Экспериментальная химия в системе проблемно-развивающего обучения. 8-11 классы. Инструктивные карты практических работ и опытов. Программа для установки через Интернет

Введение

ВВЕДЕНИЕ

В основе Федерального государственного образовательного стандарта лежит системно-деятельностный подход, включающий, в числе прочего, активную учебно-познавательную деятельность обучающихся, организованную методами и средствами развивающего обучения. Работы ученых, методистов, учителей-практиков способствовали обоснованию применения идей развивающего обучения в практике целого ряда предметов, составляющих основу общего образования. С этой целью разрабатывались новые программы, учебники, методические руководства, определялись стратегические направления модернизации основного общего образования. Однако в реализации на практике таких прогрессивных и потенциально эффективных принципов и подходов к процессу обучения, как развивающее обучение, деятельностный подход, проблемное обучение, создание внутренней мотивации к учению, до настоящего времени имеется ряд серьезных препятствий.

Реализация идей развивающего обучения в химическом образовании в большей степени коснулась теоретического содержания. Содержание же школьного химического эксперимента и методика его применения в курсе обучения химии достаточно стандартизированы. Структура программ по химии школьного курса предусматривает определенный перечень демонстрационных, лабораторных и практических опытов, имеющих чаще всего иллюстративный характер. Включение проблемного ученического химического эксперимента в программы обучения химии предлагается лишь в виде рекомендаций. Наблюдается теоретизация школьного курса с одновременным уменьшением количества учебных часов, отпущенных на экспериментальную часть. Это, в свою очередь, приводит к тому, что химическое образование теряет основу, на которую должна опираться теория, – химический эксперимент.

Совокупность требований, обязательных при реализации основной образовательной программы среднего общего образования образовательными организациями, имеющими государственную аккредитацию, представлена также в Федеральном государственном образовательном стандарте основного и среднего общего образования. Успешная реализация Федерального государственного образовательного стандарта предполагается через активную учебно-познавательную деятельность и приобретение обучающимися универсальных учебных умений.

Фундаментальным ядром развития универсальных учебных умений является проблемно-развивающее обучение, обеспечивающее разностороннее развитие личности школьников. Поэтому модификация школьного химического эксперимента должна быть направлена на разработку проблемных опытов и заданий. В настоящее время существует достаточно много разработок проблемно-развивающих химических экспериментов для современной школы (Ю. В. Сурин, П. И. Беспалов и др.). Все разработки вносят серьезный вклад в систему химического школьного образования, обогащая ее опытами проблемного содержания.

В пособии предлагается новая методическая интерпретация отдельных опытов и рекомендации по применению как проблемных экспериментов, так и проблемного предъявления традиционных химических опытов в учебном процессе. Применение проблемных экспериментов в методической системе проблемно-развивающего обучения химии, в том числе в составе обязательных практических работ, дает возможность эффективнее использовать химический эксперимент как один из методов проблемно-развивающего обучения, сделать обучение индивидуально ориентированным. Ученики при этом получают более точную и целостную картину изучаемых явлений и процессов, выявляют новые причинно-следственные связи в изучаемом материале, учатся планировать и организовывать свою учебную деятельность, использовать знания в новых ситуациях. Включение проблемных опытов в урочную деятельность позволяет расширить рамки исследовательской деятельности обучающихся, а также способствует их самостоятельности и повышению уровня заинтересованности химией. Все это, в свою очередь, важно с точки зрения развития мышления обучающихся, интенсификации процесса обучения и повышения его эффективности.

Литература

ЛИТЕРАТУРА

1. Бабанский, Ю. К. О дидактических основах повышения эффективности обучения / Ю. К. Бабанский // Народное образование. – 1986. – № 11. – С. 105–111.

2. Беликов, А. А. Эксперимент на уроках химии / А. А. Беликов. – Киев : Рад. шк., 1988. – С. 3.

3. Беспалов, П. И. Применение учебного прогнозирования в химическом эксперименте / П. И. Беспалов // Химия в школе. – 2012. – № 2. – С. 55.

4. Верховский, В. Н. Техника химического эксперимента. Т. 1 / В. Н. Верховский, А. Д. Смирнов. – М. : Просвещение, 1973. – С. 6.

6. Вивюрский, В. Я. Методика химического эксперимента / В. Я. Вивюрский. – М. : Высшая школа, 1980. – С. 78, 122.

7. Гара, Н. Н. Школьный практикум. Химия. 10–11 кл. / Н. Н. Гара, М. В. Зуева. – М. : Дрофа, 1999.

8. Гузеев, В. В. Методы и организационные формы обучения / В. В. Гузеев. – М. : Народное образование, 2001. – С. 98.

9. Гузеев, В. В. Образовательная технология: от приема до философии / В. В. Гузеев. – М., 1996. – С. 17, 20.

10. Дерябина, С. С. Методика формирования творческой деятельности учащихся на уроках химии / С. С. Дерябина // Современные тенденции развития естественнонаучного образования: фундаментальное университетское образование : сб. / под общ. ред. акад. В. В. Лунина. – М. : Изд-во МГУ, 2010. – С. 165.

11. Емельянова, Е. О. Познавательная деятельность учащихся в процессе обучения химии : автореферат дис. … д-ра пед. наук / Е. О. Емельянова. – М. : РИЦ ЛГПУ, 2005. – С. 11, 29.

12. Емельянова, Е. О. Стиль химического мышления и его эвристическая функция / Е. О. Емельянова // Химия в школе. – 2006. – № 6. – С. 12–16.

13. Зеленская, Е. А. Организация исследовательской деятельности учащихся во внеурочное время / Е. А. Зеленская // Химия в школе. – 2009. – № 8. – С. 55–59.

14. Злотников, Э. Г. Направления повышения эффективности школьного химического эксперимента в современных условиях. Актуальные проблемы многоуровневого химико-педагогического и химического образования : материалы XLVII Герценовских чтений (Всероссийской научно-практической конференции) / Э. Г. Злотников. – СПб., 2000.

15. Исаев, Д. С. Из опыта организации исследовательской деятельности / Д. С. Исаев // Химия в школе. – 2011. – № 4. – С. 67–68.

16. Киселева, Е. В. Внедрение проблемного химического эксперимента в систему проблемно-развивающего обучения химии : материалы VI международной научно-практической конференции «Теоретические и методологические проблемы современного образования» / Е. В. Киселева. – М. : Изд-во Института стратегических исследований, 2011. – С. 123–126.

17. Киселева, Е. В. Индивидуальный проблемный химический эксперимент в учебной деятельности : материалы III Всероссийской научно-практической конференции «Преподавание естественных наук, математики и информатики в вузе и школе» / Е. В. Киселева. – Томск : Изд-во ТГПУ, 2010. – С. 16–19.

18. Кузнецов, В. И. Проблема гуманизации химического образования и поиски путей ее разрешения / В. И. Кузнецов, Л. Г. Третьякова // Химия в школе. – 1991. – № 4. – С. 25.

19. Лидин, Р. А. Химические свойства неорганических веществ : учеб. пособие для вузов / Р. А. Лидин [и др.]. – 2-е изд. – М. : Химия, 1997. – С. 115.

20. Макареня, А. А. Методология химии / А. А. Макареня, В. Л. Обухов. – М. : Просвещение, 1985. – С. 83, 155.

21. Назарова, Т. С. Химический эксперимент в школе / Т. С. Назарова, А. А. Грабецкий, В. Н. Лаврова. – М. : Просвещение, 1987. – С. 5, 102.

22. Панина, Т. С. Современные способы активизации обучения / Т. С. Панина, Л. Н. Вавилова. – М. : Академия, 2008. – С. 105.

23. Примерные программы по учебным предметам. Химия. 8–9 классы : проект / под рук. Кузнецова А. А. и др. – 2-е изд., дораб. – М. : Просвещение, 2011. – (Стандарты второго поколения).

24. Сурин, Ю. В. Методика проведения проблемных опытов по химии: развивающий эксперимент / Ю. В. Сурин. – М. : Школа-Пресс, 1998. – С. 9, 22, 35, 44, 64, 66, 142, 144, 145.

25. Сурин, Ю. В. Методическая система проблемно-развивающего обучения химии в средней школе : дис. … д-ра пед. наук / Ю. В. Сурин. – М., 2003. – С. 146, 148, 204, 213.

27. Цветков, Л. А. Общая методика обучения химии / Л. А. Цветков, Р. Г. Иванова, В. С. Полосин. – М. : Просвещение, 1981. – С. 73, 74, 86, 128.

28. Цветков, Л. А. Общая методика обучения химии. Содержание и методы обучения химии / Л. А. Цветков. – М. : Просвещение, 1981. – С. 127.

29. Цветков, Л. А. Эксперимент по органической химии в средней школе / Л. А. Цветков. – М. : Школьная Пресса, 2000. – С. 8.

30. Чертков, И. Н. Методика формирования у учащихся основных понятий органической химии : пособие для учителя / И. Н. Чертков. – М. : Просвещение, 1990. – С. 34.

Интернет-ресурсы

1. Вивюрский, В. Я.

Химический ученический эксперимент в учебном процессе

Химический ученический эксперимент
в учебном процессе

Общая теория развивающего обучения понимает под целью обучения формирование мышления. Теоретики проблемного обучения разрабатывают конкретные пути и методы развития мышления обучающегося посредством постановки его в проблемную ситуацию и организации его мыслительной деятельности по выходу из нее, то есть путем обучения решению возникшей перед ним проблемы. Таким образом, в проблемном обучении знания не передаются обучающимся в готовом виде, а приобретаются ими в процессе самостоятельной познавательной деятельности в условиях проблемной ситуации. Главным достоинством проблемного обучения считают то, что оно активизирует познавательную деятельность.

Структура школьного курса химии направлена не только на изложение химических фактов, но и на понимание обучающимися химических теорий или отдельных теоретических положений. Однако не следует забывать, что любые знания – это всегда результат нелегкого поиска ответов на возникшие вопросы и проблемы [18]. Поэтому истинное освоение учебного материала возможно лишь при творческом его восприятии. При этом огромную роль играет такая важная составная часть учебного процесса, как химический эксперимент, который является «…основным методом и средством обучения в химии» [8].

Вследствие этого совершенно очевидно, что лишь демонстрационными химическими опытами, констатирующими отдельные положения химического знания, даже при грамотном изложении теории с применением основных принципов дидактики, невозможно вооружить обучаемых всеми общеучебными умениями. Умелое преподавание предполагает в том числе такое изложение, при котором ученик смог бы переживать процесс становления знаний как цепочку решения определенных учебных проблем, не всегда, впрочем, приводяших к заранее заданному результату и научной истине.

Бессмысленно учителю отвечать на вопрос, который не прозвучал. Необходимо так строить процесс обучения, чтобы он был наполнен вопросами (в том числе проблемными), исходящими в равной степени от всех субъектов образовательного процесса. Только тогда процесс обучения (учения) станет тем самым двигателем, побуждающим к активному действенному мышлению, смыслообразующему и соответственно развивающему обучающихся.

Следовательно, очень важно четко понимать и представлять не только содержательную сторону процесса обучения, но и методические цели как теоретического содержания, так и практической составляющей школьного химического эксперимента, основанные на формировании учебно-познавательной деятельности обучающихся, поскольку «готовых выводов» или «готовых знаний», оторванных от научных проблем, вообще не существует [18].

Роль и место, а также виды школьного химического эксперимента в обучении химии многократно рассматривались многими методистами. Без химического эксперимента трудно представить сущность химических процессов. С его помощью реализуются как частнонаучные, так и общенаучные методы познания. Эксперимент как общенаучный метод познания способствует формированию способов познания мира, целостной картины мира и мировоззрения обучающихся. По сути, он способствует развитию критического мышления.

Эксперимент включает в себя выделение объекта изучения, создание необходимых условий для его воспроизводства, устранение всех мешающих факторов, процессы наблюдения и измерения.

Общепризнан тот факт, что химический эксперимент служит опорой, источником знаний о веществе и, следовательно, является важной составляющей активизации познавательного процесса обучающихся, формирования их диалектико-материалистического мировоззрения.

В. Н. Верховский определил роль химического эксперимента в успешном решении учебно-воспитательных задач при обучении химии в следующих направлениях:

• как первоначального источника познания явлений;

• как необходимого средства доказательства правильности или ошибочности сделанного предположения, гипотезы, как средства подтверждения бесспорных положений, сообщаемых учителем или почерпнутых из учебника;

• как единственного средства формирования практических навыков в обращении с лабораторным оборудованием;

• как важного средства развития, совершенствования и закрепления теоретических знаний;

• как метода проверки знаний и умений обучающихся.

Во главу угла ставится задача такого применения химического эксперимента, которое заставляло бы учеников мыслить, искать противоречия с теорией, строить гипотезы. Химический эксперимент как цепочка разрешения учебных затруднений – это проблемный эксперимент.

Организация практической экспериментальной работы

Организация практической
экспериментальной работы

Среди экспериментальных работ, рекомендуемых к проведению обучающимися, особое место занимают практические работы, которые требуют высшей степени самостоятельности учеников. Чаще всего такие работы проводятся на этапе закрепления и обобщения знаний и умений обучаемых.

В методике обучения химии известны практические работы, содержащие определенный набор методических рекомендаций к проведению подобного рода работ. Так, в частности, практикум, содержащий карты-инструкции для обучающихся, разработан под руководством Т. С. Назаровой [21], Н. Н. Гара и М. В. Зуевой [7]; экспериментальные практические работы с применением малых количеств веществ предложены А. А. Беликовым [2] и др.

Безусловно, эти и другие практические и методические рекомендации обогатили школьный химический эксперимент. Кроме того, в рекомендуемых учебно-методических комплектах обязательно содержится перечень практических работ, сопровождающих данный комплект.

Практическим занятиям отводится особое место в обучении экспериментальной химии, так как целью этих работ является не только совершенствование, закрепление и контроль знаний, но и проверка умений планировать собственную деятельность, делать обобщенные выводы при анализе результатов химического экспериментирования, грамотно работать с химическими веществами и лабораторным оборудованием.

Практические работы сопровождаются как картами-инструкциями, направленными на воспроизведение известных знаний и умений (репродуктивный уровень), так и карточками-заданиями, придающими практическим занятиям проблемный характер и стимулирующими творческую деятельность.

В. В. Гузеев считает практические занятия организационной формой групповой работы и представляет структуру такого занятия следующим образом:

1. Инициализация урока с объявлением темы и организацией групп.

2. Фронтальная беседа по определению задач, решаемых на данном уроке.

3. Работа в группах.

4. Обсуждение отчетов с выявлением общего решения проблемы занятия.

5. Подведение итогов с характеристикой работы каждой из групп [9].

Действительно, целесообразно проводить подобные занятия в форме групповой работы. Это обусловлено тем, что практическая экспериментальная работа представляет собой совокупность заданий, предполагающих не только планирование собственной деятельности, но и рациональные решения поставленных задач. Поэтому в классе со средним уровнем подготовки обучающихся целесообразно использовать именно групповую форму организации учебного процесса. В классах с более высоким уровнем подготовленности обучающихся практические работы можно проводить в парах сменного состава.

Однако по-настоящему проблемными эти практические работы считать трудно, ведь проблемность их заключена лишь в самостоятельно принятом решении относительно необходимого оборудования, химических реактивов и действий по воспроизведению химических опытов, уже известных обучающимся. Таким образом, умения, реализуемые в такой практической работе, тоже являются репродуктивными. По утверждению и убедительным доводам в пользу этого утверждения, обозначенным Ю. В. Суриным, по-настоящему проблемным химический эксперимент становится лишь тогда, когда в нем содержатся проблемные химические опыты, реализующие в полной мере развивающий характер обучения [25].

Направления развития методики и содержания практических работ обозначены в Федеральном государственном образовательном стандарте и подразумевают изменение не только самого содержания практических заданий, но и структуры и формы проведения практических занятий, использующих передовые развивающие педагогические технологии.

В пособии представлена экспериментальная часть обучения химии в виде новой структуры практической работы, содержащей не только проблемные ситуации и опыты в виде индивидуальных экспериментов, но и элементы развивающих технологий, представляя таким образом задания практической работы в виде одного из необходимых средств развивающего обучения, наполненного проблемным содержанием.

Практические инструктивные карты в основной и средней общеобразовательной школах отличаются по уровню сложности заданий и степени самостоятельности их выполнения. В 8 классе

Демонстрационный опыт «Сравнительный анализ углеводородов»

Демонстрационный опыт
«СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ УГЛЕВОДОРОДОВ»*
(проводится на уроке изучения свойств ароматических углеводородов
(второй урок по теме «Арены»))

Оборудование и реактивы: штатив лабораторный, спиртовка, пробирки, фильтровальная бумага, кристаллизатор (можно заменить фарфоровой чашкой для выпаривания), подкисленный раствор перманганата калия (KMnO4 + H2SO4), бромная вода, раствор бромида железа (III) (реакции хорошо идут и при использовании хлорида железа (III)); в трех пробирках с пробками гексан, бензол, толуол.

Ход опыта

Учитель демонстрирует три склянки (демонстрационные пробирки) без этикеток – с гексаном, бензолом и толуолом.

– Опишите физические свойства данных веществ. (Бесцветные жидкости с неприятным специфическим запахом.)

Задание: предположите, как определить данные вещества.

Возможные гипотезы:

а) Вещества относятся к разным классам углеводородов и горят по-разному (бесцветное пламя у гексана (как у всех предельных), коптящее пламя – у бензола и толуола, так как это непредельные углеводороды).

б) Непредельные углеводороды достаточно легко обесцвечивают растворы брома и перманганата калия, присоединяя галогены и окисляясь раствором перманганата калия.

– Предлагаю проверить гипотезы.

а) Первая достаточно наглядно подтверждается опытом: смочить фильтровальную бумагу небольшой порцией углеводорода, положить в кристаллизатор и поджечь (гексан горит почти бесцветным пламенем, бензол и толуол – коптящим).

б) К 1–2 мл веществ добавляется немного бромной воды. Реакция бромирования веществ без катализатора не приводит к ожидаемому результату; ни одно из веществ не обесцвечивает раствор брома (бром собирается сверху и окрашивает верхний слой). Отсутствие реакции замещения атомов водорода бромом у гексана учащиеся могут объяснить недостаточностью необходимых условий (нужно облучение светом), а отсутствие реакции присоединения у непредельных бензола и толуола вызывает недоумение.

Возникает противоречие между непредельным составом вещества и проявляемыми им свойствами.

в) Добавляем к смесям во 2-й и 3-й пробирках (брома с бензолом и брома с толуолом) раствор бромида железа (III). В пробирке с толуолом обесцвечивание раствора начинается практически сразу, а в пробирке с бензолом – после легкого нагревания (при нагревании пробирку время от времени надо встряхивать).

Проблемный вопрос: Какая реакция прошла: замещения или присоединения?

После высказанных обучающимися предположений можно опустить в пробирки (не касаясь раствора!) бумагу, смоченную индикатором, и удостовериться в появлении бромоводорода (индикатор покажет кислую среду). Запись уравнений осуществляется учениками, а учитель дополняет запись, поясняя роль бромида железа (III) как катализатора и роль углеводородного радикала в молекуле толуола как орто-, параориентанта. Определяется тип обеих реакций – электрофильное замещение.

г) К 2 мл веществ добавляется такой же объем подкисленного раствора KMnO4. Смесь слегка нагревают и взбалтывают. Обесцвечивания раствора перманганата калия не происходит в пробирках с гексаном и с бензолом, в результате чего делается вывод об устойчивости данных веществ к окислителям (акцент учителя с обсуждением: бензольное ядро устойчиво к окислению).

Толуол же обесцвечивает раствор, то есть окисляется с образованием бензойной кислоты.

Проблемный вопрос: Что подверглось окислению в молекуле толуола: бензольное ядро или углеводородный радикал?

Сравнение результатов параллельных опытов приводит обучающихся к самостоятельному выводу об окислении радикала. Можно записать уравнение реакции:

5С6H5CH3 + 6KMnO4 + 9H2SO4 = 5C6H5COOH + 2K2SO4 + MnSO4 +
+ 14H2O