Химический эксперимент и его роль в развитии дидактики высшей школы

УДК 378.14; 530

М. Ф. Каримов

Химический эксперимент и его роль в развитии дидактики высшей школы

Бирская государственная социально-педагогическая академия 452453, Башкортостан, г. Бирск, ул. Интернациональная 10; тел./факс (3414)2-64-55

Выделены основные этапы становления и развития одного из основных научных методов познания и преобразования природной и технической действительности — химического эксперимента. Установлено соответствие между элементами информационного моделирования действительности и этапами постановки и выполнения химического эксперимента, являющегося одним из основных методов обучения и творчества студентов высших учебных заведений. Охарактеризованы особенности лабораторного химического и учебного демонстрационного эксперимента в высшей школе. Отмечено влияние успехов химического эксперимента на развитие уровня эмпирического познания действительности в сфере общетехнических и социально-гуманитарных наук. Оценена позитивная роль химического эксперимента в повышении уровня творческой, методической и практической подготовки будущих исследователей природы и создателей новой техники.

Ключевые слова: эмпирический уровень познания природной и технической действительности, химическая наука, химический эксперимент как метод обучения и творчества, демонстрационный и лабораторный химический эксперимент, естественный и лабораторный эксперименты в общетехнических и социально-гуманитарных науках, творческая, методическая и практическая подготовка студентов высшей школы.

Химия как фундаментальная и прикладная наука, имеющая аналитическую часть, стала развиваться после экспериментальных работ, изложенных английским ученым Р. Бой-лем (1627—1691) в «Новых физико-механических опытах, касающихся упругости воздуха» 1 и «Химике-скептике» 2.

Лондонское королевское общество, основанное в 1660 г., в своем уставе объявило усовершенствование знаний о природе путем эксперимента и открыло широкую перспективу ученым для эмпирического познания и преобразования природной и технической действительности.

Секретарь Лондонского королевского общества в 1677—1683 гг., английский физик Р. Гук (1635—1703), будучи куратором экспе-Дата поступления 12.02.08

риментов, в обязанности которого входила демонстрация в неделю два-три раза новых опытов собственного изобретения, в своем научном труде «Эксперименты и наблюдения в натуральной философии» 3 обращает внимание ученых на необходимость знакомства имеющимися ремеслами и искусствами для успешного эмпирического познания окружающего нас мира.

Первый российский ученый мирового значения М. В. Ломоносов (1711-1765) в 1756 г., выполнив классический химический опыт с нагреванием ряда металлов в запаянном сосуде, установил закон сохранения вещества 4.

После классических работ Р. Бойля, Р. Гука и М. В. Ломоносова сложилось четкое представление об экспериментальном изучении природных объектов, процессов и явлений, включаемое в содержание высшего образования трех последних столетий.

Экспериментальный метод исследования природной и технической действительности, лежащий в основе содержания, форм организации и методов творческой, методической и практической подготовки студентов высших учебных заведений, имеет следующие характерные признаки: 1) изоляция объекта изучения от влияния несущественных факторов; 2) многократное воспроизведение исследуемого объекта, процесса или явления при контролируемых условиях; 3) формирующее влияние экспериментатора на изучаемый объект для его изменения или преобразования; 4) возможность выявления у исследуемого объекта новых свойств, проявляемых в искусственно созданных условиях; 5) высокая точность измерений, достигаемая автоматизацией и компьютеризацией современного лабораторного оборудования.

На наш взгляд 5, универсальным методом познания и преобразования объектов, процессов и явлений окружающего нас мира служит информационное моделирование действительности со следующими элементами или этапами: 1) постановка задачи; 2) построение модели; 3) разработка алгоритма; 4) исполнение

алгоритма; 5) анализ результатов и формулирование выводов; 6) возврат к предыдущим этапам при неудовлетворительном решении задачи.

Анализ теоретического и эмпирического уровней познания и преобразования действительности показывает, что между элементами информационного моделирования действительности и этапами постановки и выполнения химического эксперимента имеется соответствие.

При постановке экспериментальной задачи по химии будущий или настоящий исследователь природы или технологий выделяет цель, преследуемую при проведении химического опыта, исходные данные и искомые результаты, определяет необходимые вещества и реактивы, которые применяются для проведения химических реакций, собирает сведения о том, с какими опасными веществами будет проводиться химический опыт и какие опасные вещества будут образовываться.

При построении системно-структурно-функциональной модели решения химической экспериментальной задачи студенты и ученые на основе современных достижений и закономерностей химической науки и технологии обосновывают гипотезу или прогноз и опытно подтверждаемые и ожидаемые следствия путем составления и решения химических уравнений и последующих аналитических соотношений средствами элементарной и высшей математики с привлечением численных методов, выполняемых на персональных компьютерах.

При разработке алгоритма решения экспериментальной химической задачи познавательной и преобразовательной деятельности учитываются меры безопасности и правила поведения в химической лаборатории, составляется блок-схема лабораторной установки и последовательность однозначных действий для выполнения отдельных стадий химического опыта, производится предварительная подготовка химикатов, приборов и оборудования в соответствии с правилами техники безопасности, предусматриваются способы удаления из лаборатории вредных для здоровья едких или раздражающих газов, тщательно и подробно расписываются пункты инструкции по выполнению химического эксперимента.

При исполнении алгоритма решения задачи эмпирического познания или преобразования химической действительности в учебной или научной лаборатории производится точное соблюдение всех пунктов инструкции

по выполнению химического эксперимента в соответствии с правилами техники безопасности, осуществляется запуск лабораторной установки, обычная или компьютерная запись наблюдения за химическими реакциями, числовых данных, полученных с помощью традиционных и автоматизированных измерительных инструментов, выполняется сохранение надлежащим образом новых продуктов химического опыта.

При анализе результатов решения учебной или научной задачи по экспериментальной химии достигается обобщение данных наблюдений, математическая статистическая обработка результатов измерения, сравнение полученного с предсказанным согласно выдвинутой ранее гипотезе, производится научное объяснение хода, промежуточных и окончательных итогов химического эксперимента для выделения нового в познании или преобразовании природной или технической действительности.

Информационная модель малого фрагмента или большой части действительности, прошедшая логический контроль правильности и обоснованности рассуждений, удовлетворяющая практическому критерию соответствия с данными и результатами химического эксперимента, отвечающая эстетическим требованиям простоты и красоты, становится химическим понятием, суждением, умозаключением, принципом, критерием или законом, химической аксиомой, теорией или научной картиной мира.

Возврат к предыдущим этапам постановки и решения экспериментальной химической задачи осуществляется при расхождении теоретических выводов согласно ранее выдвинутой гипотезе с данными и результатами химического эксперимента.

Особенностями лабораторного химического эксперимента, реализуемого в учебной и научной деятельности студентов высших учебных заведений в виде одного из основных методов обучения и творчества, выделяются: 1) ознакомление обучающихся в высшей школе с повышенными требованиями техники безопасности на примере опасных для здоровья химических опытов; 2) обязательное опытное подтверждение в химической лаборатории основных теоретических положений, включаемых в содержание профессиональной подготовки будущих исследователей и преобразователей действительности по естественно-математическим и общетехническим дисциплинам;

3) освоение основ эмпирического познания объектов, процессов и явлений природы и технологий посредством постановки выполнения студентами фундаментальных химических экспериментов; 4) проектирование и реализация курсовых работ по естественно-математическим и общетехническим дисциплинам с учетом современных достижений в области экспериментальной химии; 5) выполнение выпускных квалификационных работ студентов естественно-математических и общетехнических факультетов высшего учебного заведения на основе современного компьютеризированного оборудования химических лабораторий.

Демонстрационный химический эксперимент, выполняемый на лекционных вузовских занятиях по физике, химии, биологии, концепциям современного естествознания и технологиям, вносит существенный вклад в развитие дидактики высшей школы в связи с наличием следующих действенных факторов:

1. Зрительное восприятие внешнего вида веществ, наблюдение за химическими реакциями, элементарными технологическими процессами и условиями, при которых они происходят, при включении основных органов чувств студента, наиболее полно и дидактически эффективно реализуется во время демонстрационного опыта по химии.

2. Исчерпывающее, упорядоченное, систематическое и однозначное изложение обучающимся в высшей школе системно-структурно-функциональной модели объекта, процесса или явления с выделением их характерных признаков достигается во время лекционного демонстрационного химического эксперимента.

3. Дидактические принципы информативности, систематичности, научности, компле-ментарности и наглядности обучения естественно-математическим и общетехническим дисциплинам в высшем учебном заведении через демонстрационный химический эксперимент проявляются наиболее ярко, способствуя успешности проектируемого и реализуемого учебного процесса.

4. Состав, структура и основные функции изучаемого объекта, процесса или явления, выделяемые с помощью демонстрационного химического опыта, являются дидактически значимыми элементами, необходимыми при формировании у обучающихся в высшей школе системно-структурно-функционального подхода к исследованию действительности.

5. Систематические и регулярные показательные эксперименты по всем разделам химии образуют дидактически значимое звено в проектируемом и реализуемом процессе формирования у студентов высшей школы современного научного мировоззрения.

Дидактический опыт, накопленный нами в ряде высших учебных заведений Урала, свидетельствует, что студенты естественно-математических и общетехнических факультетов, освоившие информационное моделирование действительности на основе химического эксперимента успешно ставят и решают актуальные теоретические и практические научные задачи по физике 6-8 и химии 9-11 с производством математической статистической обработки данных и результатов естественного или

лабораторного эксперимента с помощью ком" 12

пьютерных технологий .

Студенты педагогической высшей школы после приобретения исследовательских умений и навыков на основе химического эксперимента, включенного в содержание, формы организации, и методов обучения физике, химии, биологии и концепциям современного естествознания, активно участвуют в постановке и решении эмпирических задач социально-гуманитарных наук 13-15.

Анализ и обобщение приведенного выше краткого материала о химическом эксперименте и его роли в развитии дидактики высшей школы позволяют сформулировать нижеследующие выводы:

1. Научно обоснованный химический эксперимент, выделенный в семнадцатом веке как один из основных методов эмпирического познания и преобразования природной и технической действительности, способствовал развитию в естественно-математических, общетехнических и социально-гуманитарных дисциплинах опытного изучения объектов, процессов и явлений, обладающего свойствами изолированности объекта, многократной воспроизводимости, формирующего влияния, выявляемо-сти новых свойств и точности измерений.

2. Имеется гомоморфное соответствие между элементами информационного моделирования действительности и этапами химического эксперимента, являющегося одним из логических методов обучения и способов творчества студентов высшей школы, на уровнях постановки задачи, построения модели, разработки и исполнения алгоритма, анализа

результатов, формулирования выводов и возврата к предыдущим этапам при неудовлетворительном решении задачи.

3. Лабораторные и демонстрационные химические эксперименты были, есть и останутся инвариантными составляющими дидактики высшей школы в связи с тем, что они приводят к повышению уровня творческой, методической и практической подготовки будущих исследователей природы и создателей новой техники, проектируемой и реализуемой в высших учебных заведениях.

Литература

1. Boyle R. Nova experimenta physico-mechanica de vi aeris elastica, & ejusdem effectibus: facta maximam partem in nova machine pneumatica.— Oxoniae: Excudebat H.Hall ..., impeusis Tho. Robinson, 1661.- 272 p.

2. Boyle R. Chymista scepticus; vel Dubia et paradoxa chymico — physica, circa spagyricorym principia, vulgr dicta hypostatica, prout proporii & propugnari solent a turba alchymistarm. Cui pars praemittitur alterius cujurtam dissertations ad idem argementum spectans.— Roterodami: A. Leers, 1668.— 392 p.

3. Hooke R. Philosophical experiments and observations.— London: Cass, 1967.— 398 p.

4. Ломоносов М. В. Полное собрание сочинений. Труды по физике. 1753—1765 гг.— М.—Л.: Изд-во АН СССР, 1952.— Т. 3.— 605 с.

5.

Каримов М. Ф. № 4.- С. 30.

Баш. хим. ж.- 2005.- Т. 12,

6. Кандаурова Г. С., Каримов М. Ф., Васьковский В. О. // Физика твердого тела.— 1981.— Т. 23, № 3.— С. 720.

7. Кандаурова Г. С., Каримов М. Ф. // Ж. технической физики.- 1982.- Т. 52, № 7.- С. 1428.

8. Каримов М. Ф., Кандаурова Г. С. Устройство для измерения температуры // Официальный бюллетень Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий.- 1982.- № 4.- С. 167.

9. Алимов В. Ю., Васьковский В. О., Кандаурова Г. С., Каримов М. Ф. Неоднородность магнитных свойств аморфных пленок Gd-Co // Сборник научных трудов «Физика металлов и их соединений».- Свердловск: Изд-во УрГУ, 1979. — С. 63.

10. Каримов М. Ф., Кандаурова Г. С. Влияние магнитной предыстории на доменную структуру аморфных пленок Gd-Co различного состава // Физика металлов и металловедение.- 1981.Т. 51, № 3.- С. 663.

11. Каримов М. Ф. // Баш. хим. ж.- 2006.- Т. 13, № 5.- С. 98.

12. Каримов М. Ф. // Баш. хим. ж.- 2006.- Т. 13, № 4.- С. 51.

13. Каримов М. Ф., Габдулисламова Л. М. Педагогический эксперимент по компьютеризации в детском саду / Тез. докл. Всесоюзной научной конференции «Проблемы компьютеризации дошкольного воспитания».- М.: ЦНИИ «Электроника». Серия 9. «Экономика и системы управления».- 1989.- Вып. 2.- С. 50.

14. Каримов М. Ф., Габдулисламова Л. М. // Дошкольное воспитание.- 1989.- № 10.-С. 55.

15. Каримов М. Ф. Проектирование и реализация подготовки будущих учителей-исследователей информационного общества // Вестн. Оренбургского государственного университета.-2005.- № 4.- С. 108.