indexАхметов М. А., Мусенова Э. А.

Личностно ориентированное обучение химии

Виртуальная химическая школа http://maratakm.narod.ru

Knowledge is power

F.Bacon[1]

Введение

В настоящее время происходит переход к информационному или как его еще называют коммуникационному обществу. Усложняется социальная среда обитания человека, что предъявляет к нему новые более высокие требования.  Система образования не может находиться в стороне от происходящих процессов и должна обеспечить подготовку выпускника к активной и полноценной жизни в современном обществе. 

Так сложилось, что информатизация общества в нашей стране происходила на фоне неблагоприятных социальных факторов. Сегодня подавляющая часть учителей единодушны в том, что современные школьники существенно отличаются от тех, что обучались, скажем, 10 лет назад. У значительной части нынешних учащихся снижен познавательный интерес,  слабо развиты высшие психические функции  – память, логика, мышление, анализ, а также самоконтроль. Такой ребенок часто просто не понимает, что говорит ему учитель, не может уловить смысл прочитанного, ему не уразуметь кучу предметов, которые пытаются впихнуть в его голову. Постперестроечные дети в своем подавляющем большинстве правополушарные, которое развито в ущерб левому полушарию. Предполагается, что замедление темпов развития левого полушария произошло как следствие стресса "шокотерапии" постперестроечного периода, экономических реформ [5].

Существенное влияние на сознание и подсознание подрастающего поколения оказывают средства массовой информации, особенно телевидение [8], реклама,  компьютерные игры. Приходится констатировать, что сегодня транслируемая информация обрела новую манипулятивную функцию. Целью передаваемой информации подчас является изменение сознания населения в интересах политических, финансовых, промышленных групп [1]. Инициаторы (организаторы) этих групп, в своих интересах уже сегодня оказывают ощутимое воздействие на сознание и подсознание населения, особенно подрастающего поколения через средства массовой информации (СМИ). Вследствие этого учебная информация, которая передается ребенку в образовательном учреждении, занимает все менее значимое место. Учащийся, получая разную интерпретацию одного и того же факта от учителя и от СМИ, отдаёт предпочтение версии масс-медиа и, прежде всего, телевидения [4], которое нередко преследует манипулятивные цели, носит необъективный характер, является «троянским обучением» (обучение во вред) [9].

Очевидно, что неблагоприятным факторам социальной среды образовательное учреждение должно что-то противопоставить, поэтому перед системой образования остро стоит проблема внедрения современных достижений психологической науки в образовательный процесс. Решение этой проблемы позволит создать ученику комфортные условия в среднем образовательном учреждении, повысить качество образования и гарантировать успешность его обучения в ВУЗе. Очевидно, что сегодня использование только традиционных методов обучения не может привести к ожидаемому результату, более того, применение учителем авторитарного стиля управления по отношению к правополушарным детям может существенно ухудшить психологическую обстановку в классе, загнать ситуацию в тупик. Выход из сложившейся ситуации, на наш взгляд лежит на пути  осуществления личностно ориентированного обучения (ЛОО).

Для успешной реализации ЛОО необходимо понимание того, что любой процесс обучения включает четыре его составляющих стороны:

Во-первых, это сам учитель, его педагогическая компетентность, владение учителем набором необходимых знаний,  умений, навыков,  обладание определенными личностными качествами [6]. 

Во-вторых, ученик, который проявляет активность в учении, имеет желание, стремление, понимание необходимости образования, то есть является субъектом учения [10].

В-третьих, это содержание обучения. Это не только  образовательная программа, которая задается стандартами базового и профильного уровней, но и содержание каждого занятия, каждого учебного момента. Это содержание должно быть так подобранным, чтобы обеспечить успех для каждого учащегося, быть достижимым в творческой деятельности [2].

В-четвертых, это учебный процесс, его организация, использование таких технологий, приемов и методик, которые в полной мере способствуют успешному взаимодействию учителя с учащимися, учащихся между собой, всех субъектов образовательного процесса с учебным содержанием, а значит достижению целей обучения [7]

 

 

Рис. 1. Основные  стороны учебного процесса

К. Роджерс, основоположник личностного подхода, выделил пять условий для развития и обучения человека [11]:

1. Желание человека узнать или измениться, вырастает из трудностей и направлено на удовлетворение его насущных психологических потребностей (безопасность, любовь, самоуважение, самоактуализация). Это стремление и будет выступать внутренним мотивом учения.

2. Учитель в общении с учениками должен быть конгруэнтен. Конгруэнтность – это искренность поведения, соответствие проявляемых чувств, эмоций, сказанных слов внутреннему ощущению.

3. Учитель, должен ощущать теплые чувства по отношению к обучаемому. Он должен эмпатически его понимать, принимать его таким, какой он есть, как безусловную ценность. Его негодование может  относиться к поведению учащегося, но не к его личности.

4. Содержательный материал, средства обучения должны быть предоставлены учащимся, но не навязаны.

Таким образом, личностно-ориентированное обучение (ЛОО) –  это такое обучение, в котором личность ученика и личность учителя выступают как его субъекты; целью обучения является не передача информации, а развитие личности обучаемого; в процессе обучения учитываются ценностные ориентации учащегося и структура его убеждений, при этом процессы обучения и учения взаимно согласовываются, учитываются особенности базовых мыслительных и поведенческих стратегий учащихся, а отношения учитель – ученик строятся на принципах сотрудничества и свободы выбора.

         Для успешного осуществления ЛОО необходимы:

1. Создание условий для продуктивного обучения

2. Учет субъектного опыта учащихся в обучении

3. Подкрепление обучения


 

Создание условий для ЛОО предполагает:

1. Обладание информацией, отражающей индивидуальные мыслительные стратегии учеников и отслеживание их вариации в зависимости от вида учебной деятельности, внутреннего состояния учащегося.

2. Присоединение к внутреннему состоянию учащихся перед обучением на условиях их принятия и конгруэнтности всех педагогических действий.

С целью учета природных задатков и субъектного опыта учащихся в обучении нужно:

1. Представлять одну и ту же учебную информацию многосенсорно через видение, слышание, чувствование.

2. Осуществлять деятельностный подход, направленный на создание ситуации успеха для каждого учащегося с использованием разноуровневого и разнопланового дидактического материала, обеспечивающим зону ближайшего развития  для каждого учащегося. 

3. Применять учебные метафоры (аналогии) для объяснения трудного содержания, в случае отсутствия опорного субъектного опыта, необходимого для полного понимания учебного содержания.

4. Использовать стили обучения в соответствие с предпочитаемыми стилями учения учащихся.

5. Развивать способность учащихся к внутреннему визуальному представлению изучаемых объектов, явлений и их моделей.

6. Содействовать формированию у учащихся альтернативных (более успешных в данном виде деятельности) мыслительных стратегий;

С целью подкрепления процесса обучения учитель может:

1.   Применять техники позитивного подкрепления и неконфликтного дисциплинирования.

2. Рефлексировать свою педагогическую деятельность и ментально диссоциироваться в трудных педагогических ситуациях [3].

 

         Осуществление личностно ориентированного обучения химии требует от учителя глубокого знания своего предмета, методического мастерства, понимания особенностей психического развития ребенка. Как часть общего образования химическое образование призвано решить не только частные, но и общие задачи, способствуя актуализации способностей учащегося, формированию у школьника ключевых компетентностей, его последующей успешной социализации, самореализации и самоактуализации.  

       Рассмотрим проблему реализации основных принципов ЛОО в школьном химическом образовании согласно следующему плану:

1. Многосенсорное  представление химической информации.

2. Осуществление деятельностного подхода при обучении химии.

3. Роль учебных метафор при обучении химии

4. Соответствие стилей обучения учителя стилю учения учащихся

5. Развитие способности к визуализации учащихся при обучении химии

6. Формирование успешных мыслительных стратегий;

 

1. Многосенсорное представление информации

         Все здоровые люди получают информацию из внешнего мира по трем каналам: визуальному, аудиальному, кинестетическому (чувственному). У каждого человека имеется свой предпочитаемый канал. Внутренний мир человека образно можно сравнить с домом, в котором есть три окна, через которые он наблюдает окружающий мир. Одно окно с  прозрачными стеклами, второе – с рифлеными, а третье – с матовыми. Человек предпочитает смотреть на мир через прозрачное стекло. Есть люди, у которых прозрачное стекло ­ кинестетическое, у кого-то – визуальное, а у кого-то – аудиальное. Практически в любом классе есть дети с различными ведущими модальностями (предпочитаемый способ получения  информации). Для того, чтобы процесс обучения в таком полимодальном классе был успешным дети должны учебное содержание видеть, слышать, чувствовать. Для этого нужны красочные иллюстрации в учебнике, работающий мультимедийный проектор или интерактивная доска в кабинете, при отсутствии технических средств можно использовать плакаты или раздаточный материал. Учитель, излагая учебное содержание, обращает взоры учащихся на иллюстрации, они создают шаростержневые модели атомов, моделируют химические превращения, проводят химический эксперимент, узнают вещества по характерному внешнему виду и запаху. Учащиеся таким образом информацию видят, слышат, чувствуют. Хотелось бы отметить, что имеющиеся технические средства, плакаты, картинки в учебнике отнюдь не решают учебные проблемы сами по себе вне методики. Они играют лишь вспомогательную роль. Учителю следует позаботиться о том, чтобы картинка из внешней превратилась во внутреннюю, то есть перешла в сознание ребенка. А для этого требуется специально организованная учителем деятельность учащегося. В этой деятельности ключевым моментом является умение учителя подобрать подходящие учебные задания, которые должны находиться в зоне ближайшего развития ученика.

В качестве иллюстрации рассмотрим фрагмент многосенсорного представления информации при изучении темы «Строение атома» в старшей школе. 

…можно сказать учащимся, что ученые тоже не сразу пришли к современному представлению о строении атома, и что одной из первых моделей была предложена английским ученым Томсоном в 1904 году (рис. 1).

         Если этих иллюстраций нет в учебнике, то необходимо найти способ их демонстрации через мультимедийный проектор (лучше, если это будут динамические модели) или с плакатов. Информация учителя об этой модели сопровождается визуальными предикатами: посмотрите, что вы видите? представьте себе. Заменим английскую метафору «сливовый пудинг» на русский эквивалент «булочка с изюмом». Сочетание визуального с метафорическим аудиальным представлением модели позволяет более успешно построить ее внутреннее представление.

 

 

         Рис. 1.  Модель “сливового пудинга” (Томсон, 1904 г.)

          Далее можно кратко рассказать об опыте Э. Резерфорда по бомбардированию золотой фольги a-частицами и его результатах (рис.2). При условии, что  модель  атома  Томсона  правильна, а тогда не было никаких причин сомневаться в этом, опыт должен был показать, что a-частицы свободно проходят через металлические преграды. Э.Резерфорд решил проверить это экспериментально.

Рис.2.  Эксперимент Резерфорда.  Большая часть частиц проходят сквозь фольгу, как и ожидалось без отклонений, но отдельные частицы (в среднем 1 из 50000) неожиданно изменяют направление и даже отлетают обратно!!!

Предоставьте учащимся самим сделать вывод по этому эксперименту. Для того, чтобы подтолкнуть старшеклассников к размышлению, проведите опору на их субъектный опыт, обсудив причины отражения a-частицы. Наверняка, среди прочих прозвучит и верная гипотеза о причинах (a-частица должна столкнуться с чем-то маленьким и очень тяжелым), но принимайте любые версии, высказанные учащимися. Обсуждая их,  старшеклассники сами дойдут до той модели, к которой пришел в свое время Э. Резерфорд: «Атом в большей части занимаемого пространства практически пуст! Основная масса атома сосредоточена в маленьком и очень тяжелом ядре» (рис. 3).

Рис. 3. Модель, демонстрирующая различные варианты взаимодействия пролетающей a-частицы с ядром

           Чтобы приблизить представление о соотношении размеров ядра и атома, необходимо визуализировать сказанное, связав его с субъектным опытом: «Конечно, атом увидеть нельзя, поскольку он очень маленький, но если в роли ядра представить шарик, взятый из шаростержневой коллекции атомов, диаметром 2 см (учитель  демонстрирует этот шарик), то условная «граница» атома будет находиться в 500 м от нас». Можно предложить учащимся мысленно представить  эту  картину, попросив их назвать объект, расположенный на этом расстоянии от класса, который бы обозначил условную границу атома, поскольку территория вокруг учебного заведения учащимся хорошо знакома.

 

2. Осуществление деятельностного подхода при обучении химии

Когда мы наблюдаем школьников в процессе обучения, то невольно задаем себе вопрос, почему одни из них всегда стремятся получать новые знания, и делают это с большим удовольствием, а другие учатся с большим нежеланием. Как мы считаем, ответ на этот вопрос был в свое время дан советским психологом Е. И. Бойко. Он установил, что при совмещении в сознании двух близких информаций происходит мыслительный акт – рефлекторное рождение новой информации, которая ранее в сознание не вводилась.  Это явление Е. И. Бойко назвал межрефлекторным совмещением информаций или установлением динамических связей. В момент рефлекторного рождения новой информации в кровь выбрасываются гормоны – эндогенные морфины, вызывающие чувство удовольствия или удовлетворения.  В результате, ученик самоутверждается в собственных глазах, стремится получить эту гамму положительных эмоций вновь и вновь.  Поэтому учитель минимальное время проводит в объяснении нового содержания. Он полимодально представляет незначительное количество лишь опорной информации, остальное старшеклассники извлекают сами. Если учащийся из урока в урок самостоятельно добывает знания, то всегда при этом испытывает чувство удовлетворения, и стремится испытать это чувство вновь. Другой, списывая с доски, превращает в своем сознании процесс обучения в трудную бессмысленную работу, так как при простом бездумном переписывании в памяти остается минимальное количество информации, кроме того, процесс списывания не приводит к межрефлекторному совмещению информаций. Для того, чтобы задание оказалось в зоне  ближайшего развития учащегося, от учителя требуется умение подбора соответствующих учебных задач. Уровень этих задач должен быть таким, чтобы учащийся смог решить ее, но при этом совершив для себя открытие. Поскольку у каждого из учащихся разный внутренний опыт, то предъявляемые в учебном процессе задания должны быть разноуровневыми.

Целью деятельностного подхода  в обучении является не проверка знаний, а их самостоятельное созидание в процессе продуктивной деятельности.

Условиями самостоятельного созидания знаний являются:

1)    Достаточность опорных знаний. Например, опорным понятием для формирования понятия «уравнение химической реакции» являются понятие химическая формула, индекс, коэффициент, математическое уравнение.

2)    Системность знаний. Учащийся не просто должен иметь знания, они должны быть определенным образом упорядочены в его сознании. Системность ранее полученных знаний помогает соотнести новую информацию с опорными знаниями, организовав тем самым процесс созидания нового знания. 

3)    Развитая способность к мыслительным действиям. Для соотнесения новой информации с системой прежних знаний ученик должен уметь устанавливать связи между отдельными элементами и блоками знаний, проводить аналогии.

         Приведем пример подобного задания. Рассматривая химические свойства аминокислот, и актуализовав представления об химических свойствах карбоновых кислот и аминов, вспомнив о понятии «амфотерность», можно обратив взоры учащихся к формуле одной из аминкислот задать вопрос «Посмотрите внимательно на формулу амиокислоты и скажите, какие химические свойства должна проявлять аминоуксусная кислота?» Среди возможных вариантов ответа обязательно прозвучит «кислотные», «основные». Если сразу не услышите правильный ответ, то задайте наводящий вопрос «Как называются вещества, одновременно проявляющие кислотные и основные свойства?» –  правильный ответ без сомнения будет услышан «Амфотерные».

Как найти достаточное количество учебного времени на реализацию деятельностного подхода? Многие учителя химии, продолжая работать по старым учебно-тематическим планам, жалуются на то, что произошло сокращение часов на изучение предмета, не учитывая тот факт, что и изучаемое учебное содержание тоже сократилось. Согласно федерального компоненту образовательного стандарта из содержания курса химии основной школы были перенесены в старшую школу ряд наиболее сложных вопросов  курса химии.

 

Изучаются в ознакомительном плане

Совсем не изучаются

1. Атомная единица массы

2. Природные смеси: воздух, природные воды

3. Аморфные вещества

4. Типы кристаллических решеток (атомная, молекулярная, ионная, металлическая)

5. Понятие о скорости химической реакции. Катализаторы

6. Сернистая и сероводородные кислоты

7. Амфотерные свойства оксида и гидроксида алюминия 

8. Строительные и поделочные материалы (мел, мрамор, известняк, стекло, цемент)

9. Токсичные, горючие и взрывоопасные вещества.

10. Нагревательные устройства, проведение химических реакций при нагревании.

1.Закон и  число Авогадро

2.  Сила электролита

3. Зависимость скорости химической реакции от различных факторов.

4. Обратимые и необратимые реакции

5. Химическое равновесие и условия его смещения

6.. Химическое производство

7. Минеральные удобрения

8. Понятие о коррозии металлов

9. Сплавы железа: чугун и сталь

 

Вместе с тем анализ показывает, что указанные в таблице понятия входят в содержание программ и учебников химия-8 и химия-9. Учителю химии необходимо установить соответствие между образовательным стандартом,  программой по химии  и учебником на предмет выделения надстандартных элементов содержания. Эти элементы могут быть включены в изучаемое содержание в двух случаях:

1. Если на изучение химии за счет школьного компонента выделяется более 2-х часов в неделю

2. Для учащихся, демонстрирующих высокий уровень учебных знаний и мотивации к изучению химии.

         Следует содержательно различать базовый и  профильный уровень полного общего среднего образования. На базовом уровне в старшей школе нет необходимости в  рассмотрении следующих понятий и законов и умений, веществ и материалов:

1. Умение рассчитывать массы атомов и молекул в граммах

2. Понятие «гибридизация атомных орбиталей»

3. Понятие «комплексные соединения»

4. Понятие «дисперсные системы»

5. Понятие «нуклеофил»

6. Понятие «энтальпия»

7. Понятие «теплота образования»

8. Понятие «энтропия»

9. Понятие «индуктивный эффект»

10. Понятие «мезомерный эффект»

10. Понятие «константа равновесия»

11. Понятие «электрофил»

12. Закон Гесса

13. Закон действующих масс

14. Закон Авогадро

15. Понятие «химическая кинетика»

16. Понятие «химическая термодинамика»

17. Графит

18. Кварц

19. Стекло

20. Цемент

21. Понятие « тип кристаллической решетки»

22. Понятие «характер взаимного влияния атомов в молекулах»

23. Умение оценивать качество питьевой воды и отдельных пищевых продуктов

         Эти элементы обязательны к рассмотрению  только при изучении химии на профильном уровне.

Все вышеуказанные действия позволяют освободить учебное время для полноценного осуществления деятельностного подхода в обучении.

Обучение химии направлено на формирование у школьников представлений о химической составляющей естественнонаучной картины мира. Вместе с тем оно позволяет развивать ряд общеучебных умений. Проиллюстрируем сказанное на примерах:

1. Образуется положительно заряженный ион в случае, когда

 

1)

отрицательно заряженный ион отдает один электрон

2)

отрицательно заряженный   ион принимает один электрон

3)

атом отдает один электрон

4)

атом принимает один электрон

 

Это тестовое задание развивает умение использовать элементы причинно-следственного анализа, а также анализировать информацию на достоверность

Следующее задание развивает умение определять сущностные характеристики изучаемого объекта; выбирать самостоятельно критерии для сравнения, сопоставление, оценки и классификации объектов:

 

Какой элемент является лишним в данном ряду?

 

1)

K

2)

Sr

3)

Al

4)

N

 

Способность  критически оценивать достоверность информации позволяет следующее учебное задание:

 Выберите верное утверждение

1)

литий имеет меньшую  температуру плавления, чем натрий

2)

алюминий обладает более выраженными металлическими свойствами, чем магний

3)

радиус атома азота, меньше чем радиус атома фосфора

4)

атом хлора имеет два неспаренных электрона на внешнем энергетическом уровне

 


 

Умение переводить информацию из одной знаковой системы в другую (из текста в таблицу, из аудивизуального ряда в текст и др.) может быть развита при включении в содержание обучения задания подобного следующему:

Электронное строение катиона Al3+  такое же, как у атома? 

 

1)

Ar

2)

Ne

3)

Kr

4)

He

 

 

Важнее освоить научные методы познания, присущие химии, чем отдельные факты.  В качестве иллюстрации этого принципа рассмотрим задания Единого государственного экзамена со свободным ответом (часть С). Задание С1 – определение продуктов и подбор коэффициентов в уравнении окислительно-восстановительной реакции  методом электронного баланса и задание С2 ­ написание четырех возможных уравнений реакций для имеющейся группы неорганических веществ.

Пример задания С1:

Используя метод электронного баланса, составьте уравнение реакции:

K2Cr2O+ … + H2SO4  I2 + Cr2(SO4)3 + … + H2O

Определите окислитель и восстановитель.

Решение задания С1:

1

3

r+6 + 6ē → 2Cr+3   окислит.

2I–1 – 2ē → I20          восстанов.

K2Cr2O7 + 6KI + 7H2SO=  3I2 + Cr2(SO4)3 + 4K2SO4 + 7H2

 

Пример задания С2:

Даны вещества: сера, сероводород, азотная кислота (конц.), серная кислота (конц.).

Напишите уравнения четырех возможных реакций между этими веществами.

Решение задания С2

1) S + 6HNO3 (конц.) = H2SO4 + 6NO2 + 2H2O

2) S + 2H2SO4 (конц.) = 3SO2 + 2H2O

3) H2S + 2HNO3 (конц.) = S + 2NO2 + 2H2O

4) H2S + 3H2SO4 (конц.) = 4SO2 + 4H2O

Ярким достижением теоретической химии является  теория окислительно-восстановительных реакций. Искусственно введенное и не отражающее реальный порядок понятие степень окисления, позволяет довольно легко и изящно определять коэффициенты.   Задание С1 направлено на развитие  ключевого химического понятия и является приоритетным по отношению, например, к заданию С2, где рассматриваются частные факты.

Рассмотрим алгоритм осуществления деятельностного подхода. Предположим, что учащимся предстоит обрести умение решать задачи на вывод формулы вещества. Конечно, начать нужно с наиболее простых задач. Среди двух больших групп задач (задачи, решаемые по формулам и задачи, решаемые по уравнениям) более простыми являются задачи, решаемые по формулам. Прежде чем приступить к решению следует актуализировать опорные знания: понятие «химическая формула», молярная и молекулярная массы, массовая доля химического элемента. Рассмотрим пример такой задачи «Установите молекулярную формулу дибромалкана, содержащего 85,11% брома». Если школьники справились в ней без какого-либо вмешательства учителя, нужно переходить к другой задаче этого типа, например «Массовая доля углерода в алкане составляет 80%, выведите формулу алкана». Если все-таки учителю приходилось немного вмешиваться, то следующая задача будет аналогичной: «Выведите формулу предельного одноатомного спирта, в котором массовая доля кислорода составляет 50%». Если учителю пришлось объяснять ход решения задачи самому, то это значит, что учащиеся не готовы к решению задач на вывод формулы, то нужно заняться прежде опорными знаниями. Учитель должен владеть технологией проектирования учебных задач, а задачники должны включать серии однотипных задач,  построенные по принципу постепенного возрастания трудности, а также серии учебных задач направленные на формирование опорных понятий.

 

Рис. 4 Алгоритм коррекции деятельности учащихся в процессе реализации деятельностного подхода.

Следует обратить внимание еще на один аспект. Существует несколько способов решения задач на вывод формулы по массовой доле элемента, по формуле для массовой доли, способом пропорции. В силу различий в стратегиях мышления учащиеся предпочитают различные способы решения. Поэтому оцените склонность школьника к одному из способов и подтолкните мысль учащегося в выбранном им направлении, стараясь не переучивать на начальном этапе. На начальном этапе важнее результат. Впоследствии когда решение   задачи этим методом будет им освоено, то он, возможно,  захочет обрести еще один альтернативный способ решения. 

При реализации личностно ориентированного обучения, направленного на развитие школьника изменяется реакция учителя, как на верные, так и неверные ответы школьников. При получении верного ответа учитель не  всегда торопится с реакцией одобрения. Ему важно понять, все ли учащиеся думают также как ученик, высказавший свою мысль, побуждая тем самым включение остальных учащихся в деятельность по обсуждению этого мнения. Пусть школьники учатся, аргументировать мысли, защищать доводами свои предположения. Учитель в этом случае уходит из центра событий,  становится сторонним наблюдателем того, как в споре рождается истина. Если ответ не соответствовал эталону,  то учитель также как и в предыдущем случае ждет высказывания аргументированного несогласия с этим мнением.  Такая тактика, применяемая учителем, позволит сделать уроки более интересными для учащихся. Полученные знания из различных источников обладают несомненной ценностью, но их значение возрастает вдвое, если они были « …приобретены усилием мысли» (Л. Толстой).

 

3. Роль учебных метафор при обучении химии

Как учесть субъектный опыт школьников в процессе обучения? Рассмотрим в качестве иллюстрации процесс актуализации опорных знаний при изучении темы «Строение атома» в старшей школе.  На начальном этапе необходимо определяется наличие у старшеклассников опорных представлений. Следуя принципу полимодальной подачи информации, демонстрируются изображения и условные обозначения субатомных   частиц: электрона (е), протона (р), нейтрона (n). Тем самым проверяется наличие в сознании учащихся ранее сформированных представлений с которыми будет совмещаться вновь поступающая информация.  Этот этап весьма важен для успешности обучения: учитель внимательно следит за активностью учащихся, за способами их внутреннего представления информации по глазным сигналам доступа (ГСД), предикатам – словам, характеризующим аудиальный, визуальный или кинестетический способ обработки информации, жестам. Дальнейший ход объяснения в значительной степени определялся результатами анализа, проведенного учителем, который отметил для себя, какие представления у старшеклассников сформированы хорошо, присутствовали ли внутренние визуальные образы, каким представлениям нужно было уделить большее внимание.

Многие учащиеся затруднены в понимании текста учебника и рассказа учителя. Опытные учителя в этом случае обычно прибегают к модельной визуализации (метафоризации) объектов и явлений. В качестве иллюстрации рассмотрим объяснение правила Хунда  — заполнения электронами атомных орбиталей (квантовых ячеек). В учебном пособии Н. С. Ахметова «Актуальные вопросы курса неорганической химии»  учителям так предлагается объяснять школьникам следующее правило: «Суммарное спиновое число электронов данного подслоя должно быть максимальным, иными словами, орбитали данного подслоя заполняются сначала по одному, а затем по второму электрону».

Подобная формулировка, конечно, является сложной для восприятия школьниками, поэтому можно для объяснения этого правила использовать легкую для восприятия модель, называемую «Правилом трамвая» (по Плигину А. А.).

Структура данной метафоры проста. В ней заключены дидактические аналогии: электрон – пассажир; атом – трамвай; орбиталь – сидения в трамвае; заполнение орбитали – заполнение сидений в трамвае.

В соответствии с приведенными аналогиями дидактическая метафора выглядит следующим образом. Расселение электронов подобно расположению пассажиров в трамвае; когда новый человек входит в трамвай, он ищет свободные места, чтобы сесть. Обычно бывает несколько возможностей, так как существуют двойные сиденья, где уже сидит один пассажир, и бывают пустые сиденья, где никто не сидит. Какое бы место вы выбрали в таком случае? Традиционный ответ — там, где двойное сиденье никем не занято! Вот так и электроны: сначала заполняют пустые орбитали, а уже после этого те, которые уже заняты одним электроном:

 

Рис. 5. Визуализация правила трамвая (Плигин А. А.)

      

Е. М. Тишкина для объяснения понятия углеродная цепь использует визуальную метафору «атомы углерода как бы протягивают друг другу «руки» и образуют цепочки атомов углерода, как будто это веревочки»

 

Рис. 6. Визуальная метафора « углеродная цепь» (Тишкина Е. М.)

 

      

4. Соответствие стилей обучения учителя стилю учения учащихся

Исследования в области психологии познания с высокой степенью достоверности позволяют утверждать, что наше восприятие устроено таким образом, что ничего новое не может быть полноценно воспринято, без соотнесения с имеющейся в сознании опорной информацией. То есть новая информация должна зацепиться в сознание за то, что раньше было известным. Для наглядности рассмотрим, к примеру, порядок изучения тем в школьном курсе математике. Ученик не может сразу воспринять операцию возведения в степень. До этого как минимум он должен разобраться с тем, что такое «сложение» и «умножение». В химии существует также определенный порядок предъявления к изучению научных фактов. Сегодня федеральный экспертный совет предлагает большое разнообразие учебной литературы по химии: глаза разбегаются, но выбор как всегда сделать трудно. Рассмотрим в этой связи программу  О. С. Габриеляна «Химия-8». Так учащиеся, практически не зная ничего о свойствах простых веществ и их соединений, изучают тему «Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева». Как можно рассуждать об изменении металлических или неметаллических свойств в Периодической системе, ничего об этих свойствах не зная? Та же проблема возникает при изучении типов химической связи. Понятие ионная связь бессмысленно без знания характерных свойств веществ с ионной связью. Отсюда и формализм в химических знаниях. Учащиеся не понимают, они зазубривают. Можно ли полюбить предмет, не понимая его?  Не секрет, что химия по данным опросов школьников является одним из самых нелюбимых предметов, и причина кроется в формализме обучения. Если ваши подопечные не могут выполнять простейшие арифметические действия в уме, то наверняка, вы столкнетесь с серьезными проблемами в попытке научить их решению расчетных задач по химии. В этом случае вы должны будете взять на себя два обязательства: научить считать в уме и решать стандартные  задачи по химии.  

Учитель взаимодействует в образовательном процессе с учащимися,  имеющими разные стили мышления. Рассмотрим в этом контексте традиционную методику решения расчетной задачи. Сначала ученик записывает, что дано, то есть вводит буквенные обозначения для численных данных, представленных в задаче. Этот подход считается верным в традиционной методике, поскольку такая деятельность учащегося позволяет ему выделить главное (существенное) из текста условия задачи. Данный подход в решении следует отнести к алгоритмическим, он реализован в логике восхождения от частного к общему, позволяет применить  запомненный учащимся стандартный алгоритм – способ решения расчетной задачи. В чем недостаток данного подхода? Во-первых, для большей части правополушарных детей он будет неприемлемым. Во-вторых, такая алгоритмизация обучения приводит к необходимости, помнить десятки алгоритмов. Проверить неэффективность подобного подхода весьма просто, например, включив в условии задачи лишнюю информацию или численные данные, или несколько изменив, перестроив традиционную формулировку условия. Эксперты единого государственного экзамена по химии единодушны в мнении, что значительная часть участников ЕГЭ не могут решать достаточно простые задачи на растворы. Причина ­ формальный алгоритмический подход к решению подобных задач, реализуемый учителями химии в учебном процессе. Этот подход не позволяет выпускнику увидеть различные стороны химического явления на макро и на микроуровне, а направляет к оперированию знаковой символикой. В логике правополушарного подхода следует идти в логике от общего к частному. Сначала без анализа численных данных мысленно представить то, о чем идет речь в задаче, нарисовав рисунок или  построив модель. Только затем можно обратиться к численным данным, которые являются деталями, выдвинуть  различные гипотезы, рассмотреть возможные способы ее решения.

         Рассмотрим следующую ситуацию. Учащийся у доски пытается решить задачу он по своему мыслит, и делает так, как ближе к его стилю мышления, его пониманию. Учитель воспринимает альтернативный подход к решению, не совпадающий с учительским, как неверный, и направляет действия ученика в традиционное русло, понятное для учителя. Таким образом, оценивается не само решение, а степень его соответствия реализуемого учеником стиля, имеющимся образцам, что является недопустимым.  Рассматривая решение задачи, учитель должен демонстрировать различные подходы, предлагая учащимся не просто решить по образцу, а  может быть даже предложить свои методы решения задачи.

         Рассмотрим следующую задачу на вывод формулы вещества «Установите молекулярную формулу алкена, если известно, что одно и то же количество его, взаимодействуя с галогенами, образует, соответственно, или 56,5 г дихлорпроизводного, или 101 г дибромпроизводного».

         Существует, по крайней мере, три метода ее решения

1) методом пропорции

56,5

 

 

 

101

XCl2

¬

X

®

XBr2

x+71

 

 

 

X+160

решение пропорции дает стандартное молекулярной массы алкена равное 42. Откуда из формулы алкена СnH2n составляем уравнение 12n+2n=42 Þ n=3

Следовательно искомая формула С3H6

2) через количество вещества

Выразим количество вещества дихлоралкана и дибромалакана

  

Они между собой равны

Далее также как в методе пропорции

3) методом вычитания масс

 

 

 

 

 

Dm

56,5

 

 

 

101

44,5

XCl2

¬

X

®

XBr2

 

x+71

 

 

 

X+160

89

Следовательно в реакции участвовало полмоля алкена. Следовательно молярная масса дибромалкана равна 202. Значит молярная масса алкена равна 202–160=42.

Дальше также как в методе пропорции.

         Попробуйте учащемуся дать решить эту задачу. Попытайтесь понять к какому пути решения склонно его мышление и подтолкните его по этому пути (1, 2 или 3), если у него возникают затруднения (рис. 7). На рисунке видно, что вне зависимости от способа решения задачи мы получаем один и тот же результат.

 

Рис. 7. Три пути решения одной задачи.

         Обсудите в классе, есть ли другие способы решения задачи, решил ли кто задачу другим методом. Наверняка такие дети найдутся. Покажите не использованный учащимися при решении метод. Далее предложите решить аналогичную задачу.

«В результате гидрирования 14 г алкена получили 15 г водорода, а при его гидратации 23 г спирта. Определите формулу алкена»

Обратите внимание, что в классе будут реализованы все три метода. Часть учащихся будет решать методом пропорции, другая через количество вещества, а третья воспользуется методом вычитания масс.

Для тех, кто справился можно дать задачу, которая несколько отличается по содержанию, например, такую

«На полное сгорание 0,5 моль алкина израсходовано 28 л кислорода (н.у.). Установите молекулярную формулу алкина».

А всем остальным можно дать аналогичную задачу, но немного легче той с которой они не справились самостоятельно:

«При обработке предельного одноатомного спирта натрием получено 2,24 л водорода (н. у.), а при дегидратации такой же порции спирта получено 11,2 г алкена. Определите формулу спирта».

       Реализуемый в программе О. С. Габриеляна 8 класса подход в обучении школьников химии в логике науки оторван от химического контекста, от личной значимости, от химического эксперимента, поэтому будет весьма неэффективным для правополушарных школьников. Вместе с тем, равнополушарные дети с развитым теоретическим мышлением, например, обучающихся по технологии разивающего обучения, будут чувствовать себя  в данном подходе достаточно уверенно.  

В основной школе для правополушарных детей значимым будет обучение через химический эксперимент. Рекомендуемой программой может стать программа Л. М. Кузнецовой (Казань). Для левополушарных детей можно порекомендовать программу Н. Е. Кузнецовой (Санкт-Петербург). Программа Габриеляна О. С. рекомендуется для равнополушарных детей, обучавшихся в классах развивающего обучения.

 

5. Развитие способности к визуализации учащихся при обучении химии

Imagination is more important than knowledge

Albert Einstein[2]

 

         Что отличает химическое мышление? Как мыслит настоящий химик? Химическое мышление, прежде всего, визуально. Химик может увидеть молекулу, став таким же маленьким, как она, чтобы можно было заглядывать с разных сторон, мысленно наблюдать, как протекает химическая реакция. Для успеха в школьном химическом образовании весьма важно уметь видеть химические объекты, представлять их с различных, сторон.

Умение визуализировать химическую информацию является очень важным, особенно при решении задач на растворы. Ошибки учащихся при решении этих задач, как правило, говорят, об их неэффективной невизуальной стратегии.

Рассмотрим проблему визуализации химической информации с точки зрения способности к пространственному мышлению, которую иногда называют первым признаком интеллекта. Эта способность является весьма важной для успешного изучения химии, и весьма необходима для профессиональной деятельности.  

При овладении органической химией у части учащихся возникают некоторые трудности восприятия строения органических молекул. Пространственное мышление ребенка начинает формироваться с самого раннего детства, когда он знакомится с окружающими его предметами. Важную роль в формировании пространственного мышления  принадлежит игрушкам. Дети, которым родители приобретали больше различных игрушек, имеют, как правило, более развитое пространственное мышление. Некоторые авторы считают, что различие в способности к пространственному мышлению между мальчиками и девочками также связано с игрушками. Мальчикам чаще покупают технические игрушки, различные конструкторы зданий, кораблей, машин, тогда как девочки предпочитают играть с куклами В школе на уроках геометрии при изучении свойств геометрических тел, симметрии продолжается формирование пространственного мышления детей. Наиболее распространенным недостатком современного школьного химического образования является формализм знаний учащихся. Он проявляется в тех случаях,  когда в сознании ребенка вместо образов, отображающих  действительность, остаются лишь знаковые модели (формулы). При этом представление о молекуле пропана, например, в голове учащегося не более чем знаковая модель: молекулярная  С3Н8 или  в лучшем случае структурная формула . То есть пропан ассоциируется с тремя буквами «С», соединенными друг с другом и с буквами «Н» черточками. По большому счету в таком восприятии ничего страшного нет. Проблема состоит в том, что за этой формулой отсутствует реальный образ объекта, что ставит под сомнение необходимость подобного обучения.  У специалиста-химика, такой образ сформирован и знаковая модель в сознании мгновенно трансформируется: он легко может представить и соответственно описать геометрическую форму, электронное строение, энергии связей, конформации этой молекулы и т д. Но для школьника, сталкивающегося с этим веществом впервые, такая мыслительная операция оказывается невозможной.   С проявлениями формализма знаний учителя  сталкиваются достаточно часто. Например, вещество, записанное следующим образом: учащиеся могут назвать как 1-метилэтан. Известно, что формирование любого понятия окружающего мира, отображение которого фиксируется в сознании человека, требует значительной учебной работы и дальнейшей корректировки понятия. Наука ведь не стоит на месте! Любое понятие, сформированное в виде представления или образа в сознании, никогда не является копией действительности, а лишь ее приблизительным отображением. Наиболее трудно формирование понятий в химии, где объекты (атомы и молекулы) не являются явными, их нельзя наблюдать непосредственно. Вот и приходится прибегать для формирования образа к моделям. Логика познания такова, что после знакомства с реальным объектом нужно изучить понятие по его моделям и лишь после этого переходить к химической формуле. Значительная часть детей имеет образное мышление, поэтому использование моделей химических объектов необходимо для развития пространственного мышления. Модели молекул в органической химии являются посредниками между природными явлениями и химической символикой.

1. Явления природы

Вещества и их свойства

Химические реакции

 

2. Структурные модели

Модели молекул, их взаимосвязь со свойствами веществ

Модели исходных веществ и продуктов реакции, перегруппировка моделей атомов, изменение порядка связей

 

3. Химическая символика

Структурные формулы, химические символы как составляющие химическую формулу 

Структурные формулы в уравнениях химических реакций

Таблица 1.  Структурные модели – посредники между явлениями природы и химической символикой

 

1. Явления природы: Проводится исследование явлений природы в природе или лаборатории, демонстрация веществ и их свойств, проведение химических реакций, наработка школьниками их собственного опыта при проведении химического эксперимента.

2. Структурные модели: Используются модели молекул для демонстрации перегруппировки атомов и изменения порядка связей. Учащимся предоставляется  возможность пофантазировать, построить их собственные модели, что может развить их структурные представления, посредством творческой работы с моделями.

3. Химическая символика.  Школьники записывают молекулярные и структурные формулы, с целью демонстрации идеи, что это является наиболее простым способом отображения строения молекул. 

 

Рассмотрим схему изучения строения и свойств органических веществ. После знакомства с внешним видом и физическими свойствами вещества. Учащиеся приступают к созданию моделей при использовании шаростержневых моделей, пространственных моделей или пластилина и спичек. Альтернативой может стать компьютерное моделирование. Но для этого необходимо, чтобы учитель и учащееся могли работать с компьютерной программой ChemOffice-2002 (Cambridge soft) или любыми аналогичными программами, позволяющими строить пространственные модели. На экране компьютера учащиеся строят модели молекул в различных проекциях. Программа позволяет очень просто изменять ракурс молекулы, представлять ее в различных формах, рассчитывать оптимальную ее геометрию. 

    

Рис. 8. Шаростержневая модель молекулы  этанола в трех проекциях

 

Далее ведется подсчет общего числа атомов каждого вида и записывается молекулярная формула (C2Н6O). Путем анализа делается вывод, что молекулярная формула не позволяет установить принадлежность вещества к определенному классу и для этого служит разновидность молекулярной формулы – рациональная, выделяющая рациональное «зерно» молекулы, ее функцию (С2Н5ОН). Обращаем внимание на то, что рациональная формула, в свою очередь, не дает наглядного представления о порядке связей атомов в молекуле и для этого служит структурная формула: . Можно отметить недостатки структурной формулы, указав на то, что она, хорошо отражая порядок связи, вместе с тем не позволяет судить о  пространственном строении молекулы. Подобную схему можно использовать при изучении практически всех тем курса органической химии.   

6. Формирование успешных мыслительных стратегий.

         Прежде необходимо выявить возможные учебные проблемы школьников, которые мы рассмотрим на нескольких примерах.

Алина М.. была определена как левополушарная ученица, с аудиально-визуальным типом мышления. Исполнительна и  целеустремленна, достаточно аккуратна, однако не придает своему внешнему виду существенного внимания.  Как правило, выполняет домашние задания, не пропускает занятия без уважительной причины. Она имеет неплохой почерк, ее тетради в меру аккуратные. Хорошо отвечает при индивидуальном опросе, организована. При разговоре смотрит в глаза, использует жесты незначительно, на уровне груди. Информацию хранит в сознании в аудиальном виде. Хорошо решает задания по известным алгоритмам и образцу, не допускает ошибок при переписывании и в стандартных арифметических действиях, недостаточно  успешна  в решении творческих задач, на растворы, строение вещества, нестандартный вывод химической формулы

РЕКОМЕНДОВАНО: развитие визуальных способов хранения информации и визуализации в стратегии от общей картинки к деталям при решении творческих задач.

РЕЗУЛЬТАТ: Существенно повысилась способность к решению творческих задач, самостоятельно разработала метод решения трудной задачи. Исчезли затруднения при решении химических тестов и задач. 

         Дима А. был определен как правополушарный кинестетическо-визуальный ученик. Использует кинестетические и  зрительные воспоминания, реже аудиальные. Внешне неаккуратен, подбородок чаще всего держит вниз, жестикуляция ниже уровня пояса, не организован. В последнее время стала увеличиваться степень его визуальной его способности, больше внимания стал уделять своей внешности. Его приходится сажать  одного за парту, так как возможны стычки с соседом. Мама Димы при разговоре рассказывала, что в комнате у него беспорядок, что приходится часто заставлять его наводить порядок, который существует довольно недолго. Тетрадь крайне неаккуратна, лекция пишется фрагментарно. Часто допускает ошибки в простых арифметических действиях или при списывании.

         РЕКОМЕНДОВАНО: развитие визуальной способности – использование рисунков, зарисовка моделей перед решением задачи, развитие неведущей (левой) руки – например игра на гитаре, при выполнении стандартных арифметических действий проговаривание вслух, развитие неведущего левого глаза.

         РЕЗУЛЬТАТ: улучшились результаты обучения от двойки-тройки до твердой четверки, повысилась способность к рисованию, освоена игра на гитаре.

Для проведения самодиагностики реализуемой мыслительной стратегии учащийся должен иметь представление о репрезентативных системах и способах мышления как последовательности извлечения модальностей. Осознание, рефлексия собственной стратегии мышления, открывает дорогу в направлении развития мыслительных возможностей, через обретение новой более успешной стратегии. Для выявления познавательной стратегии можно использовать созданный нами опросник при решении творческой задачи:

1. Когда ты читаешь условие задачи, то ты

1.     видишь то, о чем говорится в задаче;

2.     слышишь условие задачи внутри себя;

3.     чувствуешь, как происходят события, описываемые в задаче.

2. Как ты осуществляешь подбор способа решения?

1)    Вспоминаешь, как вы решали подобную задачу, какие использовали формулы, сколько этапов было в решении;

2)    Выделяешь из содержания задачи главное и представляешь его визуально в виде модели.

3.  С чего начинаешь решение задачи?

1)    записываешь численные данные задачи;

2)    выполняешь рисунок, схематически отражающий суть описываемого явления и только затем анализируешь численные данные.

4.  Как ты выбираешь метод решения задачи, если метод решения тебе неизвестен?

1)  сразу начинаешь выполнять, как только в твоей голове появилась первая идея;

2) пытаешься определить несколько возможных способов ее решения, затем выбираешь лучший.

5.  После того, как решение выполнено:

1) ты записываешь результат в качестве ответа;

         2) сначала проверяешь его, сравнивая с исходными данными, и лишь при условии соответствия записываешь его в качестве ответа.

Рассмотрим решение задач на растворы из части С ЕГЭ по химии –  «Определите массовую долю гидроксида натрия растворе, полученном взаимодействием 2,3 г натрия с 100 г  воды».  Решение таких задач нужно

начинать с построения визуальной модели  (рис. 9)

 

 

 

Рис. 9. Пример визуальной модели задачи на растворы

 

Рассмотрим общий алгоритм решения творческих химических задач:

 
Риc.10. Общий алгоритм решения творческих задач  по химии

     Поясним алгоритм.

1. На основе анализа условия задачи формируется внутренняя картинка, а затем визуальная модель явления и процесса, в которой описываются его существенные стороны.

2. Формируется пакет гипотез – определяются возможные пути решения задачи  логическим или ассоциативным методом. Этот этап на рисунке назван мозговым штурмом. Главное правило этого этапа  полное отсутствие критики  принимаются все гипотезы.

3. Логически или интуитивно выбирается наиболее подходящая гипотеза.

5. В соответствие с ней определяются законы, логические и математические соотношения.

6. Делаются необходимые логические умозаключения и расчеты.

7. Полученный результат внедряется в модель. Определяется работоспособность модели.

8. Если модель с полученным результатом  неработоспособна, то допущены ошибки в логических умозаключениях и (или) математических расчетах.

9. Если проведенная проверка не выявила логической или математической ошибки, то была использована неверная модель явления или процесса. Требуется построение верной модели.

10. Если модель работоспособна, то полученный результат выдается в качестве ответа.

Обратим внимание, что успешное решение творческих задач связано с согласованной работой и правого и левого полушарий. Так выполнение операции с целостным образом и внедрение результата в объект связано в основном с работой правого полушария, тогда как логический анализ – это работа левого полушария, операция синтеза предполагает согласованную работу обоих полушарий.

 

 

 

 

 

Литература

4.     Аполлонова Л. П. Феномен внушения в постсоветских СМИ. // Материалы Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы массовой коммуникации на рубеже тысячелетий» Воронежский государственный университет. 12 -14 мая 2003 г./ Под ред. Проф. Тулупова В. В. С. 3-4

5.     Выготский Л. С. Педагогическая психология/ Под. Ред. В. В. Давыдова. – М.: Педагогика, 1991.

6.     Гриндер М., Лойд Л. Исправление школьного конвейера. М.: Институт общегуманитарных исследований. – 2001.

7.     Журин А. А. Интеграция медиаобразования с курсом химии средней общеобразовательной школы.// Автореф. диссертации на соискание ученой степени доктора пед. наук. – М.2004.

8.     Зорин П. Правополушарные дети. // (Санкт-Петербургский Центр
эволюционных исследований сознания человека).
http://www.w3c.org/TR/1999/REC-html401-19991224/loose.dtd

9.     Лукьянова М. И. Готовность учителя к реализации личностно ориентированного подхода в педагогической деятельности: концепция формирования в условиях педагогической среды: Монография. – Ульяновск: 2004. – 440 с.

10.                       Лукьянова М. И. Разина Н. А., Абдуллина Т. Н. и другие. Личностно ориентированный урок: конструирование и диагностика: методическое пособие/ Под ред. М. И. Лукъяновой. / М.: Центр «Педагогический поиск», 2006. – 176 с.

11.                       Пилипенко А. В. Телевидение как средство нейролингвистического программирования : Дис. ... канд. социол. наук : 22.00.06 Тамбов, 2004 176 с

12.                       Поддьяков А. Н. Поведение при конкуренции противодействие обучению соперники и троянское обучение.// Психолого-педагогическая наука в практике современного образования /Под общей ред. М. Г. Ковтунович и С.Б.Малых.— М..:ПЕР СЭ,2004.— 244 с. – С. 46.–51

13.                       Развитие личностных качеств учащихся в учебном процессе/ под ред. М. И. Лукьяновой. – В 2-х частях. – Ульяновск: УИПКПРО, 2006.

14.                        Роджерс К. Взгляд на психотерапию. Становление человека: Пер. с англ./ Под ред. Е. И. Исениной. – М.: Издательская группа «Прогресс», «Универс»,  1994.

 



[1] Это известное выражение Ф. Бэкона можно перевести «Знание – сила!» или «Знание – власть!»

[2] Картинка в сознании важнее чем знание (А. Эйнштейн)