Формирование исследовательской компетентности учащихся на уроках и внеклассных занятиях по химии

Почекаева Елена Витальевна

Формирование исследовательской компетентности учащихся на уроках и внеклассных занятиях по химии

Автор статьи предлагает вниманию читателей свою разработку технологии обучения и воспитания, направленной на формирование исследовательской компетентности учащихся на уроках и внеклассных занятиях по химии. Обосновывается актуальность данной технологии, изложена ее ведущая педагогическая идея, очерчен круг решаемых с ее помощью задач. Подробно рассмотрена исследовательская деятельность по химии в различных аспектах, представляющих для учеников наибольший интерес.

В современных условиях одним из актуальных способов организации учебного процесса является исследовательская деятельность школьников. Поэтому весь педагогический коллектив МОУ «Гимназия № 6» включился в работу над проблемой создания педагогических условий для формирования исследовательской компетентности учащихся.

Руководствуясь в работе принципом «учить сегодня лучше, чем вчера», в процессе творческого поиска путей повышения эффективности педагогической деятельности я пришла к выводу, что учить проводить исследования надо уже в школе. Участие в исследовании способствует профессиональной ориентации и развитию навыков самообразования, формированию научного мышления, развитию интеллекта ученика.

Почекаева

Елена Витальевна,

учитель химии МОУ «Гимназия № 6», г. Губкин Белгородской области

Становление опыта моей работы происходило в период образования гимназии как инновационного учебного заведения. В 2004 году гимназия приобрела статус гуманитарного учебного заведения, и проблема преподавания химии решалась с учетом сложившегося интереса гимназистов к гуманитарным наукам. В 2006/2007 учебном году гимназия перешла на профильное обучение: социально-гуманитарное и социально-экономическое. В этих условиях изучение химии стало особенно актуальным, поскольку замена в 10-11-х классах химии, физики и биологии курсом «Естествознание» непосредственно отражается на качестве знаний учащихся в области химии.

Поиск решения этой проблемы привел меня к созданию технологии обучения и воспитания, позволяющей формировать исследовательскую компетентность учащихся на уроках и внеклассных занятиях по химии. Данная технология помогает разрешить противоречия между познавательными задачами и имеющимся уровнем знаний, умений и навыков в области химии гимназистов, а также сложностью учебного материала и уровнем ее доступности для каждого ученика.

Ведущей педагогической идеей, положенной в ее основу, является переход обычного исследования, выполненного школьниками в процессе обучения, в исследовательский проект, реализуемый в химическом обществе. Технология базируется на комбинации исследовательской деятельности в различных ее аспектах с другими методами развития творческой личности.

В своей практике я использую исследовательский метод на уроках и внеклассных занятиях в рамках химического общества. Работа в химическом обществе для нас - это не самоцель, не средство для разумного времяпрепровождения учащихся, а неотъемлемая составная часть учебно-воспитательного процесса. Подход к изучению химии, основанный на данной технологии, позволяет решить следующие задачи:

1) обучающие:

- изучение химических веществ и их свойств посредством исследовательской деятельности, применение этих знаний в реальной жизни, а также приобретение ребятами навыков правильного образа жизни;

- ознакомление учащихся с достижениями химии;

- формирование у школьников опыта практической деятельности, умения проводить эксперименты и использовать данные на их основе;

- формирование познавательной активности учеников в процессе их участия в исследовательской деятельности;

- интеграция химии и литературы, экологии, истории, физики, математики, биологии и других предметов;

2) развивающие:

- развитие личности ученика и его научного мировоззрения;

- развитие интеллектуальных способностей и расширение кругозора детей в ходе поисковой деятельности, работы с литературными источниками и другими видами информации;

- развитие творческих возможностей учащихся и их самореализация (Л.Н. Толстой писал: «Если ученик в школе не научится ничего творить, то и в жизни он будет только подражать и копировать»);

3) воспитательные:

- трудовое и эстетическое воспитание учащихся;

- формирование их личных качеств: инициативы, настойчивости в достижении цели;

- воспитание нравственности через соприкосновение с духовными ценностями человека, гуманности по отношению к окружающему миру.

В своей работе я опираюсь на принципы развивающего обучения заслуженных учителей РФ Л.В. Маховой и О.С. Габри-еляна, методические рекомендации профессоров Р.П. Суровцевой и Л.С. Гузея, технологии развивающего обучения педагога-новатора И.П. Волкова и поисково-исследовательскую модель обучения Дж. Шваба. Успешно решить педагогические задачи позволяет комплекс всех видов учебной деятельности.

Результатами обучения становятся: усвоение школьниками принципов исследовательской деятельности, сформиро-ванность навыков самостоятельной работы, что проявляется в повышении качества знаний, в победах на химических олимпиадах и успешном участии во всероссийских конкурсах и научно-практических конференциях различных направлений.

Технология опыта. Анализ новых подходов к преподаванию химии подтверждает, что до сих пор важнейшей задачей образования считается ознакомление школьников с современ-

ными научными представлениями. Но практика показывает, что сегодня для ученика важно создать общую картину мира, почувствовать свою причастность к культурному наследию, напрямую участвовать в жизненных процессах.

Одной из форм организации деятельности учащихся гимназии, позволяющих максимально приближать обучение к жизни, является исследовательская работа, проводимая на уроках и в химическом обществе учащихся. Введение в педагогическую технологию элементов исследовательской деятельности позволяет мне не столько учить ребят, сколько помогать им учиться, направлять их познавательную активность.

Исследовательская работа организуется по плану:

1. Анализ содержания учебного материала, рассматриваемого в данной теме курса химии и связанного с ним конструированного курса для внеклассных занятиях.

2. Постановка проблемы.

3. Формулирование целей и задач исследования.

4. Планирование эксперимента на основе теоретических и практических знаний и умений (работа с литературными источниками, подбор оборудования, реактивов, объектов - приобретение навыков исследования).

5. Организация эксперимента (время, место).

6. Наблюдения. Необходимая корректировка эксперимента.

7. Анализ результатов исследования. Обсуждение.

8. Формулирование выводов.

9. Оформление результатов работы.

10. Выступление на конференциях.

Основное внимание при работе уделяется анализу учебного программного материала, который отвечает следующим требованиям:

1) доля новой информации не должна превышать долю основной, опорной;

2) отобранный материал должен быть для учащихся значимым (в этом случае поддерживается их интерес и закрепляются знания);

3) учебный материал должен содержать в себе проблему, которая фактически становится основой эксперимента. Исследовательская деятельность учащихся строится согласно принципам доступности, естественности, осмысленности, самостоятельности, экспериментальное™ и культуросоо-бразности.

Формы исследовательской работы: индивидуальная, групповая, массовая - взаимосвязаны. Изучение вопросов начинается на уроке и продолжается на внеклассных занятиях в рамках Научного общества учащихся по химии.

Для развития творческой личности очень важна мотивация учения. В наибольшей степени способствуют возникновению интереса к изучению химии валеологические

Почекаева Елена Витальевна

и экологические, историко-искусствоведческие и связанные с духовно-нравственным воспитанием материалы, сведения о жизни и деятельности великих ученых, а также химические эксперименты и различные творческие задачи.

1. Исследовательская деятельность учащихся по химии в валеологическом аспекте реализуется в химическом обществе учащихся в рамках программы «Химия, здоровье и окружающая среда». Сегодня сохранение и укрепление здоровья - одна из наиболее актуальных проблем. Разъясняя учащимся ценность здоровья, я обращаю внимание на то, что его основы закладываются в детстве. И химия, как никакая другая наука, способна давать научно обоснованное представление о содержании здорового образа жизни.

Однако зачастую ребята не понимают, насколько важны знания, полученные на уроках химии. Они считают, что им необходимы лишь точные рекомендации по поведению в той или иной ситуации. И только немногие из них осознают, что хорошие теоретические знания по химии действительно дают возможность вникнуть в самую глубину проблемы, выявить первопричину нарушения здоровья, объяснить влияние какого-либо фактора на организм человека и в итоге решить проблему, а также разработать меры, которые помогут избежать ее повторного появления.

«Береги здоровье смолоду!» - под таким девизом учащиеся исследовали, каким образом питание может влиять на здоровье. Ученики 10-11-х классов выбрали эту тему потому, что она доступна для изучения, поскольку в программном материале химии изучаются вопросы о составляющих пищевых продуктов. Исследование было посвящено проблеме питания: человек выбирает продукты, не зная порой о том, что тем самым он выбирает не только здоровье или болезни, но и жизнь - короткую или длинную, наполненную активной работой или тяготами лечения. Работа была организована в несколько этапов:

1) подготовка, которая включает определение темы и целей

2) планирование, где определяются способы сбора информации и ее источники;

3) распределение обязанностей между членами химического общества, выбор тем исследований;

4) определение способа представления результатов и выводов. Ребята проводили несложные биохимические исследования продуктов питания. В процессе работы мы использовали ролевые игры: «химики», «биологи», «врачи», «повар», «экологи» рассказывали о роли белков, жиров, углеводов, витаминов в организме; эти сведения помогли сформировать знания об основах здорового образа жизни.

Естественно, за время урока мы не успевали в полном объеме раскрыть изучаемую проблему, поэтому работа была продолжена на занятиях химического общества. В процессе

работы;

исследования учащиеся обращались к литературным источникам. Работа с источниками стала первым шагом на пути формирования навыков исследовательской работы. Ребята получили сведения о том, что нужно употреблять в пищу и почему, т. е. научились ставить вопросы и находить на них ответы. Выработка навыков исследовательской работы явилась начальным этапом освоения знаний, без которого невозможно полноценно изучать химию.

Учащиеся 8-9-х классов включаются в исследовательскую работу на тему питания в связи с изучением программного материала по химии, например, периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева (8-й класс). На уроках и внеклассных занятиях в химическом обществе ученики знакомятся с биогенными элементами, определяют их место в периодической системе, рассматривают их биологическую роль в организмах на основании качественных и количественных характеристик. Затем исследуют роль химических элементов применительно к биологическим процессам, протекающим в природе, рассматривают взаимодействие элементов живой и неживой природы в процессе формирования химического состава среды и живых организмов, обусловливающее единство и целостность окружающего мира. С этой темой формируется понятие и о биологической взаимозаменяемости химических элементов, приводящей в ряде случаев к серьезным нарушениям в живых организмах. В процессе исследования, посвященного роли химических элементов в организме, учащиеся использовали не только знания по химии, но и опыт, накопленный при изучении других естественно-научных дисциплин. Тем самым осуществляется интеграция химии и биологии. Изучение химических элементов становится источником знаний о нашем здоровье, поскольку человеческий организм - это сложнейший химический комбинат со своей структурой производства. И как каждый сложный организм, он не может существовать самостоятельно, вне связи с окружающей средой.

2. Исследовательская деятельность учащихся в экологическом аспекте связана с тем, что в настоящее время резко увеличилось число критических замечаний в адрес химии, обвинений ее в причастности к загрязнению окружающей среды и созданию неблагоприятной экологической обстановки. Явно прослеживается антипропаганда химии, которая вызывает у школьников хемофобию, нежелание изучать эту науку. Исследовательская работа в данном аспекте строилась с опорой на знания, полученные в процессе изучения темы «Химические элементы». Например, перед учащимися ставилась проблема: «Магний - элемент II группы главной подгруппы - является основой зеленого пигмента хлорофилла. В питательной среде, на которой выращивается растение, отсутствуют ионы магния, вместо них

в растворе присутствуют ионы кальция. Вызовет ли это какие-либо последствия? Если да, то какие и почему?» Учащиеся решали качественную задачу поисково-исследовательским методом. Проблема стала основой эксперимента. Ребята самостоятельно рассчитывали необходимую для растений концентрацию солей, готовили растворы, а затем проводили наблюдения.

Пример задачи на закрепление знаний о роли химических элементов: «Фтор поступает в организм человека с продуктами питания и водой. В некоторых районах содержание фторидов в питьевой воде в пересчете на фторид натрия составляет 2 мг/л. Считая, что человек в среднем потребляет в сутки 2 л воды, вычислите массу фтора, попадающую ежедневно в организм человека. Напишите уравнение диссоциации фторида натрия и укажите, в каком виде фтор поступает в организм. К чему может привести избыток фтора в организме человека ? Почему избыток в организме бромид-ионов препятствует поступлению йодидов, вызывая тем самым угнетение функции щитовидной железы?»

В процессе работы учащиеся убеждаются в необходимости природоохранных мероприятий, а самое главное - в том, что в экологических бедах, свалившихся на человечество, виновата не химия, а плохо ее знающие люди. В рамках изучения химии в экологическом аспекте ребята проводят практическую проверку некоторых фактов, описанных в литературе, воссоздают в лабораторных условиях с помощью экспериментальных исследований негативные явления, происходящие в природной среде по причине интенсивной, часто неразумной, бесхозяйственной деятельности человека.

3. Химический эксперимент в рамках проведения исследования. При организации на уроке учебного исследования ребята оказываются на позициях ученых, что способствует усвоению ими не только самих знаний, но и методологии их

получения. В основе исследовательской деятельности на уроке лежит проблемное обучение, которое является методом развития самостоятельного творческого мышления. Для проведения исследования учащиеся должны достаточно свободно ориентироваться в определенной системе знаний, что повышает долю их самостоятельности в выполнении экспериментов. В рамках исследования определены задания, которые предусматривают выполнение эксперимента, позволяющего на практике убедиться в правильности ответов на поставленные вопросы. Наблюдения и результаты, полученные в результате эксперимента, заносятся в готовую исследовательскую карту с целью экономии времени на уроке. В процессе урока организуется самоконтроль.

Почекаева Елена Витальевна

Исследование позволяет в максимальной степени приблизить ученическое познание к научному и является элементом научного творчества (это подтверждает пример исследования берлинской лазури, который мы рассматриваем ниже). От участия в нем ребята получают творческий импульс.

Исследовательский подход к проекту поначалу ставит учащихся, воспитанных в рамках традиционных образовательных систем, в тупик. Когда первое ощущение беспомощности в связи с отсутствием возможности скопировать образец проходит, ребята постепенно обнаруживают, что их окружает множество информационных систем, которые при умелом использовании становятся инструментами решения поставленной перед ними задачи. Это и литературные источники, и помощь взрослых, и совместная деятельность с товарищами, и консультации учителя, и, самое главное, практически неисчерпаемые собственные возможности рассуждать и фантазировать. Порой приходится преодолевать первоначальную инертность ребят, привыкших к более пассивным формам обучения. Но каждое маленькое открытие, сделанное ими в процессе работы над проектом, вовлекает их в интересный процесс самостоятельного творчества и вдохновляет на новые поиски.

По мере того, как проект обретает законченные черты, учащиеся все яснее ощущают его как продукт собственного труда. Это способствует решению важнейшей педагогической задачи формирования у них уверенности в собственных силах. Процесс создания и представления проекта столь эмоционально насыщен, что на этом фоне творческие усилия каждой группы переживаются как личностно значимые, а приобретенные знания и умения становятся частью жизненного опыта каждого ученика.

Изучая тему «Щелочноземельные металлы и их соединения» (9-й класс), мы провели исследование под условным названием «Химия строительных материалов». Одним из этапов подготовки к этому проекту была исследовательская работа, организованная в рамках химического общества.

В эксперименте нас интересовало воздействие различных веществ (кислот, щелочей, солей), присутствующих в гипсовом растворе, на скорость схватывания гипса. Предварительно мы ознакомились с общей характеристикой гипса, его физическими и химическими свойствами, с технологией получения полуводного гипса в промышленности.

Материалом для нашего исследования служил штукатурный гипс-полугидрат, содержащий небольшое количество примесей. Мы провели двадцать экспериментов, по результатам которых сделали выводы о влиянии кислот, солей и щелочей на термический эффект при схватывании гипса.

Основное условие эффективности такой работы с учащимися - интеграция содержания учебной и внеклассной

деятельности в системе поисково-исследовательских работ. Исследовательская деятельность основывается на принципах проектирования, где проект является формой построения межличностного взаимодействия ученика и научного руководителя, в ходе которого происходит трансляция культурных ценностей научного общества.

4. Исследовательская деятельность в аспекте историко-искусствоведческих знаний и духовно-нравственного воспитания учащихся осуществляется при изучении истории развития химии, биографий великих ученых, их творений, а также памятников православной культуры: древнерусской живописи, иконописи, архитектуры храмов.

По программе внеклассных занятий «Химия как часть мировой культуры» ребята изучают православную монументальную живопись. Тем самым осуществляется интеграция гуманитарных наук и естествознания.

Педагог оказывает воспитательное и духовно-нравственное воздействие на ученика в ходе всего учебного процесса, в том числе и в процессе исследования. Эффективность такого воздействия значительно повышается, так как знания, полученные на уроках, систематизируются и углубляются на внеклассных занятиях.

Знание химии требуется для исследования состава красок, применяемых в живописи. Ведь мы живем в мире, о котором знаем так мало, и прикоснуться к красоте произведений искусства, изучая вещества, с помощью которых они созданы, - значит узнать его чуть лучше. Химия таким образом становится способом воздействия на духовный мир человека. Живописные произведения и иконы создаются художником, который владеет знаниями о способах приготовления красок особого состава, а значит, химическими знаниями. Для химиков эта исследовательская область представляет особый интерес, поскольку процесс создания красок уникален. «Изучите химически живопись. Это единственно научный метод, поскольку эрудиция тут бессильна», - утверждал Луи Пастер.

Рассмотрим пример работы по химии, затрагивающей область искусствоведческих знаний, на тему «Исследование берлинской лазури».

На первом этапе работы осуществляется краткая актуализация изученного материала, касающегося электролитической диссоциации веществ, химических свойств железа и его соединений, качественных реакций на определение ионов железа (II) и (III), окислительно-восстановительных реакций.

На втором этапе формулируется проблема. В данном случае при изучении химического состава красок мы столкнулись с тем, что в разных литературных источниках содержатся противоречивые данных о методах определения ионов железа (II) и (III). В «Химии для поступающих в вузы» автора Г.П. Хомчен-

ко мы читаем о том, что реактивом на ионы железа (III) служит К4^е(С^6]. В результате простой обменной реакции между ионами в растворе получается синий осадок берлинской лазури. А для обнаружения в растворе ионов железа (II) нужен другой реактив К3^е(С^6] - в этом случае выпадет турнбулева синь. Но в учебнике «Общая и неорганическая химия» М.Х. Ка-рапетьянца и С.И. Дракина (М.: Химия, 1981) читаем, что берлинская лазурь и турнбулева синь имеют одинаковое строение. Законы химии говорят о том, что свойства веществ зависят от строения. Получается, что берлинская лазурь и турнбулева синь - одно и то же!?

На третьем этапе проводится исследование с целью найти ответ на вопрос о том, что же получается в результате этих простых с виду реакций, в процессе которого в упрощенном виде рассматривается их механизм.

На четвертом этапе необходимо разъяснить результаты исследования. Оказывается, при смешивании растворов происходит окислительно-восстановительная реакция, в ходе которой не происходит перемещение атомов, а просто один электрон с иона железа (II) переходит к иону ^е(С^6]3-и в результате получается ион железа (III) и ^е(С^6]4-.

Наконец, пятый этап - подведение итогов. Учащиеся воспроизвели исторический эксперимент, проводившийся многими учеными с целью получения красок.

Образование, таким образом, становится продуктивным, так как в результате имеется законченный и оформленный исследовательский проект. Продукт в этом случае имеет не материальную, а интеллектуальную и личностную ценность, становясь значимым для его создателя. Кроме того, исследовательский проект является не только формой, средством и принципом организации культурного взаимодействия, но и мотивом данной деятельности.

Область, доступная для исследования учениками, этим не ограничивается. Ребята исследуют физико-химические свойства дерева как материала для создания главных святынь храма - икон. Сегодня проводятся исследовательские работы по химии, объектами которых являются произведения архитектуры, скульптура, металлы и керамика, стекло и фарфор. Планируются исследования художественного литья и зеркал.

Организация работы в форме учебного исследования, использование приема интеграции знаний из разных предметных областей позволяют мне добиться повышения познавательной активности ребят и способствовать развитию их творческих возможностей.

Материал, поданный в такой нетрадиционной форме, становится более доступным для понимания. Самое главное, чтобы ученики знали, зачем им нужны те или иные знания, чтобы они могли применить эти знания в жизни.Ин