Статья "Развитие одаренности учащихся на материале учебного предмета "Химия"

Развитие одаренности учащихся на материале учебного предмета «Химия»

Михеева Елена Леонидовна,

учитель химии МБОУ СОШ №4,

г. Мыски, Кемеровская область

Ключевые слова:

Федеральные стандарты второго поколения, деятельностный подход, одаренность учащихся, исследование, квазиисследование, мышление, понимание, погружение

Материалы статьи будут интересны всем, кто участвует в разработке и реализации идей и концепции деятельностной педагогики, т.е педагогики, основанной на мышлении и понимании, на создании педагогических условий, позволяющих развивать одаренность учащихся.

Федеральные стандарты второго поколения делают акцент на деятельностный подход в образовательном процессе, т.е. способности быть автором, творцом, активным созидателем своей жизни, умение ставить цель, искать способы её достижения, быть способным к свободному выбору и ответственности за него, умение максимально использовать свои способности. Развитие одаренности связано не с получением определённого объёма знаний (даже очень большого объема), а на творческую его переработку, связано с развитием способности мыслить самостоятельно, на основе полученного учебного материала.

Одаренность, на наш взгляд, связана с системным мышлением, с формированием исследовательской компетентности. Чтобы “выращивать” одаренность необходимо создавать образовательные ситуации, которые позволяют детям порождать “новое”, даже если в культуре это уже существует, т.е. организовать квазиисследование. Педагогически грамотно выстроенное квазисследование для ребёнка является настоящим исследованием. У детей именно в этих ситуациях появляется опыт мышления, опыт открытия, появляется шанс для ребенка породить по-настоящему новое для него знание. Именно такие ситуации мы проектируем и реализуем через форму концентрированного обучения или «погружение в предмет» (далее – погружение). Ситуации квазиисследования включены, «зашиты» во все наши погружения, являются его стержнем, основой. В этих же рамках спроектировано погружение по теме: «Электрические явления в химии», сценарий которого представлен в данной статье в качестве иллюстрации.

Кратко скажем о целях погружений и о том, каким образом можно организовать погружение.

Цель погружения - показать школьникам, как ставятся настоящие исследовательские задачи и каким образом вырабатываются средства для их решения; дать школьникам возможность получить опыт коллективной исследовательской работы. Еще раз отметим, что наше представление о развитии одаренности связано с формированием у школьников исследовательской компетенции.

Устройство погружения. На каждом погружении в течении 3 или 4 дней решается одна большая задача исследовательского характера, в рамках которой выделяются отдельные подзадачи. Школьники работают над решением задач в малых группах, обмениваясь полученными результатами на пленарных заседаниях и участвуя в общих дискуссиях.

На погружениях по химии значительная часть времени уделяется планированию и проведению экспериментов.

Возраст, количество участников. Погружения рассчитаны на разные возрасты школьников, от 7 до 11 класса. В одном погружении, как правило, участвуют школьники из двух-трёх смежных параллелей.

Погружения исследовательского характера рассчитаны на участие 10–15 школьников, учебные погружения — на 25–35 школьников.

Длительность погружения. Погружение обычно рассчитано на 16 учебных часов, и проводится по 4 часа в день. Как правило, при проведении погружения за день, а то и за два дня решается одна задача, требующая проведения некоторого исследования; и эту задачу школьники решают в рабочих группах по 4-6 человек, а потом результаты работы групп заслушиваются на общих заседаниях. Кроме того, общее заседание может проводиться в форме общей дискуссии.

Локации для погружения. Погружения мы проводили в различных локациях: в актовом зале и в обычном учебном кабинете, рассчитанном на 25 – 30 учащихся. Часть стульев мы расставили амфитеатром для проведения общих заседаний. А за ними поставили 4 стола со стульями вокруг — для 4 групп. Группы работали рядом, и никто никому не мешал.

Тайминг. На выполнение задания для групп отводится от 20 до 25 минут, не больше того. Это позволяет, если есть такая необходимость, делать за учебный день два такта групповой работы, причём второй такт можно делать прямо по ходу общего заседания, разойдясь по группам.

Далее приводим в качестве иллюстрации авторский сценарий одного из наших погружений по химии по теме: «Электрические явления в химии». Авторы этой методической разработки: Колчин Алексей Александрович, Михеева Елена Леонидовна. Это погружение было проведено на Зимней Школе развития «Пифагор», г. Новосибирск.

Сценарий учебного погружения “Электрические явления в химии”

Введение

Погружение проводилось для школьников 7–8 классов, которые ещё не изучают химию в средней школе или только начали её изучать.

Педагогические задачи

При проектировании погружения по теме “Электрические явления в химии” мы ставили следующие педагогические задачи, которые, как мы считаем, могут ставиться в любом школьном естественнонаучном курсе, выстроенном в рамках системно – деятельностного подхода:

1. Воспроизведение отдельных моментов исследовательской деятельности (естественнонаучного исследования). Различают два типа естественнонаучного исследования: опытное (домодельное) и теоретическое (на основе построения модельной теории, связанной с экспериментом).

2. Формирование способности моделирования — построения моделей, их преобразования, оценки пределов их применимости. Современное исследование строится на основе теоретического моделирования изучаемых явлений, поэтому важнейшей составной частью обучения химии должно быть усвоение учащимися принципов и приемов моделирования химических явлений. Эта цель выделяется как особая.

В моделях, которые строятся в естественных науках, происходит как бы удвоение мира: модели, как особый тип знания, понимаются не как действительность, а как идеальное отражение действительности. Значение моделей состоит в том, что на их основе новые знания о явлениях природы можно получать теоретическим путем. Это в значительной мере повышает эффективность исследовательской работы. Моделирование является также способом эффективной упаковки и быстрого получения знаний.

Один и тот же набор эмпирических фактов и закономерностей обычно допускает построение нескольких объясняющих эти факты моделей. Работа с различными моделями, их сравнение по способности объяснять эмпирические факты, принципиально важны для научного познания. На их основе получаются различные теоретические знания, по-разному предсказывающие ход явлений. Поэтому должны быть построены способы проверки вытекающих из различных моделей теоретических следствий, их соответствия действительности. Моделирование предполагает сопоставление нескольких моделей, их критическую оценку.

В образовательном процессе, так же как и в науке, учащимся необходимо различать модели и эмпирически полученные факты. Обсуждение, анализ именно различных (а не одной) моделей по поводу одних и тех же эмпирических фактов есть возможный способ разворачивания курсов естественных наук, в том числе и курса химии. У учащихся формируется разумное критическое отношение к знанию — они могут выяснить пределы применимости той или иной модели.

Таким образом, при изучении естественнонаучных дисциплин, в том числе и химии, учащиеся строят модели, преобразуют их и делают на их основе предсказательный вывод. Этот вывод может быть далее проверен с помощью эксперимента.

3. Формирование умения различать знания и реальность, понимать, что существуют различные типы научных знаний и способы работы с ними. Различение типов знаний и способов работы с ними, различение картин мира необходимо для правильной организации образовательного процесса.

Моделирование в естественных науках всегда происходит в рамках определенной парадигмы, построенной в данной науке. Смена картин мира приводит к революционному развитию науки [1, 2, 5, 6]. В химии также сменилось несколько парадигм: химия состава, электрохимическая (ионная) теория, структурная теория, физическая химия, квантовая химия. В разных картинах мира модели строятся на различных основаниях даже на основе одних и тех же эмпирических фактов. Например, в различных химических картинах мира понятия кислот — разные.

Для занятий, на которых осуществляется моделирование, педагогом искусственно создается учебная ситуация, отличающаяся от ситуации реального исследования, подбирается специальный учебный материал, поскольку результатом этого исследования должно служить не решение научной задачи, а освоение культурных средств моделирования.

В соответствии с вышеизложенными педагогическими задачами обучение организуется как эмпирический (домодельный) или теоретический (на основе моделирования) типы исследования. Основным способом работы является моделирование на основе предварительно проведенного эмпирического исследования. Необходимо отметить, что полное эмпирическое исследование и в рамках школьного курса, и отдельного погружения, осуществить невозможно ввиду недостатка времени и технического оснащения, поэтому некоторый объем фактов, результатов эмпирических исследований берется из научной и справочной литературы. Организация обучения в форме решения учебных задач создает в образовательном процессе условия для проявления творческой активности учащихся. Предлагаемые в ходе эмпирического исследования объяснения химических явлений и строящиеся в ходе теоретического исследования модели должны быть обоснованы. Модели не могут быть заучены: их обоснование, анализ и применение для решения задач и получения новых знаний — это работа, которую можно осуществить только самостоятельно, и которая действительно характеризует деятельность учения (в отличие от обучения). Ребенок становится учеником, когда он понимает учебную задачу и принимает её, и когда у него имеется учебное пространство, в котором можно самостоятельно предлагать версии по поводу решаемой учебной задачи, построения модели.

Предметная задача погружения: Объяснить явление электролиза

Устройство погружения

В погружении по теме “Электрические явления в химии” приняли участие 16 учащихся 7-8 классов, из них лишь двое — восьмиклассники. Все участники погружения были активно включены в работу, несмотря на разный стартовый уровень подготовки. Погружение проходило четыре учебных дня. Основная работа в рамках погружения выполнялась в первой половине дня в учебное время в течение четырех академических часов в день. Проводились постановка задач, планирование и исполнение экспериментов, а также их обсуждение. Кроме того, часть работы была вынесена на вторую половину дня. В частности, знакомство с выданными текстами, проведение некоторых опытов, просмотр учебных фильмов по теме погружения: “Щелочные металлы”, “Электролиз воды”, “Применение электролиза”, “Электролиз расплава иодида калия”, “Электролиты и неэлектролиты”. Участникам погружения при постановке того или иного вопроса выдавались соответствующие наводящие короткие тексты. Учащиеся были обеспечены текстами о первоначалах (к которым по представлениям древнегреческих философов относились вода, воздух, огонь, земля), об истории первого этапа изучения электрических явлений в химии, истории открытия электрона, о свойствах некоторых химических веществ (щелочные и щелочноземельные металлы, водород, хлор, йод), о гальванопластике и гальваностегии [10]. Кроме того, учащимся была выдана периодическая система элементов Д. И. Менделеева.

В данном погружении в качестве предметной решалась задача: объяснить явление электролиза. Учебная задача погружения заключалась в том, чтобы вычленить новые средства (новый тип модели), вытекающий из невозможности объяснить явление электролиза. Другими словами, ставилась задача перехода от атомно-молекулярной картины мира к электрохимической картине мира. Как следствие, ответ на вопрос : существуют ли на самом деле ионы?

При проведении данного погружения основная трудность заключалась в том, что большая часть школьников, участвовавших в погружении, не изучала химию совсем. Но и те из них, кто уже начал изучать химию в школе, не имели модельных представлений о веществе, и, главное, — не умели моделировать химические процессы. Школьники демонстрировали некоторый набор терминов (атом, электрон, ион, нуклон и т. д.), которые они не могут использовать как средство для объяснения проведенных опытов и планирования новых экспериментов. Причем все эти термины для них обозначают реальный мир.

Такой исходный уровень представлений и умений школьников потребовал от нас конкретизации плана погружения.

Мы выделили три подзадачи. Первая — сформировать у детей (насколько это позволяли временные рамки погружения и наши возможности как ведущих погружения) атомно-молекулярную картину мира для объяснения строения веществ. Вторая подзадача — показать ограниченные возможности этого типа моделей и отказаться от них вследствие того, что они не могут объяснить явление электролиза. Третья подзадача — построить другой тип моделей (другую картину мира – электрохимическую).

При проведении погружения термин “картина мира” в обсуждении его участников не использовался. Терминологически все обсуждалось на том языке, который позволял объяснять нам различные опыты, связанные с явлением электролиза, и который был понятен всем участникам погружения.

В процессе погружения работа проходила в различных режимах, которые сменяли один другой по мере смены задач погружения: совместное обсуждение, эксперимент и наблюдение, фиксация результатов эксперимента, опыты, групповая работа, доклады групп, лекция.

План и содержание погружения по дням

День первый

1. Чтение и анализ небольшого текста о первоначалах, как их представляли древние греки. Вода как одно из первоначал. Данное обсуждение позволило поставить вопрос — является ли вода первоначалом (элементом) или нет?

2. Проведение эксперимента и наблюдение за явлением, в котором участвуют четыре компонента (вода, кислота, электроды, электрический ток), результатом которого является газ. Постановка вопроса: “Из чего получился газ?”. Школьниками предлагаются версии ответов по количеству компонентов, все они проверяются на основе планирования и проведения дополнительных экспериментов.

В первый день мы провели все дополнительные эксперименты, однако не хватило времени на сбор газов, выделяющихся на электродах. Этот опыт был закончен в начале второго дня погружения.

3. Учащимся были выданы тексты с историческими сведениями о первых работах химиков с электрическим током. (Описание некоторых опытов электролиза расплавов солей Г. Деви, Ж.Л. Гей-Люссака, Л. Теннара и др.) [3, 7, 8, 12, 13].

День второй

1. Лабораторная работа в парах : получение трех различных газов (кислорода, водорода и углекислого газа), изучение некоторых их свойств (цвет, запах, горючесть, способность поддержания горения) и составление сводной таблицы свойств изученных газов.

2. Идентификация газов, собранных в две пробирки на катоде и аноде. Заключение : в пробирках два различных газа (кислород и водород); объемы этих газов соотносятся, как один к двум.

3. Общие выводы по всем проведенным экспериментам. Ответы на вопросы: из чего (из какого компонента) выделились газы? Является ли вода первоначалом (элементом)?

4. Обсуждение (по материалам выданных накануне текстов) первых опытов химиков с электрическим током, полученных ими результатов и сделанных выводов.

5. Рассмотрение вопроса о том, что было известно об электричестве ко времени проведения этих опытов (1800–1809 гг.) Обсуждение моделей электрического тока, существовавших в это историческое время (ток как электрическая жидкость / две жидкости).

6. Подробное обсуждение эксперимента по электролизу расплава поваренной соли, впервые проделанного Г. Деви. Зарисовка схемы установки для проведения этого опыта. Первая попытка моделирования процесса электролиза расплава поваренной соли на основе «жидкостных» моделей электрического тока. Обсуждение контраргументов к этой модели.

День третий

1. Лекция: Знакомство с опытами электролиза М. Фарадея [3,7,8,11,12]. Обсуждение результатов этих опытов. Зарисовка и обсуждение моделей процессов в этих опытах. Замечательное открытие дня, сделанное в ходе общего обсуждения участником погружения Артуром Пименовым : “Электричество — это не река, а кусочки”.

2. Обсуждение опыта электролиза расплава поваренной соли на основе новых модельных представлений об электричестве (электричество как частицы – “атомы электричества”). Работа в группах. Моделирование и зарисовка процесса электролиза. Представление моделей тремя группами. Все группы использовали в своих обсуждениях атомно-молекулярные представления о строении вещества, но разные модели электрического тока. Общий вывод по докладам групп: все модели одинаковы в том, что они не объясняют, почему вещество разлагается очень быстро, и почему вещество выделяется на определенном электроде.

3. Проведение дополнительных экспериментов : изменение расстояния между электродами, последовательное соединение трех ванночек для электролиза, изменение силы тока при электролизе. Выводы по результатам опытов.

4. Обсуждение дополнительных экспериментов. Предположение участников погружения : “Электричество внутри вещества!”. Конкретизация этой идеи в моделях строения вещества на примере поваренной соли. Участниками погружения были созданы три вида моделей :

I. Существуют только отрицательные электрические частицы, которые “несет” на себе частица хлора. Второй вид частиц вещества (натрия) не несет на себе электрической частицы (отсутствие электрической частицы — “электрический вакуум”, как выразились ребята, обозначает положительное электричество).

II. Существуют только положительные электрические частицы, которые “несет” на себе частица натрия. Частица хлора не имеет электричкой частицы, что обозначает здесь отрицательное электричество.

III. Каждая из частиц вещества “несет” на себе один из двух видов электрических частиц (частица натрия — положительную, частица хлора — отрицательную).

5. Работа в группах: моделирование процесса электролиза на основе новых представлений о веществе, состоящем из частичек со “спрятанным” в них электричеством. Общее заседание : представление группами трех моделей вещества и обсуждение, насколько хорошо эти модели вещества объясняют процесс электролиза. Формулировка вывода о новом типе частиц вещества — ионах.

6. Промежуточное подведение итогов: сравнительная характеристика атомов и ионов.

День четвертый

1. Обсуждение фрагмента фильма “Электролиз расплава иодида калия” (фильм демонстрировался накануне во второй половине дня). Конкретизация ионной модели строения вещества. Работа в группах: моделирование процесса электролиза расплава иодида калия на основе трех моделей электрического тока. Установление равноценности этих моделей.

2. Лекция : Краткие сведения об истории открытия “атома электричества” — электрона. Исследования Г. Гельмгольца, Дж. Стонея, В Крукса, Дж. Д. Томсона, Р. Милликена [4, 9, 11]. Выбор окончательной модели электрического тока на основе исследований физиков.

3. Проведение опытов по электролизу растворов различных веществ (щелочь в воде, щелочь в ацетоне, иодид калия в воде). Моделирование этих опытов по группам. Общее заседание : обсуждение моделей процессов, представленных группами. Выводы : новое в данных опытах по сравнению с расплавами солей — это конкуренция ионов у электродов. Обсуждение особой роли воды : в чем она заключается?

4. Лекция-беседа: “Применение электролиза”.

5. Сборка установки и постановка опыта по покрытию металлом (медью) неметаллических предметов (жуков).

6.Контрольные вопросы участникам погружения. Обсуждение итогов погружения для его участников.

Результаты и критерии

Результаты данного погружения мы, как его разработчики и ведущие, оценивали по следующим критериям : включенность / невключенность школьников в процессы обсуждения и планирования опытов, моделирование процессов в группах (создание моделей в рабочих группах, разнообразие моделей), участие школьников в общей дискуссии, интенсивность задавания вопросов, запросы на дополнительную информацию, участие в погружении во второй половине дня (в клубное время), качество ответов на контрольные вопросы, самооценка участников погружения своего продвижения в предметном материале На основе выделенных критериев нами проводилась экспертная оценка освоения участниками погружения предметного материала и модельных представлений, как основного средства объяснения проведенных опытов. Экспертная оценка ведущих и самооценка участниками погружения собственных предметных и надпредметных результатов была высокой, несмотря на низкий уровень стартовых представлений и умений школьников по данной теме., что, на наш взгляд, подтверждает гипотезу о необходимости создания ситуаций исследования и квазииссследования в образовательный процесс.

Библиография

1. Вернадский В. И. Очерки и статьи. М.: Наука, 1988.

2. Голдстейн М., Голдстейн И. Как мы познаем. Исследование процесса научного познания. М.: Знание, 1984.

3. Джуа М. История химии. М.: Мир, 1975.

4. Дуков В.М. Исторические обзоры в курсе физики средней школы. М.: Просвещение, 1983.

5. Кедров Б.М. О великих переворотах в науке. М.: Педагогика, 1986.

6. Кун Т. Структура научных революций. М.: АСТ, 2001.

7. Манолов К. Великие химики. М.: Мир, 1985.

8. Меншуткин Б. Н. Химия и пути ее развития. М.: Изд-во АН СССР, 1937.

9. Мощанский В.Н., Савелова Е. В. История физики в средней школе. М.: Просвещение, 1981.

10. Патлах В.В. Гальванопластика и гальваностегия. http://www.patlah.ru

11. Роджерс Э. Физика для любознательных. М.: Мир, 1971.

12. Смит А. Введение в неорганическую химию. В 2 т. М.-Л.: Госиздат, 1928.

13. Хайниг К. Биографии великих химиков. В 2 т. М.: Мир, 1981.