Обучение химии как процесс развития познавательных стратегий учащихся

1УДК 372.854 ББК 74.262.4

обучение химии как процесс развития познавательных стратегий учащихся

М. А. Ахметов, Е. Ю. Зорова

Химия как учебный предмет является одним из наиболее трудных в овладении. Связано это со спецификой химического знания, предполагающего способность учащегося мысленно манипулировать химическими образами, являющимися посредниками между химическими явлениями и знаково-символической формой их описания. Химические образы включают как традиционные, принятые в химии модели, так и вспомогательные субъективные представления, которые в незначительной степени отражены в учебной литературе, они являются скрытыми в высоко формализованных текстах учебников. Наибольшего успеха в изучении химии достигают учащиеся, использующие в своем мышлении традиционные химические модели и вспомогательные субъективные представления. При выполнении учебных заданий, решении познавательных проблем эти учащиеся используют те или иные химические образы в своих мыслях, реализуя тем самым познавательные стратегии, которые в разной степени приводят к успеху. Познавательные стратегии, характеризующие индивидуальные механизмы познания, могут быть развиты в процессе обучения. Согласно выдвинутой нами гипотезе, если процесс обучения химии нацелить на рефлексию учащимися собственных познавательных стратегий и овладеть на этой основе познавательными стратегиями, характерными для химиков, то это приведет не только к улучшению результатов обучения, но и к развитию учащихся.

Ключевые слова: обучение химии, развитие, рефлексия, познавательные стратегии, ментальные химические образы.

DEVELOPMENT OF STUDENTS' LEARNING STRATEGiES iN TEACHING CHEMISTRY

M. A. Akhmetov, E. Yu. Zorova

Chemistry as a school subject is one of the most difficult for students because chemical knowledge has some features. Chemists have the ability to manipulate certain chemical models in their minds. Mental chemical models allow chemists to understand semiotic and symbolic form of chemical phenomena descriptions on macro and micro levels. These mental models are slightly reflected in textbooks, they are usually hidden in a highly formalized text. Some students have an ability to intuitively use chemical models in their minds. As a rule these students have good grades at the exams. Individual learning strategies of these students are similar to normative learning strategies that are typical for chemists. Usually chemistry teachers think that these students have good chemical abilities.

What a teacher should do if a student does not have chemical abilities? In that case, the authors suppose that students' learning strategies can be developed in training. Chemistry teachers can improve learning outcomes and develop students' thinking if they focus students' attention on the mental reflection of their own learning strategies and facilities of chemical strategies as well. Students may develop their own learning strategies on this foundation.

Keywords: teaching chemistry, development, reflection, learning strategies, mental chemical models.

Как известно, химия является трудной для овладения учебной дисциплиной. Только незначительной части учащихся она дается легко, большинство при обучении химии испытывают значительные трудности.

Почему несмотря на то, что каждый учитель стремится к тому, чтобы его учащиеся любили и понимали химию, были успешны в ее изучении, этого не происходит? Помочь учителю в улучшении учебных результатов, призвана наука -

Рис. 1. Основания для выбора методов, средств и форм обучения

методика обучения химии. Доктор педагогических наук, профессор Г. М. Чернобельская указывает, что перед методикой обучения химии стоят четыре проблемы, а именно:

1. Определение целей, стоящих перед учителем при обучении учащихся предмету. Методика должна в первую очередь отвечать на вопрос: для чего учить?

2. Определение содержания учебного предмета химии в соответствии с поставленными целями и дидактическими требованиями. Это требует ответа на вопрос: чему учить?

3. Разработка адекватных содержанию методов средств, форм обучения. Решение это проблемы позволит ответить на вопрос: как учить?

4. Изучение процесса усвоения предмета учащимися. Эта проблема требует ответа на вопрос: как учатся учащиеся? [1, с 7]

На наш взгляд, методы, средства, и формы обучения должны быть адекватными не только учебному содержанию, но также целям обучения и особенностям процесса усвоения предмета учащимися (рис. 1).

Следуя данной логике, необходимо изменить последовательность постановки проблем методики обучения химии, выделив в качестве третьей проблемы поиск ответа на вопрос «Как учатся учащиеся?», и уже в роли четвертой проблемы рассмотреть адекватные не только учебному содержанию, но также целям обучения и особенностям процесса усвоения предмета

учащимися методы, средства и формы обучения (табл. 1).

В области методики обучения химии выполнено значительное количество исследований. Подавляющая часть из них направлена на поиск методов, форм и средств обучения химии для достижения определенных целей в тех или иных условиях обучения. Практически отсутствуют работы, в которых бы методы, средства, формы обучения разрабатывались на основе исследования особенностей процесса усвоения учащимися предмета «химия».

Вместе с тем следует отметить, что в некоторых работах методы, формы и средства обучения предлагались исходя из индивидуальных особенностей учащихся. Так, И. С. Иванова учитывала ведущие модальности, стили мышления, уровни обученности учащихся [2, с 5]. Т. А. Боровских индивидуализировала процесс обучения исходя из учебной мотивации, уровня самостоятельности учащихся, сформиро-ванности их умения работать с текстом, а также на основе психологических характеристик: ведущее полушарие, тип реагирования, ведущая система восприятия, тип темперамента [3, с 104]. Т. А. Боровских характеризовала общие приемы познавательной деятельности, которые в равной степени могут быть применены и к другим учебным дисциплинам. При этом не учитывалась специфика выполнения конкретных химических операций, таких как нахождение степени окисления химических элементов,

Таблица 1

Основные проблемы методики обучения химии

№ Вопросы Проблемы методики обучения химии

1 Для чего учить? Определение целей, стоящих перед учителем при обучении учащихся предмету

2 Чему учить? Определение содержания учебного предмета химии в соответствии с поставленными целями и дидактическими требованиями

3 Как учатся учащиеся? Изучение процесса усвоения предмета учащимися

4 Как учить? Разработка адекватных целям обучения, учебному содержанию и процессу усвоения предмета учащимися методов средств, форм обучения

характеристика строения атомов химических элементов и образованных ими ионов, выявление возможности протекания реакций в растворах электролитов, характеристика ионного состава этих растворов, предсказание возможности образования тех или иных продуктов в ходе химической реакции и т. д. [4, с. 227-230]. Каждая из указанных операций может быть выполнена с использованием различных познавательных стратегий, приводя в одних случаях к неудачам, а в других - к успехам. Чтобы привести испытывающих неудачи учащихся к успеху, методы, формы и средства обучения должны выбираться исходя из характеристик их познавательной деятельности.

Очевидно, что каждое направление науки имеет собственные стратегии познания мира. Эти стратегии отражены в специфическом языке, особенностях построения научного знания, системе базовых понятий, опыте организации исследовательской деятельности и научных традициях. Овладеть учебным содержанием, научиться применять его в практической деятельности - значит овладеть нормативными познавательными стратегиями, характерными для данного вида деятельности. Если индивидуальные познавательные стратегии учащихся близки к нормативным познавательным стратегиям науки, то процесс учения протекает легко. Наибольшие затруднения в предметном обучении испытывают те учащиеся, у которых имеется несовпадение индивидуальных и нормативных познавательных стратегий. В исследовании, проведенном Е. В. Волковой, было показано, что «в основе химического мышления... лежат свои специфичные операционные механизмы, отличные от операционных механизмов общих творческих способностей. Чем выше уровень специальных способностей химиков, чем более тонко дифференцированы когнитивные структуры репрезентации химических знаний, тем боль-

ше вероятность появления химических образов. Появление "химических образов"., может служить более надежным, чем успеваемость, критерием выявления потенциально способных химиков» [5, с. 249].

Р. Г. Иванова в статье «О наболевших проблемах методики обучения химии» подчеркивает: «.задача, следовательно, состоит, в том, чтобы не только сформировать у учащихся два ряда образов, составляющих макромир (вещества и химические реакции) и микромир (электроны, атом, ионы, молекулы), но и, главное, приучить их обнаруживать причинную связь между ними» [6, с. 15-16].

Согласование индивидуальных и нормативных (свойственных каждой конкретной науке) стратегий представляет собой образовательную проблему, решение которой, согласно А. А. Плигину, может быть осуществлено в технологии целенаправленного развития познавательных стратегий (ЦРПС) примерно в следующей последовательности:

1. Рефлексия учащимися собственных познавательных стратегий.

2. Рефлексия учащимися нормативных познавательных стратегий.

3. Сопоставление индивидуальных и нормативных познавательных стратегий.

4. Осуществление целенаправленного и самостоятельного обогащения (приращения) индивидуальных познавательных стратегий (личностного познавательного опыта) [7, с. 6].

Констатирующее исследование. Мы опросили около 100 девятиклассников в школах Ульяновска и Челябинска, на предмет того, что они представляют, когда слышат от учителя термины «химический элемент», «моль», «химическая реакция». Учащимся было предложено заполнить таблицу. Приведем примеры наиболее распространенных ответов учащихся (табл. 2).

Все ответы были проанализированы и разделены на несколько групп.

Таблица 2

Наиболее распространенные ответы учащихся

Понятие Что вижу? Определение Что чувствую?

Химический элемент Таблицу химических элементов Элементы, которые находятся в таблице Менделеева Ничего

Моль Насекомое Количество вещества Ничего

Химическая реакция Ничего Не знаю Ничего

1-я группа. Учащиеся, как правило, писали, что под словосочетанием «химический элемент» они видят атомы, некоторые даже пытались их нарисовать. Моль эти учащиеся представляли в виде формулы для расчета количества вещества. А химическую реакцию представляли по-разному, но у всех это был очень яркий химический эксперимент (взрыв, «вул-канчик», взаимодействие щелочного металла с водой и т. д.). Таким образом, школьники этой группы хорошо представляли соответствующие понятия, но в то же время многие из них не могли сформулировать определения понятий.

2-я группа. Учащиеся писали, что понятие «химический элемент» ассоциируется с формулами различных химических элементов, «моль» - с формулой для расчета количества вещества, а «химическая реакция» - с уравнением какой-либо химической реакции. Ответы учащихся этой группы были лишены образной окраски.

3-я группа (наиболее распространенные ответы). Учащиеся писали, что при словосочетании «химический элемент» они «видят» либо таблицу Менделеева, либо лицо Д. И. Менделеева, некоторые добавляли, что испытывают при этом гордость «за мужика русского». Слово «моль» у большинства ребят из этой группы ассоциировалось с образом насекомого, которое «ест шубу». Понятие «химическая реакция» вызывало у этих учащихся ощущение какого-то «химического» запаха, представление о взрыве и, как следствие, о боли. Таким образом, школьники данной группы не имели четких представлений о соответствующих понятиях.

Изучение текущей успеваемости показало, что учащиеся, которые вошли в 1-ю группу,

Планируемые результаты обучения в

учатся, как правило, на «отлично». Во 2-ю группу вошли ребята, которые учатся на «4» и «5». А 3-ю группу составили учащиеся с удовлетворительными оценками.

цель исследования. Традиционно в качестве триединой цели образования рассматривалось обучение, воспитание, развитие. Федеральные государственные образовательные стандарты (ФГОС) направлены на достижение учащимися предметных, метапредметных и личностных результатов обучения (табл. 3).

Согласно ФГОС, под метапредметными результатами обучения рассматриваются в том числе познавательные универсальные учебные действия (УУД), которые могут быть развиты при освоении учащимися новых познавательных стратегий. Таким образом, целью нашего исследования является изучение влияния технологии целенаправленного развития познавательных стратегий при обучении химии на развитие познавательных универсальных учебных действий.

теоретическая модель исследования. В психологии наиболее принята и распространена следующая простейшая и несколько условная классификация видов мышления, в зависимости от используемых образов:

1) наглядно-действенное;

2) наглядно-образное;

3) словесно-логическое;

4) абстрактно-логическое.

А. Джонстон (А. Johnstone) предположил, что существуют три уровня понимания химии: 1. Макроскопический уровень - доступный непосредственному наблюдению (химия веществ и превращений); 2. Микроскопический уро-

Таблица 3

различных образовательных моделях

Образовательная модель Традиционное обучение ФГОС

Результаты обучения Знания, умения навыки Предметные, метапредметные, личностные

Таблица 4

Взаимосвязь уровней понимания химии с видами мышления

№ Уровень понимания химии Вид мышления

1 Макроскопический уровень (демонстрационный и лабораторный химический эксперимент) Наглядно-действенное

2 Микроскопический уровень (моделирование) Наглядно-образное

3 Символический уровень (химические формулы и уравнения, математические расчеты) Словесно-логическое и абстрактно-логическое

вень (уровень атомно-молекулярного моделирования и кинетики); 3. Символический уровень (уровень химических формул, уравнений, математических преобразований) [8].

Существует взаимосвязь между уровнями понимания химии и видами мышления (табл. 4):

Е. А. Ильичевой было показано, что в начальном курсе химии формирование химических понятий нужно осуществлять в следующей последовательности: химический эксперимент ^ моделирование ^ зрительный мысленный образ объекта ^ вербальный образ объекта ^ знаковая модель объекта [9, с. 11].

Мы полагаем, что каждый из указанных этапов, соответствует не только определенному типу мышления, но и репрезентационным стилям (кинестетическому, аудиальному, визуальному, дигитальному) (табл. 5).

целенаправленное развитие познавательных стратегий (црпС). Мы полагаем, что при обучении химии целенаправленное развитие познавательных стратегий может осуществляться в следующей последовательности (рис. 2).

Рис. 2. Основные элементы педагогической технологии ЦРПС

Таблица 5

Оптимальная последовательность представления учебной информации

№ этапа Название этапа Вид мышления Стиль репрезентации

1 Химический эксперимент Наглядно-действенное Визуально-кинестетический

2 Моделирование Наглядно-образное Визуально-кинестетический

3 Зрительный мысленный образ объекта Наглядно-образное Визуальный

4 Вербальный образ объекта Словесно-логическое Аудиальный

5 Знаковая модель объекта Абстрактно-логическое Дигитальный

Таблица 6

Некоторые рекомендации по реализации педагогической технологии ЦРПС

Характеристика учебной проблемы Рекомендации для коррекционного тренинга

Легко запоминает тривиальные названия органических веществ, но делает ошибки при использовании заместительной номенклатуры ИЮПАК Повысить степень наглядности структуры вещества, используя моделирование, аналогии, учебные метафоры

Забывает тривиальные названия веществ, химические термины, но при этом хорошо представляет, о чем идет речь (знает, но сказать не может) Использовать мнемонические правила при запоминании названий веществ, терминов, цепляя их за хорошо известные образы и слова

Определяет валентность и степень окисления алгебраическим методом, составляя при этом математическое уравнение, систематически делая при этом ошибки Использовать визуальные модели для определения степени окисления

Затрудняется в применении расчетных формул при вычислении количества, массы, объема вещества Проводить эти расчеты, используя рассуждения, метод пропорции, материальные модели, рисунки, аналогии

Систематически не справляется либо делает ошибки при решении расчетных задач на избыток-недостаток Использовать стратегию двух гипотез или любой альтернативный метод решения таких задач

Демонстрирует базовые умения при решении расчетных химических задач, но путается в расчетах при увеличении этапов решения Использовать табличный метод решения расчетных химических задач

Выполняет стандартные расчеты по уравнениям химических реакций, но делает ошибки в вычислении массовой доли растворенного вещества Провести практическую работу по приготовлению раствора заданной концентрации, использовать при решении задач вспомогательные рисунки

Тренинг позволяет выявить наличие учебных проблем, которые могут быть ликвидированы при проведении коррекционного тренинга (табл. 6).

Заключение. Констатирующее исследование показало, что успешность в овладении учащимися химическим содержанием напрямую связана с использованием в их мышлении тех или иных ментальных образов, определяющих реализацию той или иной познавательной стратегии. Могут ли познавательные стратегии учащихся быть развиты в рамках учебного процесса по химии, и может ли это привести к развитию познавательных универсальных учебных действий, покажет формирующий эксперимент.

список источников и литературы

1. Чернобельская, Г. М. Методика обучения химии в средней школе [Текст] / Г. М. Чернобельская. - М.: Владос, 2000. - 336 с.

2. Иванова, И. С. Методика адаптивного обучения химии в вечерней школе [Текст]: дис. ... канд. пед. наук: 13.00.02 / И. С. Иванова. -СПб., 2005. - 148 с.

3. Боровских, Т. А. Индивидуализация обучения школьников средствами образовательных технологий в условиях классно-урочной системы: на примере обучения химии [Текст]: дис. ... д-ра пед. наук: 13.00.02 / Т. А. Боровских. - М., 2011. - 568 с.

4. Ахметов, М. А. Развитие познавательной активности учащихся в личностно ориентированном обучении химии [Текст]: дис. ... д-ра пед. наук: 13.00.02 / М. А. Ахметов. - М., 2013. - 427 с.

5. Волкова, Е. В. Использование методики Е. Торренса для изучения способностей студентов-химиков [Текст] / Е. В. Волкова // Изв. Уральского гос. ун-та. - 2007. - № 50. - С. 241-253.

6. Иванова, Р. Г. О наболевших проблемах методики обучения химии [Текст] / Р. Г. Иванова // Химия в школе. - 2007. - № 6. - С. 1422.

7. Плигин, А. А. Психология познавательных стратегий школьников в индивидуализации образования [Текст]: дис. ... д-ра психол. наук: 19.00.07 / А. А. Плигин. - М., 2009. - 8. 517 с.

8. Johnstone, A. H. The development of chemistry teaching: A changing response to changing demand [Text] / A. H. Johnstone // Journ. of Chem. Education. - 1993. - 70 (No. 9). - P. 701-704.

9. Ильичева, Е. В. Формирование первоначальных химических понятий на основе взаимосвязи понятийного и образного мышления [Текст]: дис. ... канд. пед. наук: 13.00.02 / Е. В. Ильичева. - М., 2009. - 179 с.

10. Волкова, Е. В. Развитие ментальных структур как основы специальных способностей [Текст]: дис. ... д-ра психол. наук: 19.00.13 / Е. В. Волкова. - М., 2011. - 333 с.

11. Плигин, А. А. Познавательные стратегии школьников [Текст] / А.А. Плигин. - М.: Твои книги, 2007. - 416 с.

references

1. Chernobelskaya G. M. Metodika obucheniya khimii v sredney shkole. Moscow: Vlados, 2000. 336 p.

2. Ivanova I. S. Metodika adaptivnogo obucheniya khimii v vecherney shkole. PhD Dissertation (Education): 13.00.02. St-Petersburg, 2005. 148 p.

3. Borovskikh T. A. Individualizatsiya obucheniya shkolnikov sredstvami obrazovatelnykh tekhnologiy v usloviyakh klassno-urochnoy sistemy: na primere obucheniya khimii. ScD Dissertation (Education): 13.00.02. Moscow, 2011. 568 s.

4. Akhmetov M. A. Razvitie poznavatelnoy aktivnosti uchashchikhsya v lichnostno orientirovannom obuchenii khimii. ScD Dissertation (Education): 13.00.02. Moscow, 2013. 427 p.

5. Volkova E. V. Ispolzovanie metodiki E. Torrensa dlya izucheniya sposobnostey studentov-khimikov. Izv. Uralskogo gos. un-ta. 2007, No. 50, pp.241-253.

6. Ivanova R. G. O nabolevshikh problemakh metodiki obucheniya khimii. Khimiya v shkole. 2007, No. 6, pp. 14-22.

7. Pligin A. A. Psikhologiya poznavatelnykh strategiy shkolnikov v individualizatsii obrazovaniya. ScD Dissertation (Psychology): 19.00.07. Moscow, 2009. 517 p. Johnstone A. H. The development of chemistry teaching: A changing response to changing

demand. Journ. of Chem. Education. 1993, 70 (No. 9), pp. 701-704.

9. Ilyicheva E. V. Formirovanie pervonachalnykh khimicheskikh ponyatiy na osnove vzaimosvyazi ponyatiynogo i obraznogo myshleniya. PhD Dissertation (Education): 13.00.02. Moscow, 2009. 179 p.

10. Volkova E. V. Razvitie mentalnykh struktur kak osnovy spetsialnykh sposobnostey. ScD Dissertation (Psychology): 19.00.13. Moscow, 2011.333 p.

11. Pligin A. A. Poznavatelnye strategii shkolnikov. Moscow: Tvoi knigi, 2007. 416 p.

Ахметов марат Анварович, доктор педагогических наук, профессор кафедры естествознания Ульяновского института повышения квалификации и переподготовки работников образования e-mail: maratakm@ya.ru

Akhmetov Marat A., ScD in Education, Professor, Natural Sciences Department, Ulyanovsk institute of Qualification improvement and Retraining of Educational Personnel e-mail: maratakm@ya.ru

зорова Елена Юрьевна, учитель химии МБОУ СОШ №17 города Димитровграда Ульяновской области, соискатель Московского педагогического государственного университета e-mail: fondmcr@mail.ru

Zorova Elena Yu., Chemistry Teacher, Comprehensive School No. 17, Dimitrovgrad, Ulyanovsk region, PostGraduate Student, Moscow State Pedagogical University e-mail: fondmcr@mail.ru