемых веществ и материалов,

• по характеру исследуемых процессов и явлений,

• по принадлежности к определенной форме организации обучения,

• по рассматриваемым классам органических веществ.

4. Сформулированы требования к содержанию прикладного химического эксперимента, способствующего достижению полноты знаний по органической химии:

• содержание опытов должно в сознании учащихся прямо соотноситься с содержанием курса органической химии базового уровня (не расширяя и не углубляя этот курс);

• содержание опытов должно охватывать обе равнозначные области прикладного эксперимента (личностно актуальный и общественно актуальный);

• содержание опытов должно быть равномерно распределено между выявленными типами прикладного эксперимента;

• содержание опытов и методика их выполнения должны вызывать у учащихся положительные эстетические переживания.

5. Разработана система химических опытов прикладного характера (практикум по органической химии), отличающаяся единством цели

(достижение полноты знаний), определенным порядком выполнения (соответствует логике построения курса органической химии базового уровня) и единством требований к содержанию (требования обозначены выше). Данная система опытов объединена в семь экспериментальных работ прикладного содержания (Практикум). К каждой работе практикума разработаны инструкции для учащихся по порядку выполнения, система контрольных вопросов и заданий, методические указания для учителей.

6. Результаты педагогического эксперимента показывают, что система химических опытов прикладного характера, проведенных с учетом разработанных требований к содержанию эксперимента и способам его включения в систематический курс органической химии базового уровня, способствует повышению познавательной активности учащихся классов нехимических профилей, развитию устойчивой положительной мотивации к учению и, как следствие, к достижению более полных предметных знаний учащихся. Таким образом, рабочую гипотезу исследования можно считать доказанной.

Основные результаты исследования изложены в следующих публикациях автора (в том числе 11 публикаций в изданиях ВАК):

Статьи:

1. Головнер, В .FL Практикум-обобщение по курсу органической химии

[Текст] / В.Н. Головнер // Химия в школе. - 1999. - № 3. - С.58-64

2. Головнер, В.Н. Кровь или кетчуп? [Текст] / В.Н. Головнер // Химия в

школе. -1999. - № 2. - С.26

3. Головнер, В.Н. Демонстрация получения азокрасителей [Текст] / В.Н.

Головнер // Химия в школе. - 1999. - № 5. - С.74

4. Головнер, В.Н. Демонстрация синтеза Веллера [Текст] / В.Н. Головнер //

Химия в школе. - 1999. - № 7. - С.67

5. Головнер, В.Н. Экстракция кофеина из чайных листьев [Текст] / В.Н.

Головнер // Химия в школе. - 2000. - № 1. - С.85

6. Головнер, В.Н. Синтез этилсалицилата из аспирина [Текст] / В.Н.

Головнер // Химия в школе. - 2001. - № 3. - С.69-70

7. Головнер, В.Н. Проектируем товары бытовой химии [Текст] / В.Н.

Головнер // Химия в школе. - 2001. - № 8. - С.82-84

8. Головнер, В.Н. Исследование токсичности бытовых веществ [Текст] /

В.Н. Головнер // Химия в школе». - 2001. - № 9. - С.70-72

9. Головнер, В.Н. Демонстрация дегидратации углеводов [Текст] / В.Н.

.Головнер // Химия в школе. — 2002. - № 6. - С.74-75

Ю.Головнер, В.Н. Детектор трезвости [Текст] / В.Н. Головнер // Химия в школе. - 2002. - № 8 - С. 95

11. Головнер, В.Н. К изучению свойств алканов [Текст] / В.Н. Головнер // Химия в школе. - 2013. - № 1. - С.60-62

12. Головнер, В.Н. Химический эксперимент прикладного характера как средство развития научного потенциала учащихся [Текст] / В.Н. Головнер, ПА. Оржековский // Научный потенциал личности: концептуальные основания и технологический контекст: сб. материалов междунар. науч.-практич. конф. - Белгород: БелГУ, 2011. — С.129-134

13.Головнер, В.Н. Химический эксперимент прикладного характера как метод повышения качества знаний учащихся по органической химии [Текст] / В.Н. Головнер, П.А. Оржековский // Актуальные проблемы химического и экологического образования: сб. материалов 58-й Всероссийской науч.-практ. конф. с междунар. участием. — СПб.: Изд-во Политехи, ун-та, 2011. - С. 199-204

М.Головнер, В.Н. Химический эксперимент прикладного характера как метод повышения качества знаний учащихся по органической химии [Текст] / В.Н. Головнер, П.А. Оржековский // Традиции и новации образовательной системы: сб. материалов Международных педагогических чтений. — Чебоксары: Учебно-методический центр, 2011. -С.212-214

Подписано в печать: 11.02.2015 г. Бумага офсетная. Гарнитура «Times New Roman». Печать офсетная. Формат бумаги 60/84 шб. Усл. п.л. 1,75.

_Тираж 120 экз. Заказ № 242._

Изготовлено с готового оригинал-макета в ИИУ МГОУ. 105005, г. Москва, ул. Радио, д. 10-а.