Использование алгоритмических видов деятельности для развития у школьников логических универсальных учебных действий при решении познавательных химических задач

УДК 37.091.3:54

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ АЛГОРИТМИЧЕСКИХ ВИДОВ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ДЛЯ РАЗВИТИЯ

У ШКОЛЬНИКОВ ЛОГИЧЕСКИХ УНИВЕРСАЛЬНЫХ УЧЕБНЫХ ДЕЙСТВИЙ ПРИ РЕШЕНИИ ПОЗНАВАТЕЛЬНЫХ ХИМИЧЕСКИХ ЗАДАЧ

В работе рассмотрены вопросы использования алгоритмических моделей и некоторых видов познавательных задач для формирования у обучающихся логических универсальных учебных действий в процессе обучения химии. На основе педагогического эксперимента установлено, что результативность формирования логических универсальных учебных действий повышается, если применение алгоритмических моделей осуществлять в нестандартных учебных ситуациях при решении познавательных химических задач следующих типов: выявление и установление отношений; выявление закономерностей; исключение «лишнего» объекта из совокупности; сравнение состава, строения и свойств веществ; классификация веществ и химических реакций.

Ключевые слова: логические универсальные учебные действия, алгоритмическая модель, познавательные химические задачи, репродуктивная деятельность, продуктивная деятельность.

В. А. Шелонцев, И. В. Герасимова, Д. И. Омарова V. A. Scheloncev, I. V. Gerasimova, D. I. Omarova

THE USE OF ALGORITHMIC ACTIVITIES FOR LOGICAL UNIVERSAL LEARNING

ACTIVITIE'S DEVELOPMENT OF SCHOOLCHILDREN IN SOLVING THE COGNITIVE CHEMICAL PROBLEMS

The work considers the use of algorithmic models and some types of cognitive tasks for the formation of logical universal educational activities in the learning process of chemistry. On the basis of the pedagogical experiment, it is established that the effectiveness of the formation of logical universal educational activities increases if the application of algorithmic models is carried out in non-standard learning situations in the solution of cognitive chemical problems of the following types: identification and establishment of relations; identification of regularities; exclusion of "extra" object from the aggregate; comparison of composition, structure and properties of substances; classification of substances and chemical reactions.

Keywords: logical universal educational activities, algorithmic model, cognitive chemical tasks, reproductive activity, productive activity.

В соответствии с требованиями Федерального государственного образовательного стандарта развитие личности в системе образования обеспечивается через формирование универсальных учебных действий (далее -УУД): личностных, регулятивных, познавательных, коммуникативных [1]. Овладение школьниками УУД происходит в контексте разных учебных предметов, обладающих своей спецификой. Так, предметы естественно-научного цикла вносят больший вклад в формирование УУД познавательной направленности. В этом блоке различают общеучебные, логические универсальные действия и действия постановки и решения проблем. Рассмотрим, особенности работы учителя химии по формированию у школьников логических УУД.

Одним из путей развития учащихся при обучении химии является вовлечение их в алгоритмическую деятельность [2]. Под алгоритмической деятельностью мы понимаем деятельность субъектов образовательного процесса, направленную на решение учебно-познавательных задач, которая осуществляется на всех уровнях (от репродуктив-но-исполнительского до продуктивно-творческого) и предполагает усвоение содержания и логической структуры алгоритмов, исполнение известных алгоритмов и конструирование новых, а также перенос алгоритмической деятельности в стандартные и нестандартные учебные ситуации. Базовое средство реализации алгоритмической деятельности - алгоритм, основными функциями которого являют-

ся: модель системы действий, адекватных усваиваемому содержанию, в том числе и химическому, средство организации учебно-познавательной деятельности учащихся, средство формирования знаний и умений, средство и одна из форм реализации методов обучения.

Нами выделены два этапа реализации алгоритмической деятельности.

I этап - усвоение алгоритмов - предполагает наличие трех подэтапов: усвоение содержания и структуры известных алгоритмов, выполнение действий по ним, а также конструирование новых алгоритмов.

II этап - применение алгоритмов - включает перенос алгоритмов в новые учебные ситуации, как стандартные, так и нестандартные.

Выявленные этапы реализуются в совместной деятельности учителя и учащихся и самостоятельной деятельности учащихся на различных уровнях.

Типичные химические алгоритмы школьники усваивают на уровне репродуктивной деятельности при осуществлении первого этапа, выполняя действия по готовым алгоритмам (как с опорой на алгоритмические предписания, так и без нее), и на втором этапе - при использовании алгоритмов в стандартных учебных ситуациях.

Продуктивный уровень усвоения и применения учащимися химических алгоритмов проявляется при переносе их в нестандартные учебные ситуации (II этап), а также в процессе конструирования учащимися новых для них

алгоритмов как в совместной с учителем, так и в самостоятельной деятельности (I этап).

Особое место в организации продуктивно-творческого уровня алгоритмической деятельности занимает использование в обучении химии нестандартных учебных ситуаций, которые целесообразно создавать в форме оригинальных познавательных задач. Алгоритмическая деятельность учащихся в нестандартных учебных ситуациях наиболее полно способствует формированию у них логических УУД, потому что предполагает комплексное использование химических знаний и умений, максимальное проявление важнейших мыслительных операций (сравнения, классификации, абстрагирования, обобщения), умение устанавливать причинно-следственные связи, проводить рассуждения и формулировать умозаключения по аналогии, реализацию способности учащихся к прогнозированию химических явлений.

Такая деятельность требует от учащихся осознания, поскольку без осознания того или иного вида алгоритмической деятельности невозможно осуществлять ее активный и широкий перенос в новые учебные ситуации. Перенос алгоритмов в нестандартные учебные ситуации может происходить различными путями. Во-первых, алгоритм, используемый для разрешения нестандартной ситуации, может быть применен в неизменном, непреобразованном виде. В этом случае нестандартность задачи предполагает необходимость изменения самой задачной ситуации таким образом, чтобы с помощью известного алгоритма задача могла быть решена.

Во-вторых, нестандартность задачи может заключаться в необходимости осуществить преобразование самого алгоритма. В-третьих, возможны случаи, когда следует провести преобразование и задачной ситуации, и способа алгоритмической деятельности. Таким образом, использование в обучении оригинальных познавательных задач организует алгоритмическую деятельность учащихся, в ходе которой целенаправленно происходит их развитие. Для иллюстрации приведем примеры познавательных химических задач [3].

Задачи, направленные на формирование у школьников умения устанавливать отношения между объектами.

Задача 1. Сопоставьте пары веществ по значениям степени окисления и вместо знака (...) запишите формулу соответствующего вещества или сложного иона:

А) Р205 - Н3Р04Си0Н+ - Си(ОН)2 Н2С03 - НС03-V2O5 -......- Fe(OH)з H2SeO4 - ...

Б) SO3 - Н^04 А1(ОН)3 - А1(ОН)2+ Н2Э207 - Н^07-

... - Н2Мп04 ... - Fe(OH)2+... - НСг207-

Задачи, направленные на формирование у школьников умения выявлять закономерности.

Задача 2. Известно, что в степени окисления азот образует азотную кислоту HNO3. В этой же степени окисления азот может образовать азотистоводородную кислоту НИИ2. Вам известно, как взаимодействует разбавленная азотная кисло-

та с медью Cu. Предположите, как будет протекать реакция между медью и азотистоводородной кислотой.

Задачи, направленные на формирование у школьников умения исключать «лишний» объект из совокупности.

Задача 3. Используя знания о степени окисления атомов, исключите из каждого ряда одно вещество, которое, по вашему мнению, является «лишним».

A) ZnSO4, SO3, H2S2O7, Na2SO3, CaSO4;

Б) HNO3, Al(NO3)3, NH4Cl, N2O5, KNO3;

B) P2O5, SO3, CI2O7, CO2, N2O3;

Г) N2O, CO, H2O, SO2, F2O;

Д) H2S, NH3, KH, HCl, CH4.

Задачи, направленные на формирование у школьников умения сравнивать объекты.

Задача 4. Определите степени окисления атомов в следующих группах веществ. Сравните вещества в каждой группе между собой. Что между ними общего и чем они отличаются друг от друга.

A) CuSO4, K2CrO4, H2MoO4, Na2SeO4, Na2WO4, CaTeO4;

Б) K2Se, H2S, Na2Te, H2Se, Al2S3, Н2Те;

B) H2SO4, H2Te, H2SeO4, H2S, H2Se, H2TeO4;

Г) K3PO4, Na3VO4, H3AsO4, H3PO4, Na3AsO4, H3VO4; Д) HCIO4, КМПО4, HIO4, Ca(ClO4)2, НМПО4, AlflO^.

Задачи, направленные на формирование у школьников умения классифицировать объекты.

Задача 5. Предложите различные признаки классификации кислот, входящих в следующие группы:

1) H2SO3, HCOOH, HClO3, CH3-CH2-COOH, HPO3, HCl;

2) HI, HNO2, CH3-COOH, HCIO, HOOC-COOH, C6H5-COOH;

6 5 '

3) H2SO4, HF, HNO3, H2S2O7, HOOC-CH2-CH2-COOH, H2S;

4) H3PO4, HBr, CH3-CH(NH2)-COOH, H3AsO4, HI, CH3-CH2-COOH.

Для выявления влияния алгоритмических видов деятельности на формирование у школьников умений решать познавательные задачи было проведено экспериментальное исследование. В педагогическом эксперименте участвовали школьники 8-9-х классов. Контрольная группа восьмиклассников состояла из 30 испытуемых, экспериментальная - из 33. В контрольной группе школьников 9 класса было 23 испытуемых, в экспериментальной - 29 человек.

В ходе педагогического эксперимента оценивались умения школьников решать следующие виды познавательных задач:

1) задачи на выявление и установление отношений (например, задача 1);

2) задачи на выявление закономерностей (например, задача 2);

3) задачи на исключение «лишнего» («лишних») объектов из совокупности (например, задача 3);

4) задачи на сравнение объектов (например, задача 4);

5) задачи на классификацию химических объектов (например, задача 5).

Для статистической обработки эмпирических данных использовали угловое преобразование Фишера [4]. Данный статистический критерий позволяет установить достоверность различий сдвига измеряемого показателя, если этот показатель выражен или может быть выражен в про-

центных долях. Расчет выполнен с использованием интернет-ресурса [5]. Достоверность различий оценивалась на уровне значимости 0,05. В этом случае различия статистически достоверны, если ф*эмп > 1,64. Рассмотрим основные результаты экспериментальной части исследования.

Полученные результаты представлены в таблицах 1 и 2. В таблице 1 проведен сравнительный анализ результатов, полученных на контрольном и формирующем этапах для школьников 8-го класса, а в таблице 2 - для девятиклассников.

Таблица 1

сравнение процентных долей школьников восьмых классов, умеющих решать химические задачи разных видов, на контрольном и формирующем этапах педагогического эксперимента

Группа Типология химических задач

1 2 3 4 5

Этапы эксперимента

К Ф ф* эмп К Ф ф* эмп К Ф ф* эмп К Ф ф* эмп К Ф ф* эмп

Контрольная 23 50 1,92 38 49 1,16 36 41 0,31 32 45 0,34 18 23 0,37

Экспериментальная 29 83 4,01 37 79 3,04 33 71 2,67 33 75 2,99 21 63 3,04

ф* эмп 0,51 2,47 - 0,08 2,11 - 0,22 2,07 - 0,11 2,08 - 0,22 2,81 -

Примечание: К - контролирующий этап, Ф - формирующий этап; типология химических задач: 1 - установление отношений; 2 - выявление закономерностей; 3 - исключение «лишнего» объекта из совокупности; 4 - сравнение; 5 - классификация

Таблица 2

сравнение процентных долей школьников девятых классов, умеющих решать химические задачи разных видов, на контрольном и формирующем этапах педагогического эксперимента

Группа Типология химических задач

1 2 3 4 5

Этапы эксперимента

К Ф ф* эмп К Ф ф* эмп К Ф ф* эмп К Ф ф* эмп К Ф ф* эмп

контрольная 30 48 1,89 35 43 0,60 30 43 0,92 17 35 1,36 30 48 1,89

экспериментальная 33 79 3,34 33 71 2,67 29 75 3,30 25 63 2,69 33 79 3,34

ф* эмп 0,21 2,29 - 0,11 1,92 - 0,09 2,24 - 0,64 1,92 - 0,21 2,29 -

Примечание: К - контролирующий этап, Ф - формирующий этап; типология химических задач: 1 - установление отношений; 2 - выявление закономерностей; 3 - исключение «лишнего» объекта из совокупности; 4 - сравнение; 5 - классификация

На контрольном этапе эксперимента не удалось выявить статистически значимых различий между школьниками контрольных и экспериментальных групп - как для восьмиклассников, так и девятиклассников. Анализ значимости сдвига в значении показателей от контрольного этапа к формирующему показал, что все виды задач, кроме задач на выявление и установление отношений, школьники экспериментальных групп решают лучше, чем испытуемые в контрольных группах.

Результаты, полученные для задач на выявление и установление отношений, сдвиги в значении показателя про-

дуктивности решения оказались статистически значимы для школьников как контрольных, так и экспериментальных групп. Наблюдения за учебно-познавательной деятельностью обучающихся показывают, что большие трудности в решении вызывают задачи на классификацию химических объектов; особенно в сложны случаи, когда в условии задачи классификационный признак не обозначен.

В беседах ученики отмечают, что в их предыдущем учебном опыте не было подобных задач, поэтому выбор существенного признака для классификации явился для них самым трудным. Однако в экспериментальных группах

учитель рассматривал общие способы (алгоритмические модели) решения подобных классификационных задач, в том числе и с помощью граф-моделирования. Это облегчало освоение деятельности по решению всех указанных видов оригинальных познавательных задач.

Таким образом, продуктивно-творческая алгоритмическая деятельность положительно влияет на формирование у школьников умений решать познавательные задачи, что способствует формированию у них логических универсальных действий.

1. Фундаментальное ядро содержания общего образования / Рос. акад. наук, Рос. акад. образования; под ред. В. В. Козлова, А. М. Кондакова. М. : Просвещение, 2011. 79 с.

2. Герасимова И. В. Использование алгоритмического подхода в обучении химии при решении задач интеллектуального развития учащихся : дис. ... канд. пед. наук. Омск, 1999. 216 с.

3. Шелонцев В. А. 222 оригинальные химические задачи : учеб. пособие Омск : Изд-во ОмГПУ, 2008. 49 с.

4. Шелонцев В. А., Шелонцева Л. Н. Непараметрические методы статистики : учеб. пособие. Омск : Полиграф. центр КАН, 2016. 60 с.

5. https://www.psychol-ok.ru

© Шелонцев В. А., Герасимова И. В., Омарова Д. И., 2018