Формирование теоретических и экспериментальных знаний и умений школьного материала у студентовхимиков педвуза

ТЕОРИЯ И МЕТОДИКА ОБУЧЕНИЯ ХИМИИ

УДК 54

ФОРМИРОВАНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ЗНАНИЙ И УМЕНИЙ ШКОЛЬНОГО МАТЕРИАЛА У СТУДЕНТОВ-ХИМИКОВ ПЕДВУЗА

В. П. АРТЕМЬЕВ, о. С. КОРОТКОВА, Т. Н. НОВОЖИЛОВА Пензенский государственный педагогический университет им. В. Г. Белинского Кафедра химии и теории и методики обучения химии

В статье представлены результаты тестирования студентов - будущих учителей химии с целью определения уровня сформированности теоретических знаний и практических умений школьного программного материала в период обучения в педвузе, обоснована необходимость корректировки вузовских программ по неорганическому циклу химических дисциплин для более детальной их связи с материалом школьных учебников...

В педагогической науке имеется широкий спектр исследований, посвященных профессиональной подготовке студентов педагогических вузов. Однако в большинстве из них недостаточно полно отражены вопросы формирования теоретических знаний и экспериментальных умений по химическим предметам, что является профессионально значимыми знаниями и умениями будущего учителя химии.

В школьной программе заложен большой объём теоретических знаний, а также экспериментальных работ как ученических, так и демонстрационных, которые необходимо отработать студентам на теоретических и практических занятиях в вузовских курсах органической и неорганической химии. Выпускник педвуза обязан всесторонне представлять сущность законов и понятий, изучаемых в школьном курсе химии, их изложение и варианты изложения в школьных учебниках. Овладение методикой обучения химии в школе невозможно без детального осмысления студентами базовых понятий и законов в процессе изучения химических дисциплин в вузе. В этом заключается актуальность данного исследования.

Основной целью настоящей работы являлось:

а) определить, насколько знания школьного программного материала по химии у студентов педагогического вуза с I по V курсы претерпевают качественный рост. Для анализа понимания студентами сущности теоретических знаний были определены две ведущие идеи школьного курса химии. Первая: свойства и условия взаимодействия оксидов, кислот, оснований и солей друг с другом; вторая: окислительно-восстановительные процессы между ними, а также электролиз растворов солей; б) изучить, как формируются экспериментальные знания и умения постановки и проведения школьных химических опытов в процессе обучения студентов на I - V курсах. Содержание и логика построения школьного курса химии неразрывно связаны с химическим экспериментом [3], поэтому химический эксперимент должен органично вписаться в ткань всего школьного курса [1]. Поэтому, очевидно, что качественное обучение химии в школе невозможно без широкого использования химического эксперимента.

Для изучения проблемы мы разработали тестовые задания с целью контроля динамики усвоения студентами теоретических знаний и экспериментальных умений школьного программного материала, провели тестирование студентов и представили анализ полученных результатов.

Чтобы показать, как изменяются знания и умения студентов в течение учебного года, мы провели его дважды: в начале первого и в конце второго семестра каждого из пяти лет обучения. Задания в обоих случаях использовались одни и те же. В исследовании принимали участие студенты, поступившие в разные годы на обучение в педвуз. Исследование проводилось на базе естественно-географического факультета ПГПУ им. В.Г. Белинского. Испытуемые - студенты, обучающиеся по специальности 032300.00 (050101) «Химия» с дополнительной специальностью «Биология». Общее количество составило 74 человек.

Представим характер предложенных тестов студентам с тем, чтобы оценить степень их сложности и соответствие школьной программе. Исследование проводилось по тестам средней сложности и по тестам усложненного варианта.

Ниже представляем тесты усложненного варианта для контроля теоретических знаний по указанным выше разделам школьного программного материала:

1. В каком ряду записаны формулы только тех веществ, которые взаимодействуют с раствором соляной кислоты: а) карбонат натрия нитрат калия, оксид натрия, гидроксид цинка (II); б) сульфат цинка, гидроксид алюминия (III), гидроксид бария, железо;

в) ортофосфат натрия, оксид кальция, гидроксид калия, гидроксихлорид алюминия (III); г) гидроксинит-рат свинца, гидроксид кальция, сульфит бария, нитрат кальция. Ответ: в.

2. Веществом, вступившим в реакцию, сокращенное ионное уравнение которой: ... + 2Н+ = Cu2+ + 2H2O, является: а) нитрат меди (II); б) основной карбонат меди (II); в) гидроксид меди (II); г) хлорид меди (II). Ответ: в.

3. Выберите процесс, который осуществим в водном растворе: а) KCl + H2SO4 = ... б) K2SO4 + HNO3 = ...

в) Ca(HCO3)2 + NaOH = ... г) AlCl3 + HNO3 = ... . Ответ: в.

4. Электролиз водного раствора нитрата цинка (II) на инертных электродах описывает уравнение реакции:

а) Zn(NO3)2 + 2Н20 = Zn(OH)2 + 2ШОэ;

б) Zn(NO3)2 + 2Н20 = Zn + 02 + 2HNO3;

в) Zn(NO3)2 = Zn + 2NO2 + 02Т;

г) Zn(NO3)2 + 2Н20 = 2HN03 + Zn + Н2 | + 02|. Ответ: г.

5. В уравнении реакции: Hg + HN03 = Hg(N03)2 + +N02 + ^О, укажите коэффициент перед восстановителем: а) 4; б) 1; в) 3; г) 2. Ответ: б.

6. С водой при комнатной температуре реагирует каждый из двух простых веществ: а) барий и цинк; б) алюминий и фосфор; в) стронций и бром; г) железо и кремний. Ответ: в.

7. Процесс окисления отражен схемой:

а) С032- ^ С02; б) С ^ СИ^ в) С02 ^ СО;

г) Ш4 ^ С^СЬ Ответ: г.

8. Газообразные вещества будут выделяться и на катоде, и аноде при электролизе водного раствора соли: а) нитрата серебра; б) нитрата калия; в) хлорида меди (II); г) иодида цинка. Ответ: б.

9. С раствором сернистой кислоты взаимодействуют все вещества, перечисленные в ряду: а) натрий, оксид меди (II), гидрокарбонат калия, хлорид бария;

б) литий, цинк, хлорид натрия, гидроксид алюминия (III); в) оксид магния, сульфит натрия, карбонат натрия, гидроксид калия; г) магний, оксид магния, гидроксид меди (II), нитрат натрия. Ответ: в.

10. Краткому ионному уравнению ...Н+ + ОН-- ^ Н2О соответствует взаимодействие следующей пары двух веществ: а) серной кислоты и гидроксида цинка (II);

б) угольной кислоты и гидроксида калия; в) гидроксида меди (II) и соляной кислоты; г) азотной кислоты и гидроксида лития. Ответ: г.

11. Взаимодействие железа с раствором сульфата меди (II) относится к реакции: а) окислительно-восстановительной; б) разложения; в) соединения; г) обмена. Ответ: а.

12. Раствор сульфида калия реагирует со всеми веществами, перечисленными в ряду: а) хлор, хлорид алюминия (III), сероводород; б) литий, хлороводород, нитрат калия; в) кальций, бром, хлорид натрия; г) карбонат натрия, гидроксид аммония, вода. Ответ: а.

13. В каком ряду записаны формулы только тех веществ, с которыми реагирует раствор сульфата меди (II): а) железо, сероводород, гидроксид калия;

б) азотная кислота, карбонат калия, хлорид бария;

в) цинк, азотная кислота, карбонат натрия; г) алюминий, хлорид калия, гидроксид калия. Ответ: а.

14. Вещество HСl может проявлять свойства: а) только окислителя; б) только восстановителя; в) и окислителя, и восстановителя; г) не вступает в окислительно-восстановительные реакции. Ответ: в.

15. В каком ряду записаны формулы только тех веществ, с которыми реагирует раствор карбонат натрия: а) хлорид натрия, гидросульфат натрия, хлорид кальция; б) угольная кислота, сернистая кислота, хлорид бария; в) кремниевая кислота, оксид серы (VI),

соляная кислота; г) силикат натрия, нитрат стронция, гидроксид калия. Ответ: б.

16. Сумма коэффициентов в молекулярном уравнении реакции

Mg(0H)2 + H2S04 = кислая соль + ...

равна: а) 4; б) 5; в) 6; г) 9. Ответ: в.

17. Водные растворы серной и азотной кислот можно различить с помощью: а) меди; б) оксида меди (II);

в) оксида железа (III); г) гидроксида железа (III). Ответ: а.

18. В каком ряду записаны формулы только тех веществ, которые взаимодействуют с раствором азотной кислоты: а) хлорид натрия, оксид кальция, карбонат натрия; б) сероводород, оксид меди (II), цинк; в) силикат калия, фосфор, хлорид бария; г) хлорид калия, гидроксид калия, оксид цинка. Ответ: б.

19. Определите сумму коэффициентов в уравнении реакции:

КМп04 + П^04 + FeS04 = MnS04 +Fe2(S04)3 +

+ К^04 + ^0

Ответ: 36.

20. Из раствора хлорида хрома (III) одновременно выпадает осадок и выделяется газ после добавления. ^^0^ СаС03, Fe, №^). Выберите вещество, в ответе укажите его название. Ответ: сульфид натрия (№^).

Оценка теоретических знаний была просчитана по 20-ти балльной шкале. Наиболее сложными оказались те тесты, где необходимо было студентам показать знания условий взаимодействия представителей основных классов неорганических соединений между собой, т. е. знания не общих свойств класса соединений, а свойства конкретного, индивидуального вещества. Недостаточно полно студенты представляли свойства конкретных представителей основных и кислых солей. Названные соединения в школьной программе рассматриваются фрагментарно, однако в заданиях ЕГЭ (раздел «С») с этим соединениями представлены цепочки превращений.

Полученные результаты (табл.1) свидетельствуют о том, что знания студентов школьного программного материала (усложненный вариант) по контролируемым темам с I по V курс изменяются своеобразно и позволяют сделать следующий анализ.

Уровень «школьных» химических знаний в течение первого года обучения по контролируемым темам растет, но, на наш взгляд, недостаточно быстро. На этом этапе студенты изучают курс неорганической химии, что дает возможность глубже и шире представить мир неорганических веществ и процессов между ними. Однако программа курса неорганической химии не нацелена на глубокое осмысление конкретных школьных химических процессов, а вузовские учебники по логике и степени изложения не имеют цель трактовать школьные курсы химии.

Второй год обучения не дает заметного движения качества усвоения знаний, наблюдается снижение уровня знаний. Это можно объяснить изучением курса аналитической химии только во втором семестре, где главной задачей является усвоение знаний и умений качественного и количественного анализа не-

Таблица 1.

Сводная таблица результатов тестирования

Год обучения Кол-во студентов Уровень знаний Средний балл

высокий средний низкий

I 1 семестр 20 6 (30%) 9 (45%) 5 (25%) 13.6

2 семестр 6 (30%) 9 (45%) 5 (25%) 13.8

II 3 семестр 16 3 (18.75%) 8 (50%) 5 (31.25%) 13.13

4 семестр 1 (6.25%) 7 (43.75%) 8 (50%) 11.06

III 5 семестр 17 0 (0%) 8 (47.06%) 9 (52.94%) 10.88

6 семестр 3 (17.64%) 7 (41.18%) 7 (41.18%) 12.41

IV 7 семестр 10 2 (20%) 7 (70%) 1 (10%) 13.5

8 семестр 3 (30%) 6 (60%) 1 (10%) 14.3

V 9 семестр 11 3 (27.27%) 6 (54.55%) 2 (18.18%) 14.36

10 семестр 5 (45.45%) 5 (45.45%) 1 (0.1%) 15.55

органических соединений, что трудно увязывается с проблемой усвоения знаний по изучаемым темам. Эта закономерность наблюдается даже в пределах одного года обучения, что позволяет нам говорить о достаточной достоверности полученных результатов.

Такая картина на первых двух годах обучения студентов позволяет говорить о том, что в вузовской программе курсов неорганического цикла еще недостаточно устанавливается и подчеркивается связь каждой учебной дисциплины по химии с соответствующим школьным предметом.

На III курсе (начиная с 6 семестра) оценка знаний изменяет направление своей динамики. Мы можем объяснить это тем, что на III курсе происходит смена основных механизмов профессионально-педагогического образования учителей. В 6 семестре вводится курс методических дисциплин, в том числе и по химии. Вероятно, с этого времени студенты осознают необходимость реорганизации академических знаний в профессиональные и начинают активную работу в этом направлении. Однако они по-прежнему все еще остаются на среднем уровне. Возможно, это объясняется неизменностью критериев оценок преподавателей, которые в большей степени ориентированы на оценку академического содержания знаний и слабо учитывают степень их профессиональной направленности.

На IV и V курсах начинается рост методического мастерства, который связан с активным теоретическим и практическим освоением методики преподавания химии в школе. В связи с чем и наблюдается заметное повышение оценок «школьных» знаний. Кроме того, к V курсу заканчивается преобразование знаний из академических в профессиональные, завершается перестройка учебной деятельности, которая из средства освоения академических знаний и умений превращается в средство освоения профессиональной педагогической деятельности.

Тесты для контроля экспериментальных знаний и умений были следующими:

1. Как правильно приготовить раствор серной кислоты: а) кислоту добавить к воде; б) воду прилить к кислоте; в) не имеет значения.

2. Поджигать водород у выхода из газоотводной трубки для проверки его на чистоту следует: а) пламенем горящей спички; б) тлеющей лучинкой; в) пламенем лучинки; г) горящим водородом в пробирке.

3. Как правильно закрыть пробирку пробкой: а) закрыть пробирку, осторожно вдавливая пробку в отверстие пробирки; б) осторожно вкручивать пробку в отверстие пробирки; в) смазать пробку вазелином;

г) смазать стенки отверстия пробирки вазелином.

4. Как правильно держать горящую лучинку: а) вертикально, пламенем вниз; б) горизонтально;

в) под наклоном, пламенем вниз; г) вертикально, пламенем вверх; д) под наклоном, пламенем вверх.

5. Как довести до кипения жидкость в пробирке: а) прогреть всю пробирку, довести до кипения только верхнюю часть жидкости; б) прогреть всю пробирку, довести до кипения только нижнюю часть жидкости;

в) пробирку держать вертикально и нагревать только ее дно; г) прогреть всю пробирку, довести до кипения только среднюю часть жидкости.

6. Куда поместить сыпучее вещество при взвешивании: а) поместить вещество в бюкс; б) поместить вещество на часовое стекло; в) поместить вещество на фильтровальную бумагу; г) поместить вещество в стакан.

7. Как расположить пробирку в лапке штатива при разложении гидроксида меди (II): а) пробирку закрепить вертикально; б) пробирку закрепить под углом, дном ниже отверстия; в) пробирку закрепить отверстием ниже дна; г) пробирку закрепить в горизонтальном положении.

8. Заливать кислоту в аппарат Киппа для получения углекислого газа нужно: а) при открытом верхнем тубусе; б) при открытом зажиме (кране) газоотводной трубки; в) при закрытом зажиме (кране) газоотводной трубки; г) при открытом нижнем тубусе.

9. Куда поместить воронку при фильтровании жидкости: а) в химический стакан; б) в колбу; в) в кольцо штатива; г) в лапку штатива.

10. При выпаривании жидкости из выпарительной чашки необходимо:

а) закончить нагревание чашки после полного испарения жидкости; б) закончить нагревание чашки

после появления кристаллов вещества в чашке с жидкостью; в) закончить нагревание чашки при закипании жидкости в ней; г) закончить нагревание чашки после длительного кипячения жидкости.

Экспериментальные знания и умения оценивались по десятибалльной шкале. Полученные результаты представлены в таблице 2.

Проведем сравнительный анализ полученных результатов. Низкий уровень экспериментальных зна-

Сводная таблица ре

ний и умений у студентов I курса объясняем тем, что контролируемые знания и умения выпускников школы не соответствуют требованиям школьной программы. В результате этого они испытывают значительные трудности в учебе на химических факультетах, особенно в первое время (I - II курс). У студентов слабо развиты умения работы с веществами и оборудованием, которые постепенно на первых курсах обучения совершенствуются.

Таблица 2.

татов тестирования

Год обучения Количество студентов Средний балл

I 1 семестр 20 2.7

2 семестр 3.6

II 3 семестр 16 3.5

4 семестр 4.4

III 5 семестр 17 5.8

6 семестр 6,6

IV 7 семестр 10 6,7

8 семестр 7.9

V 9 семестр 11 7,6

10 семестр 8.7

Рост экспериментальных знаний и умений явно прослеживается на II курсе при изучении аналитической химии, где особое внимание уделяется технике выполнения аналитических работ. Однако не все, а только часть школьных экспериментальных умений в данном учебном курсе отрабатываются (фильтрование, взвешивание, нагревание растворов и др.), чем можно объяснить все еще невысокий общий уровень сформированности контролируемых экспериментальных знаний и умений.

Ш-й курс в формировании экспериментальных знаний и умений можем считать переломным. Происходит смена направления профессионального образования будущих учителей. На Ш-м курсе знание химии как теоретической дисциплины и уровень экспериментальных знаний достигают довольно высокого уровня. Но направленность этих знаний ещё слабо соответствует требованиям школьной программы. Это можно объяснить тем, что с Ьго по Ш-й (5 семестр) год обучения в учебном плане отсутствуют дисциплины методического характера. Из всего выше сказанного можно сделать вывод, что в вузовской программе должно быть больше связей каждой учебной дисциплины по химии с соответствующим школьным предметом.

На Ш-м курсе (6 семестр обучения) оценка знаний резко изменяет направление своей динамики. Вводится курс методических дисциплин, в том числе и по химии, где технике и методике проведения школьного химического эксперимента уделяется большое внимание. Студенты понимают необходимость совершенствования, оттачивания полученных ранее при обучении на ЫП курсах экспериментальных знаний

и умений и приобретения новых приемов техники выполнения химических опытов. Поэтому мы рассматриваем данный период в процессе обучения и становления учителя как переходный. Изменение структуры предметных знаний вызывает повышение уровня экспериментальных знаний и умений.

Рост методического мастерства на ^-м и V-м курсах связан с активным теоретическим и практическим освоением методики преподавания химии в школе (педагогическая практика). В связи с этим наблюдается рост уровня экспериментальных знаний.

Полученные нами результаты хорошо согласуются с выводами о традиционной системе подготовки учителя-предметника в педагогических вузах и рекомендациями по совершенствованию существующей практики [2, 4, 5].

В заключении сделаем некоторые общие выводы. Уровень теоретической и экспериментальной подготовки будущего учителя химии возрастет при корректировке программ химических дисциплин, изучаемых студентами на младших курсах обучения, в части их более глубокой и детальной связи со школьными учебниками при отсутствии в этот период обучения методических дисциплин. Важно также после изучения вузовского цикла по неорганической химии иметь специализированный курс для студентов, на котором рассматривались бы проблемные вопросы школьной химии. Кроме того, назрела крайняя необходимость разработки такого учебного пособия для студентов педагогического вуза, в котором теоретические положения химической науки неразрывно были бы связаны с детальным анализом химических процессов и веществ,

представленных в школьных учебниках. Сегодня такой учебной литературы нет. Есть для студентов лишь две параллельно излагаемые версии химической информации: емкий, сложный информационный поток -вузовский учебник и его дидактический эквивалент -основы химии, т. е. школьный учебник, пространство между которыми еще не заполнено важной информацией для учителя.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Аршанский Е. Я. О химическом эксперименте в гуманитарных классах // Химия в школе. 2002. № 2. С. 63-67.

2. Поваренков Ю. П. Психологический анализ профессионального становления учителя на стадии обучения в педвузе // Ярославский Педагогический Вестник. 1998. № 1. С. 20-24.

3. Полосин В. С., Коршунова Н. В. Чтобы не ошибиться при выборе эксперимента // Химия в школе. 1997. № 5.

С. 60-62.

4. Тестов В. А. Стратегия обучения математике. М.: Технологическая школа бизнеса, 1999. 303 с.

5. Турбовской Я. С. Концепция высшего профессионального педагогического образования // Мир образования - образование в мире. 2002. № 4. С. 40-47.