Актуальные проблемы химического и биологического образования

Обучение школьников расчетам по уравнениям химических реакций

В.Н. Давыдов, И.С. Пошехонов

Санкт-Петербургская академия постдипломного педагогического образования, Санкт-Петербург, Россия

Вычисления по уравнениям химических реакций занимают центральное место в решении расчетных задач по химии. Несмотря на большое число методических разработок, пока не удавалось значительно улучшить практические результаты обучения школьников расчетам по химическим уравнениям. Значительно улучшить ситуацию, по нашему мнению, возможно посредством использования методического подхода, опирающегося на дифференционно-интеграционную концепцию развития психики. В рамках этой концепции функционирует понятие о репрезентативных когнитивных структурах – психологических образованиях, в которых в виде отображения множества связей между разными сторонами и отношениями действительности записаны знания, а также способы их получения и перехода от одних знаний к другим [1, с. 341–342]. Абстрактно-обобщенный характер хранения знаний в репрезентативных когнитивных структурах позволяет человеку решать сложнейшие по объему перерабатываемой информации задачи: распознавать классы типовых задач, ставить диагнозы по наборам симптомов и т.п. Репрезентативные когнитивные структуры развиваются по законам, присущим большим системам. В их числе закон системной дифференциации и интеграции, состоящий в том, что система не складывается, как из кирпичиков, из отдельных элементов, а в процессе развития расчленяется на все более и более мелкие части со все более и более специфическим строением и специализированными функциями. Поэтому развитие систем идет не от частей к целому, а от целого к частям. Из этого закона вытекают вполне определенные выводы о психологически рациональном подходе к обучению. Если когнитивные структуры развиваются от общего к частному, то и «школьное образование, чтобы быть успешным, должно идти тем же самым путем» [2, с. 92].

Для реализации принципа системной дифференциации и интеграции на материале расчетов по химическим уравнениям необходимо решить вопрос о том нерасчлененном целом, которое и является исходным пунктом познания. В основе расчетов по уравнению химической реакции лежат атомно-молекулярные представления, т.е. видение химической реакции как взаимодействия отдельных частиц – атомов и молекул. Поэтому в качестве исходного количественного отношения целесообразно выбрать отношение между числами взаимодействующих частиц.

В общем виде химическое уравнение может быть представлено следующим образом:

aA + bB → cC.

Это уравнение можно интерпретировать следующим образом: при взаимодействии а частиц вещества А с b частицами вещества B получается с частиц вещества C.

Рассмотрим отношение чисел вступающих в реакцию частиц веществ A и B:

N(A)/N(B) = a/b.

Если в получившемся уравнении обе величины отношения N(A)/N(B) разделить на постоянную Авогадро, N_A, то значение отношения не изменится, но его можно будет переписать следующим образом:

N(A)/N(B) = n(A)/n(B) = a/b,

т.е. отношение чисел частиц веществ, вступающих в реакцию, равно отношению количеств этих веществ и равно отношению стехиометрических коэффициентов, стоящих перед формулами этих веществ. Бóльшая часть стехиометрических расчетов предусматривает расчет количества вещества одного реагента по количеству вещества другого, находящегося в недостатке.

Логико-математическая структура таких задач может быть представлена схемой, изображенной на рис. 1. Они решаются методом прямой подстановки известных величин (обозначены в условии: n(A), a, b) в ранее рассмотренное отношение.

Рис. 1. Задачи об отношениях количеств веществ реагентов

Решение и составление задач, отвечающих схеме на рис. 1, позволяет учащимся освоить центральное отношение для расчетов по уравнениям химических реакций. Однако практика стехиометрических расчетов требует также освоения способов перехода от масс, объемов, массовых и объемных долей и молярных концентраций веществ к величинам центрального отношения и обратного перехода от количеств вещества реагентов к их массам, объемам, долям и концентрациям. С позиций дифференционно-интеграционной теории речь идет о различных способах представления величин центрального отношения. Спрогнозировать поле этих возможных переходов можно, развивая приведенную схему (рис. 2).

Рис. 2. Фрагмент поля задач, включающих расчет по уравнению химической реакции

На схеме представлены логико-математические структуры задач, в условиях которых вместо прямого задания величин центрального отношения заданы величины, позволяющие их вычислить. Например, в задаче 1.1 количество вещества A, т.е. n(A), задано через массу двухкомпонентной системы m(A, B) и массовую долю вещества A, т.е. w(A). При построении схем, отображающих поля логико-математических структур расчетных задач, учащиеся осваивают способ и знаковые инструменты моделирования. Последующая работа включает как самостоятельное составление задач по схемам, так и составление логико-математических схем задач, которые предложены для решения.

Предложенный методический подход позволяет организовывать обучение по третьему (по П.Я. Гальперину) типу и, как показывает эксперимент, обеспечивает существенное повышение качества обучения.

Список литературы

1. Чуприкова Н.И. Психология умственного развития: Принцип дифференциации. М.: Столетие, 1997.

2. Чуприкова Н.И. Умственное развитие и обучение (Психологические основы развивающего обучения). М.: Столетие, 1994.

Дидактические материалы для организации устной работы на уроках химии в медицинском стационаре

А.В. Дзенис

учитель химии, школа № 109 в Национальном медицинском исследовательском центре детской гематологии, онкологии и иммунологии им. Дмитрия Рогачева, Москва, Россия

Одна из важных проблем, с которой сталкивается учитель, работающий в школе в больнице, – быстрая утомляемость и низкая работоспособность учащихся.

Активизировать внимание ученика, организовать доступную для него деятельность в удобном темпе, сделать урок необычным и интересным поможет применение разнообразных форм устной работы на занятии.

При обучении школьников, находящихся на длительном лечении в медицинском стационаре, учителю необходимо увеличить долю их устной работы (одновременно уменьшая письменную) на разных этапах урока. Для этого необходимы средства обучения, которые допустимы к использованию в больнице.

Одним из таких средств могут быть разнообразные тематические картотеки (ламинированные для обработки дезинфицирующим составом).

Их можно использовать для расширения представлений школьников по изучаемой теме и формирования интереса к ней (мотивационный этап урока), а также для первичного закрепления знаний или на этапе повторения как на групповых, так и на индивидуальных занятиях.

Например, в 9 классе в разделах «Металлы» и «Неметаллы» перед изучением общей характеристики элементов каждой подгруппы можно знакомить учащихся с применением веществ, образованных этими элементами. Работа проводится индивидуально или в парах. Школьникам выдаются небольшие карточки с краткими текстами из разных источников (энциклопедии, словари) о применении веществ. Им нужно, используя косвенную информацию в текстах, определить, о каком элементе изучаемой подгруппы идет речь. Такое несложное задание помогает создать положительный эмоциональный фон на уроке, расширить кругозор учащихся, совершенствовать их умение выделять главное в тексте.

Для закрепления изученного фактического материала можно использовать работу с картотекой, которая аналогична тестовым заданиям «установить соответствие» и «верность суждения». Ученикам предлагается комплект карточек, на которых записаны отдельные предложения о нахождении в природе, физических и химических свойствах, получении и применении двух веществ (например, азот и фосфор, водород и кислород). Учащимся необходимо систематизировать карточки так, чтобы с их помощью составить устные рассказы об этих веществах. При выполнении задания школьникам предлагается пользоваться опорным материалом. Такие задания учащиеся не воспринимают как упражнение, поэтому процесс закрепления не сопровождается боязнью ошибиться. Это помогает предупредить эмоциональное напряжение ученика и создает благоприятный психологический климат на уроке.

Особенно востребована такая форма работы при обучении детей, которые не могут выполнять письменные задания (например, лежачие дети).

В результате работы с такими картотеками учащиеся не только узнают новую информацию и закрепляют имеющиеся знания, но и совершенствуют владение:

• навыками смыслового чтения (умение выделять основную идею текста, производить отбор нужной информации и систематизировать ее, использовать в учебных целях сведения из текстов);

• устной речью (умение формулировать собственное мнение и аргументировать его);

• монологической речью.

Создать положительный эмоциональный настрой и снизить утомляемость ученика через смену деятельности поможет применение дидактических материалов на магнитной основе. Их использование позволяет внести в процесс обучения элементы занимательности и игры, а надежная фиксация в любом положении позволяет вовлечь в активное изучение темы даже лежачих детей. Эти материалы могут быть задействованы для выполнения устных упражнений на этапах актуализации знаний, формирования новых понятий и первичного закрепления. С их помощью снижение нагрузки на учеников будет осуществляться путем перевода части письменных заданий в устные.

Устная работа с опорными схемами на уроках в госпитальной школе способствует целостному восприятию изучаемого материала учеником, совершенствует его умение преобразовывать информацию, представленную в разных форматах (составление устного рассказа, ответы на вопросы по схеме). Такая форма устной работы развивает речь учащегося и помогает непроизвольному запоминанию учебного материала, что особенно актуально для учеников, находящихся на длительном лечении.

Разнообразить устную работу на уроке поможет применение электронных образовательных ресурсов. Коллекция видеоопытов [1] по темам школьного курса химии сделает обучение более наглядным и даст возможность частично восполнить отсутствие реального химического эксперимента, который невозможно провести в условиях детской больницы. Кроме этого, учащиеся получат возможность увидеть интересные, зрелищные и познавательные опыты, которые не включены в школьную программу. Учитель, в свою очередь, сможет не только организовать образное закрепление изученного материала, но и повторить с учениками правила техники безопасности при работе с различными веществами, обсудить признаки химических реакций и условия их проведения.

Использование отдельных фрагментов (иллюстраций, текста или упражнений) разных учебников в электронном формате даст возможность быстро напомнить школьнику забытый им учебный материал, восполняя пробелы в знаниях. Применение сборников тестов в электронном виде позволяет включать в активную познавательную деятельность ребенка, который не может выполнять письменные задания, а также обучать школьников выполнению тестовых заданий.

При наличии возможности выхода в интернет на планшете или ноутбуке учителя для устного закрепления знаний учащихся могут быть использованы разнообразные интерактивные упражнения, созданные с помощью сервиса LearningApps.org [2]. Игровая форма заданий вносит элементы занимательности и новизны в устную работу на уроке. Возможность быстро самостоятельно проверить свои учебные достижения, помогает создать ситуацию успеха, мотивировать длительно болеющего ребенка на учебу.

Специфика работы со школьниками, находящимися на длительном лечении в медицинском стационаре, побуждает учителя к поиску таких средств обучения, с помощью которых можно предупреждать утомление учащихся, формируя и поддерживая у них интерес к учебе.

Список литературы

1. Неорганическая химия. Видеоопыты. Каталог [Электронный ресурс]. URL: http://school-collection.edu.ru/catalog/

2. LearningApps.org [Электронный ресурс]. URL: https://learningapps.org/

Компоненты готовности учителей химии к организации учебно-исследовательской деятельности учащихся

Е.Ю. Дробышев

Средняя школа № 4, Макеевка, Россия

Как показывает анализ литературы, готовность учителей к организации учебно-исследовательской деятельности учащихся недостаточна. В исследованиях О.В. Лебедевой [1, с. 405] и Л.А. Лукьяновой [2, с. 124] указываются типичные трудности в организации учебно-исследовательской деятельности, с которыми сталкиваются учителя. Прежде всего это недостаточный уровень знаний и умений в области теории ученического исследования, затруднения, связанные с правильным и обоснованным выбором форм, методов, подходов в работе с учащимися в данном направлении.

Многие исследователи (В.А. Сластенин, Е.Э. Воропаева, Л.С. Подымова, М.А. Казакова, В.С. Лазарев и др.) выделяют компоненты готовности учителя к инновационной деятельности. Большинство считают, что готовность учителя к профессиональному саморазвитию может диагностироваться только в совокупности ряда составляющих – компонентов готовности, взаимосвязанных друг с другом и образующих вместе единое целое. Исследователи заостряют свое внимание на компонентах, которые отражают готовность учителя в мотивационном, личностном, деятельностном и рефлексивном поле своей деятельности.

В своем исследовании мы выделяем следующие компоненты готовности учителя химии к организации учебно-исследовательской деятельности учащихся.

Мотивационный компонент – готовность учителя к профессиональному росту, познанию современных инновационных педагогических идей, применению инновационных методик в работе, разработке собственных методических продуктов на высоком уровне, связанных с учебно-исследовательской деятельностью учащихся.

Личностный компонент – готовность учителя к личностному саморазвитию и самосовершенствованию. Наличие способности оценивать себя как личность, готовую к осуществлению учебно-исследовательской деятельности как одного из видов инновационной деятельности.

Когнитивный компонент – готовность учителя к организации учебно-исследовательской деятельности учащихся на высоком теоретическом уровне.

Деятельностный компонент – готовность учителя применять накопленные теоретические знания для организации учебно-исследовательской деятельности учащихся на практике.

Рефлексивный компонент – готовность учителя анализировать свою деятельность по организации учебно-исследовательской деятельности учащихся и корректировать ошибочные действия, возникающие в ходе такой деятельности.

Компоненты готовности подлежат оценке. Оценивание компонентов можно провести при наличии аналитико-диагностического инструментария. Нами разработан инструментарий, позволяющий оценить готовность учителя по каждому из описанных компонентов посредством анализа ряда показателей, характеризующих различные виды деятельности учителя.

Список литературы

1. Лебедева О.В. Формирование методической компетентности учителя в области организации исследовательской деятельности // Вестник Нижегородского ун-та им. Н.И. Лобачевского. 2010. № 5 (2). С. 403–406.

2. Лукьянова Л.А. Готовность учителей к организации исследовательской деятельности школьников // Вестник ЧГПУ им. И.Я. Яковлева. 2016. № 1 (89). С. 122–131.

Повышение профессиональной мотивации обучающихся на химических олимпиадах

А.Ю. Жадаев

Институт пищевых технологий и дизайна – филиал Нижегородского государственного инженерно-экономического университета, Нижний Новгород, Россия

И.Р. Новик

Нижегородский государственный педагогический университет им. К. Минина, Нижний Новгород, Россия

Проблема повышения мотивации обучающихся является одной из центральных в психолого-педагогических исследованиях многих ученых, методистов и учителей-практиков [1–6; 8; 10]. Для формирования новых поколений компетентных профессионалов в различных сферах трудовой деятельности важное значение приобретают вопросы результативности формирования профессиональной мотивации [4; 5; 9; 10].

Под профмотивацией, по мнению Г.М. Андреевой [1], понимается действие конкретных побуждений, обусловливающих выбор профессии и продолжительное выполнение обязанностей, связанных с ней. От профессиональной мотивации зависит выбор дальнейшего пути развития, эффективность профессиональной деятельности, удовлетворенность ее результатами, успешность профессионального обучения студента [2].

Н.В. Бордовская и соавт. [3] выделяют следующие негативные факторы, которые влияют на снижение профмотивации у студентов:

1) столкновение представлений студента о профессии с реальностью;

2) слабая подготовка к систематическому и напряженному процессу обучения, низкий уровень обучаемости;

3) стремление сменить профессиональное направление (специальность) и отрицательное отношение к некоторым дисциплинам, но положительное к самому процессу обучения.

Для преодоления данных негативных моментов авторами используются мероприятия, направленные на поддержание интереса к процессу обучения будущей профессии, разработанные с учетом непрерывности и преемственности школьного и вузовского образования, часто проводимые при поддержке сетевых партнеров [5; 9; 10]. Например, подготовка студентами педагогического вуза мероприятий профориентационного характера для школьников и активное участие в их проведении дает будущим учителям необходимый опыт творческой деятельности и готовит их к работе по выбранной профессии. К числу таких мероприятий относится олимпиада по химии, которая проводится в Мининском университете ежегодно с 2007 г. для потенциальных абитуриентов [7; 8]. Осенью 2018 г. для учащихся 9–11 классов школ Нижнего Новгорода при поддержке РМО Московского, Советского и Сормовского районов была организована проектная олимпиада по химии. Ее цели: привлечение наиболее одаренных учащихся в число студентов НГПУ им. К. Минина; повышение интереса к химической науке как части общей культуры; внедрение в процесс обучения современных информационных технологий; пропаганда научных знаний в школьной среде.

К участию в проектной олимпиаде приглашались команды, состоящие из 5 человек, под руководством одного педагога образовательной организации, сформировавшего и зарегистрировавшего команду участников в установленные оргкомитетом сроки. Тексты заданий олимпиады разрабатывались непосредственно оргкомитетом. Задания каждого последующего тура предоставлялись командам после окончания предыдущего тура. Команды, не предоставившие материалы в установленные оргкомитетом сроки, не допускались к дальнейшему участию.

Олимпиада проводилась в четыре тура. 1–3-й туры проводились дистанционно. 1-й тур – регистрация и представление визитной карточки команды, его прошли 22 команды; 2-й тур – выполнение и представление теоретического задания, включающего оригинальный кроссворд к 150-летию Периодической системы Д.И. Менделеева, представили 20 команд; 3-й тур – выполнение и представление творческого задания (см. ниже) 19 командами. По итогам 1–3-го туров лучшие 10 команд приглашались в НГПУ им. К. Минина на 4-й очный тур, предполагающий домашнее выполнение и очное представление практического задания по созданию полимерного материала. Свой способ получения полимеров защищать приехали 8 команд.

На всех этапах проведения проектной олимпиады были задействованы студенты магистратуры по направлению подготовки 44.04.01 «Педагогическое образование», профиль «Инновации в химическом образовании». Они помогали оргкомитету регистрировать участников, проверять кроссворды и творческие задания, проводить финальный 4-й тур.

Важно отметить, что для обеспечения непрерывности и преемственности образования и реализации требований соответствующих ФГОС в ИПТД и Мининском университете ежегодно проводятся химические олимпиады для студентов. Они состоят из двух этапов: внутривузовского и межвузовского (областного). Задания внутривузовского этапа химической олимпиады составляют преподаватели химических дисциплин с учетом конкретных условий работы вуза и уровня подготовленности обучающихся. На данном этапе важна массовость участия в олимпиаде. Задания разной степени сложности составляют так, чтобы самые легкие из них мог выполнить любой обучающийся I курса. Это доставляет студентам моральное удовлетворение. Как правило, наиболее легкими заданиями для обучающихся являются конкретные теоретические вопросы по основным разделам химии, а наиболее сложными – ситуационные задачи с нестандартными формулировками, так как при их решении обучающиеся должны продемонстрировать свой интеллект и креативность. В качестве примера приведем авторскую разработку одного из таких заданий, подготовленного учителями химии высшей категории С.А. Венковой и М.А. Пономаревой: «Золото всегда было дорогим материалом, поэтому вместо того, чтобы сделать весь предмет из золота, нередко использовали позолоту. Согласно Плинию Старшему, древнеримские мастера златобойного искусства из 55 г золота могли получить 150 квадратных листков площадью около 50 см² каждый. Помимо золочения фольгой исстари на Руси применяли так называемое огневое золочение. Таким способом были покрыты купола Успенского собора Московского Кремля, купол Исаакиевского собора. Какова была толщина листков золота, получаемых древнеримскими златобойцами? Приведите расчеты толщины листка в микрометрах (мкм). В чем заключался способ ковки листочков из золота? Что такое огневое золочение и почему этот способ уже не применяется более 100 лет? Каковы современные технологии покрытия позолотой изделий из металла? Какие химические реакции лежат в основе процессов золочения?»

Данное задание использовалось в 2018 г. в 3-м заочном туре проектной олимпиады по химии для учащихся 9–11 классов (см. выше), а также в 2019 г. на внутривузовском этапе олимпиады по химии для студентов II–V курсов бакалавриата Мининского университета.

Нужно отметить, что наиболее подготовленные и способные по химии студенты ИПТД и Мининского университета выполняют задания внутривузовского тура практически полностью. Победители внутривузовской олимпиады награждаются почетными грамотами I, II, III степеней.

На межвузовскую олимпиаду по химии отбирают студентов из числа победителей на внутривузовском этапе с учетом их возможностей, способностей к предметам и добровольного желания участвовать в олимпиаде.

Опыт работы в вузе показывает, что студенты, принимающие активное участие в олимпиадах, в том числе и по химии, значительно расширяют свой научный кругозор в данной науке, формируя тем самым познавательный интерес к учебной дисциплине, а в итоге и более устойчивую профессиональную мотивацию к выбранному профилю и направлению подготовки.

Список литературы

1. Андреева Г.М. Социальная психология. М.: Аспект Пресс, 2002.

2. Айсмонтас Б.Б. Педагогическая психология: учеб. пособие для студентов. М.: МГППУ, 2004.

3. Бордовская Н.В., Реан А.А., Розум С.И. Психология и педагогика. СПб.: Питер, 2002.

4. Гильманшина С.И. Отбор содержания системы по формированию профессионального мышления учителя химии // Материалы 52-й Всерос. науч.-практ. конф. химиков с междунар. участием «Актуальные проблемы модернизации химического образования и развития химических наук». СПб.: РГПУ им. А.И. Герцена, 2005. С. 127–130.

5. Жадаев А.Ю., Максимова И.В. К вопросу о формировании профессиональной мотивации у студентов пищевой индустрии в условиях непрерывного образования // Современные наукоемкие технологии. 2016. № 4-2. С. 333–338.

6. Йовайша Л.А. Проблемы профессиональной ориентации школьников. М.: Педагогика, 1983.

7. Методические рекомендации по организации вузовской олимпиады по химии для школьников [Электронный ресурс] / Новик И.Р. и др. // Вестник Мининского университета. 2014. № 2 (6). URL: https://vestnik.mininuniver.ru/jour/article/view/483/459

8. Новик И.Р. Подготовка компетентного специалиста в системе высшего химико-педагогического образования для работы с одаренными учащимися: монография. Н. Новгород: НГПУ, 2013.

9. Новик И.Р., Жадаев А.Ю., Волкова Е.А. Роль профориентации в условиях непрерывности и преемственности образования // Проблемы современного педагогического образования (Сер.: Педагогика и психология). 2017. Вып. 54. Ч. 4. С. 104–110.

10. Новик И.Р., Воронина И.А., Железнова Е.Н. Формирование профмотивации обучающихся с использованием сетевого сотрудничества школы и университета // Проблемы современного педагогического образования (Сер.: Педагогика и психология). 2018. Вып. 61. Ч. 1. С. 230–233.