Пути повышения познавательной активности студентов педагогического вуза при изучении химии на факультетах нехимических специальностей

Инновации в образовании Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского, 2011, № 1, с. 26-31

УДК 547.1.1

ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ПОЗНАВАТЕЛЬНОЙ АКТИВНОСТИ СТУДЕНТОВ ПЕДАГОГИЧЕСКОГО ВУЗА ПРИ ИЗУЧЕНИИ ХИМИИ НА ФАКУЛЬТЕТАХ НЕХИМИЧЕСКИХ СПЕЦИАЛЬНОСТЕЙ

© 2011 г. ДМ. Марков, С.Ф. Жильцов

Нижегородский государственный педагогический университет

chemical@nnspu.ru

Поступила в редакцию 18.10.2010

Рассмотрено влияние разработанного учебно-методического комплекса по курсу общей химии и предлагаемых подходов на качество усвоения материала студентами нехимических специальностей, повышение их познавательной активности и самостоятельности в обучении.

Ключевые слова: модель химической подготовки, оптимизация обучения, методы активизации дея-

тельности студентов.

В настоящее время результатом подготовки студентов в системе высшего образования должен стать специалист высокого уровня, компетентный не только в узкой получаемой профессии, но и в других областях знания, что позволит ему быть востребованным в быстро меняющемся мире. В системе высшего педагогического образования особенно актуально подготовить «эрудита», поскольку будущий учитель должен быть по возможности «энциклопедистом», а также уметь ориентировать своих учеников на профессию с учетом их личностных качеств и потенциальных способностей. Выпускник вуза любой специальности должен иметь четкие представления о значимости той или иной науки в своей предстоящей трудовой деятельности и уметь интегрировать и переносить достижения различных областей знаний в свою профессию и применять их. Способность ориентироваться в информационном пространстве включает в себя также умения выделять главное, получать необходимые сведения, самостоятельно анализировать и синтезировать. Для реализации вышеперечисленных качеств современного специалиста весь процесс обучения его должен быть представлен системой, состоящей из отдельных дисциплин, объединенных тесными логическими связями.

Одна из задач исследования - выяснение, видят ли студенты связи между дисциплинами предметной подготовки и предметами естественно-научного блока и считают ли необходимым их изучать. При опросе студентов нехимических специальностей на первых занятиях установлено, что большинство из них не считают нужным изучать химию в вузе, однако по-

нимают, что эта дисциплина полезна. С такой низкой мотивацией к учебному предмету результаты обучения не могут быть высокими, и это мешает целостности подготовки специалиста.

Нами была поставлена цель сделать обучение химии ориентированным на получаемую студентами профессию, повысить мотивацию к изучению химии и самостоятельность в получении знаний [1]. Для достижения перечисленных выше задач нами была разработана модель химической подготовки студентов нехимических специальностей (рис.).

Эта модель представляет целостную педагогическую систему химического образования, в которой присутствуют следующие компоненты: цели и содержание обучения; средства, формы и методы; образовательная деятельность студентов и результат обучения.

Обычно начинают с постановки целей обучения, но в некоторой степени на их формирование оказывают влияние содержание обучения и его ресурсы. Под последними мы понимаем бюджет времени, формы и эффективные методы обучения, а также материально-техническое оснащение.

Поэтому общие цели обучения сводятся к обогащению естественно-научной подготовки студентов химическим компонентом через преподавание химии и акцентирование востребованности химических знаний и умений при изучении дисциплин предметной подготовки, а также в дальнейшей профессиональной деятельности. В связи с этим постановка образовательных целей складывалась из инварианта (минимума дидактических единиц Государ-

РЕЗУЛЬТАТ ОБУЧЕНИЯ

Рис. Модель химической подготовки

ственного образовательного стандарта (ГОС)) и вариативного компонента на базе выявленных нами межпредметных связей (МПС) в процессе анализа основной образовательной программы. Вариативный компонент необходим для стимулирования мотивации и повышения интереса студентов к изучению химии.

С целью повышения роли химических знаний в профессиональной подготовке студентов нехимических факультетов и интереса к дисциплине мы определили значимость химии для той или иной специальности. Для этого был проведен предметно-структурный анализ на основе ГОС по каждой специальности и выявлено, какие химические знания будут полезны и востребованы при изучении дисциплин предметной подготовки. Этот анализ позволил выявить МПС, выделить наиболее важные и значимые разделы для выбранных специальностей, которым следует уделять большее внимание. Так нами для студентов технолого-экономи-ческого факультета (ТЭФ) специальности

030600.00 (Технология и предпринимательство с дополнительной специальностью) была составлена табл. 1, представленная в сокращенном и обобщенном варианте.

На основе установленных важных и наиболее связанных между собой тем для данной

специальности мы строим учебную программу с учетом распределения часов на изучение отдельных вопросов. При этом следует выделить инвариантную часть, определенную набором дидактических единиц ГОС, и вариативную, отобранную нами для осуществления связи между изучаемыми блоками, которая будет полезна в будущей профессии и при изучении дисциплин предметной подготовки. На изучение химии студентами математического (МФ), технолого-экономического (ТЭ) и физического (ФФ) факультетов согласно ГОС отведено 72 часа (34 ч аудиторных и 38 ч на самостоятельную работу). В табл. 2 приведено примерное распределение аудиторных часов по темам.

Некоторым темам на разных факультетах мы уделяем больше времени - не в целях более глубокого изучения проблемы путем усложнения материала, а с целью более полного понимания студентами данного вопроса, который, на наш взгляд, является наиболее профессионально ценным. Если у студента что-то получается и он все понимает, то это вызывает у него только положительные эмоции и способствует повышению интереса к изучению дисциплины. Кроме того, мы напоминаем студентам, какие именно знания потребуются при изучении дисциплин предметной подготовки, что побуждает

Таблица 1

Выявление МПС на основе анализа учебных программ смежных дисциплин ТЭФ в соответствии с ГОС

Химия Технологические дисциплины Машиноведение

Строение атома. Периодический закон в свете электронной структуры атома. Конденсированное состояние веществ Строение металлических материалов. Кристаллические решетки Атомные электростанции

Основные закономерности протекания химических реакций. Теория электролитической диссоциации. Окислительновосстановительные реакции Промышленные комплексы и технологии современного производства материалов, энергии, машин и аппаратов. Способы получения энергии Теоретические основы энергетических машин, теплоемкость, внутренняя энергия, энтальпия, энтропия, термодинамические диаграммы; основные свойства воды и водяного пара; законы термодинамики. Тепловые, атомные, гидравлические электростанции

Металлы Металлические материалы. Стали, чугуны. Свойства сплавов. Фазы в сплавах. Руда и ее переработка. Технология производства цветных металлов

Неметаллы и химия углерода Свойства, строение и технологии производства неметаллических материалов. Производство кислот и минеральных удобрений. Технология производства строительных материалов. Органический синтез. Пластмассы

Таблица 2

Примерное распределение аудиторных часов с учетом специфики факультета

№ темы Названия темы Число часов

МФ ТЭФ ФФ

1 Место и роль химии в системе естественно-научного образования 1 1 1

2 Атомно-молекулярное учение и основные законы химии 2 1 2

3 Строение атома. Периодический закон и Периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева 4 3 4

4 Строение молекул. Химическая связь 3 3 3

5 Конденсированное состояние веществ 2 2 2

6 Основные закономерности протекания химических реакций 4 4 3

7 Растворы 3 3 4

8 Теория электролитической диссоциации 3 2 3

9 Окислительно-восстановительные реакции (ОВР) 3 3 4

10 Металлы 3 4 3

11 Неметаллы 2 3 2

12 Химия углерода 4 5 3

Итого: 34 34 34

их быть более внимательными на занятиях по химии. Времени на освоение дисциплины отводится немного, и этот факт может способствовать поверхностному изучению дисциплины и халатному отношению студентов к ней, поэтому важно сохранить научность, целостность, доступность изучаемого материала и привлечь студентов к самостоятельной работе во внеаудиторное время.

С целью усиления роли самостоятельной работы в получении новых знаний мы даем сту-

дентам задания, с которыми они должны справиться во внеаудиторное время. Например, это может быть подготовка реферата или доклада с последующим выступлением перед группой учащихся с освещением вопросов, которые не только полезны для более глубокого изучения и понимания химии, но и интересны как знания общего характера, самостоятельно освоенные по заданию преподавателя.

Для закрепления учебного материала студенты выполняют упражнения и решают зада-

чи, приведенные в пособии [2] к каждой главе. Контроль за усвоением той или иной темы проводим после ее изучения в виде 15-минутного тестирования. Приведем один из вариантов теста по теме «Строение атома»:

1. Согласно теории Бора, энергия электрона определяется величиной главного квантового числа п: Е = -13.6/п2 эВ. Энергия электрона на 4s-подуровне равна (в эВ):

1) -0.85; 2) -1.51; 3) -3.4; 4) -13.6.

2. Направленность атомной орбитали относительно ядра атома определяет:

1) Главное квантовое число.

2) Орбитальное квантовое число.

3) Магнитное квантовое число.

4) Спиновое квантовое число.

3. Высшее главное квантовое число химического элемента 6-го периода IV группы для основного состояния равно:

1) 4; 2) 5; 3) 6; 4) 7.

4. Сколько энергетических состояний соответствует электронному слою с главным квантовым числом п = 3:

1) 3; 2) 5; 3) 9; 4) 12; 5) 16.

5. Укажите порядковый номер элемента в Периодической таблице Д.И. Менделеева, если валентные электроны занимают атомные орбитали 4s24p3:

1) 23; 2) 31; 3) 33; 4) 51.

6. Число неспаренных электронов в ионе Fe2+, находящемся в основном состоянии, равно:

1) 2; 2) 3; 3) 4; 4) 5.

7. Количество спаренных электронов в валентной электронной группировке атомов элементов IV А и IVБ групп в основном состоянии равно:

1) 0; 2) 2; 3) 4; 4) 6.

8. Среди приведенных ниже элементов укажите тот, у которого энергия ионизации 11 наименьшая:

1) Ш; 2) Cs; 3) Mg; 4) Al.

В основу отбора содержания, представленного в виде учебно-методического комплекса (пособие [2] и лабораторный практикум [3]), нами были положены следующие принципы: преемственности, последовательности, непрерывности, межпредметной интеграции, научности и доступности, соответствия поставленным целям обучения, ориентированным на профессиональную подготовку студентов.

В работе со студентами использованы традиционные средства, методы и формы (лекции, семинары, лабораторно-практические работы). Предпочтение отдано системно-деятельност-

ному подходу, реализуемому при отборе и структурировании содержания обучения путем возрастания роли самостоятельной работы студентов по приобретению ключевых компетентностей [4]. В качестве главных методов использованы поэтапное формирование умственных действий и создание проблемных ситуаций. Например, при изучении темы «Химическое равновесие», анализируя процесс синтеза аммиака, студенты, подбирая оптимальные условия, делают вывод о том, что для достижения смещения равновесия в сторону его образования температуру необходимо понизить, поскольку это экзотермический процесс. С ними можно согласиться, поскольку это соответствует принципу Ле-Шателье, но задать вопрос: «Почему на производстве этот процесс проводят при повышенной температуре?» Этот вопрос побуждает студентов анализировать, какие факторы влияют на скорость реакции, и тогда делается вывод о том, что, видимо, процесс взаимодействия азота и водорода очень медленный и для более быстрого проведения реакции необходимо использовать повышенную температуру и катализатор.

Средства, методы и формы обучения нацелены на мотивацию и активизацию учебнопознавательной деятельности студентов; формирование умения самостоятельно работать; оптимизацию и интенсификацию учебных занятий в плане наиболее целесообразного построения образовательного процесса и предъявления учебного материала, фиксирующего его содержание, объем и уровень по усвоению и обеспечению комфортных условий для осмысленной учебной деятельности студентов; повышение качества их знаний по химии и естественнонаучной грамотности.

Учебная деятельность студентов, как было уже отмечено выше, организуется нами как на занятиях, так и во внеаудиторное время.

В ходе лекции студентам предоставляется возможность пользоваться учебным пособием «Основы общей химии» [2]. Структура лекции и последовательность изложения материала близки к учебному пособию и дают возможность студентам рассматривать иллюстрации, на которые мы обращаем внимание в ходе чтения материала. Во время лекции мы даем некоторые задания, которые нужно выполнить при подготовке к семинарскому или лабораторнопрактическому занятию. Кроме того, многие студенты успевают сопоставлять лекционный материал с изложенным в учебном пособии, что вызывает иногда дополнительные вопросы на семинарских занятиях, т.е. повышение активно-

сти. Работа на семинарских занятиях и во внеаудиторное время также тесно связана с учебным пособием. Оно используется для подготовки к предстоящей аудиторной работе и контрольным срезам. Учитывая, что вуз педагогический и студентам требуются хорошие ораторские умения, мы даем задания по написанию доклада или реферата с последующей защитой перед группой. Учебное пособие выступает здесь как основа при подготовке - определяет необходимый объем и предлагает последовательность изложения материала по теме.

Для разных факультетов задания неодинаковы. Студентам ТЭФ рекомендуются доклады о добыче металлов, получении сплавов и способах их защиты от коррозии. Для студентов математического факультета подбор заданий гораздо сложнее, но возможны доклады по способам выражения концентрации растворов или строению атомов химических элементов. Для физиков акцент делается на определение основных законов химии, раскрытие вопросов электрохимии. Для всех специальностей может быть использована тема «Скорость химических реакций», поскольку для каждого факультета она имеет определенный интерес.

Проверка эффективности разработанного подхода показала, что отношение студентов к дисциплине изменилось в лучшую сторону и ей стали придавать большее значение, т.е. интерес к химии возрос. Качество знаний также стало выше. Его мы оценивали, используя тестовые задания, а также анализируя результаты срезо-вых работ и зачета, через коэффициент полноты усвоения содержания знаний по методике А.В. Усовой согласно формуле:

N

Г -1=1

где Li - число компонентов, усвоенных студентом г по данной теме; L - число компонентов, подлежащих усвоению по данной теме; N - число испытуемых. Максимальное значение КСод равно 1. Принято считать, что высокому уровню усвоения материала соответствует значение КСод > 0.85, для среднего уровня КСод от

0.7 до 0.85, для низкого уровня усвоения содержания знаний КСод < 0.7.

Полученные данные приведены в таблице 3.

Экспериментальными группами нами считались студенты, обучение которых происходило с прямым указанием на использование учебного пособия, в том числе и на аудиторных занятиях и при самостоятельной работе, а также подготовке к предстоящим занятиям. Контрольные группы имели учебные пособия [2] и лабораторный практикум [3], но занятия (лекции, семинарские, практические занятия) проходили без акцента на их использование в учебном процессе. По результатам видно, что контрольные группы имеют средний уровень обученности, а экспериментальные группы - высокий.

К этому следует добавить, что, по нашим наблюдениям, в экспериментальных группах возросла активность студентов на занятиях, которая проявлялась не только в желании дать ответ на поставленный преподавателем вопрос, но и задать «химический вопрос» преподавателю или другим студентам.

Во время изучения курса студенты экспериментальных групп привыкли работать самостоятельно, стали лучше оперировать понятиями, понимать и вычленять главное, применять и объяснять изучаемый материал.

Для проверки эффективности нашей работы по повышению самостоятельности студентов в освоении новых знаний мы проводили исследование на первых и заключительных занятиях по химии по усвоению информации студентами за короткий промежуток времени.

Заметим, что предложение освоить что-то самостоятельно студенты первоначально приняли без особого энтузиазма. Это говорит о привычке пассивно получать знания и незаинтересованности в овладении химическими знаниями. Все исследуемые студенты были поставлены в равные условия, т.е. каждому на одном из первых занятий были даны печатные материалы по изучаемой теме и время изучения было ограничено. Результатом этого эксперимента стало то, что 80% студентов не справились с поставленной задачей. В процессе изучения курса химии мы постоянно отводили не-

Таблица 3

Качество знаний (КСод) сравниваемых групп на срезовых работах и зачете

Компоненты знания Контрольные г руппы Экспериментальные группы

ТЭФ МФ ФФ ТЭФ МФ ФФ

Уровни строения вещества 0.7 0.7 0.71 0.86 0.86 0.87

Основные закономерности химических процессов 0.69 0.69 0.68 0.85 0.82 0.84

Металлы, неметаллы и химия углерода 0.73 0.7 0.71 0.89 0.81 0.85

В среднем: 0.7 0.68 0.7 0.86 0.83 0.85

сколько минут для самостоятельного прочтения материала на занятии (в основном перед проведением практических работ), а также давали задания (домашние задания) по написанию рефератов и подготовке докладов во внеаудиторное время. Результаты заключительного исследования оказались гораздо выше в сравнении с первым. Самостоятельно справились с заданием около 70% студентов.

Таким образом, проверка эффективности разработанного подхода показала, что интерес студентов к химии возрос. Качество знаний также стало выше. Возросла активность студентов на занятиях. Уровень самостоятельности студентов к концу обучения химии тоже стал выше по сравнению с первыми занятиями. Еще одним отличием экспериментальных групп от контрольных является то, что число студентов, отправленных на пересдачу зачета, в них гораздо меньше и составляет всего 1-2% по каждому факультету, а в контрольных - 10-13%.

Составленный нами учебно-методический комплекс по курсу общей химии для студентов нехимических специальностей и разработанная целостная педагогическая система, включающая содержательный и процессуальный компоненты и реализованная в учебном процессе при обучении студентов педа-

гогического вуза по специальностям

032100.00 (Математика с дополнительной специальностью), 032200.00 (Физика с дополнительной специальностью), 030600.00 (Технология и предпринимательство с дополнительной специальностью), показали, что они способствуют оптимизации учебного процесса, повышению мотивации и активизации учебно-познавательной деятельности студентов, формированию их умений самостоятельно работать, интенсификации учебных занятий.

Список литературы

1. Марков Д.М., Жильцов С.Ф. О структуре и содержании учебного пособия «Основы общей химии» // Химия: методика преподавания. 2003. № 7.

С. 15-20.

2. Марков Д.М., Жильцов С.Ф. Основы общей химии: Учебное пособие. Н. Новгород: НГПУ, 2003. 143 с.

3. Марков Д.М. Лабораторный практикум и программа по общей химии. Н. Новгород: НГПУ, 2003. 68 с.

4. Новик И.Р. Формирование профессиональной компетентности выпускников в системе высшего химико-педагогического образования: Монография. Н. Новгород: Изд-во НГПУ, 2009. 139 с.

WAYS TO IMPROVE STUDENTS’ COGNITIVE ACTIVITY IN THE STUDY OF CHEMISTRY AT THE FACULTIES OF NON-CHEMICAL SPECIALTIES

D.M. Markov, S.F. Zhiltsov

With the focus on the students of non-chemical specialties, we consider how the quality of learning, cognitive activity and independence in learning are improved with the use of the educational and methodological complex developed by us and with the proposed approaches.

Keywords: model of training in chemistry, optimization of training, methods for energizing students.