Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОБЛЕМЫ ФОРМИРОВАНИЯ ЗНАНИЙ УЧАЩИХСЯ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ЛАБО-РАТОРНО-ПРАКТИЧЕСКИХ РАБОТ ПО ХИМИИ
1.1. Становление и развитие методики проведения экспериментальных работ при обучении химии 10
1.2. Химический эксперимент в практике преподавания в современной средней школе 25
1.3. Психолого-педагогические основы отбора и структурирования содержания лабораторно-практических работ по химии 37
1.4. Методы обучения при проведении экспериментальных работ по химии 61
Глава 2. МЕТОДИЧЕСКИЙ ПОДХОД К ПРОВЕДЕНИЮ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ЗАНЯТИЙ ПО ХИМИИ
2.1. Методические основы структуры и содержания лабораторно-практических работ по химии 73
2.2. Конструирование и моделирование при проведении практических работ по химии 87
2.3. Проблема организации химического практикума для средней школы 94
Глава 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАЗРАБОТАННОЙ МЕТОДИКИ ФОРМИРОВАНИЯ ХИМИЧЕСКИХ ЗНАНИЙ НА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ЗАНЯТИЯХ
3.1. Содержание, методы и результаты констатирующего этапа педагогического исследования
3.2. Содержание и результаты формирующего этапа педагогического исследования 117
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 138
БИБЛИОГРАФИЯ 140
ПРИЛОЖЕНИЯ 155
- Становление и развитие методики проведения экспериментальных работ при обучении химии
- Методические основы структуры и содержания лабораторно-практических работ по химии
- Содержание, методы и результаты констатирующего этапа педагогического исследования
Введение к работе
Актуальность исследования. Особенностью настоящего этапа развития школьного образования является поворот к личности учащихся, к их всестороннему развитию на основе активной учебно-познавательной деятельности. Претворение этой идеи связано с осуществлением принципиальных перемен в школе, с модернизацией содержания образования и технологии обучения, а само школьное образование рассматривается как ступень непрерывного образования. Этот переход возможен лишь в условиях развивающего обучения, организованного на основе деятельностного подхода.
Современная школа на данном этапе своего развития сделала значительные шаги по совершенствованию содержания теоретических знаний по химии на основе альтернативных планов обучения, что нельзя сказать о знании, связанном с организацией и постановкой химического эксперимента, особенно выполняемого учащимися самостоятельно. Последнее, в свою очередь, имеет большое значение в усвоении новых знаний по химии. Тогда как реализация данной функции эксперимента в современной методике проведения лабораторно-практических работ значительно осложнена.
Результаты констатирующего педагогического исследования,
проводившегося в ряде средних общеобразовательных учебных заведений разного типа, показывают, что школьники имеют довольно невысокий уровень сформированности знаний, связанных с проведением химического эксперимента, что затрудняет качественное выполнение предлагаемых программой экспериментальных работ по химии и снижает уровень усвоения химических знаний в целом.
Анализ современных учебников и учебных пособий, предлагаемых учащимся для изучения курса химии средней школы, а также для проведения экспериментальных работ, показывает, что их основная функция состоит в обеспечении учащихся знаниями основ науки, а также знаниями, необходимыми для овладения различными умениями и навыками.
Предлагаемые в учебниках по химии лабораторно-практические работы носят, в основном, репродуктивно - копирующий характер. Однако известно, что наряду с подобными необходимо включать в учебный процесс и работы исследовательского характера. Вот почему в ходе выполнения предлагаемых школьной программой экспериментальных работ учащиеся лишаются возможности обсуждать результаты опытов, выдвигать гипотезы и проверять их экспериментально; также затруднено выявление индивидуальных особенностей учащихся.
Все это говорит о необходимости дальнейшего совершенствования содержания и методики проведения лабораторно - практических работ по химии, являющихся важной основой изучения курса химии в средних общеобразовательных учебных заведениях и одним из способов не только усвоения теоретических знаний, но и их приобретения.
Проблема исследования заключается в поиске психолого-педагогических и методических условий для формирования у учащихся химических знаний в процессе проведения лабораторно-практических работ.
Данная проблема определила цель исследования.
Цель исследования заключается в совершенствовании методики проведения лабораторно - практических занятий по химии на основе деятельностного подхода к обучению с целью формирования новых химических знаний.
Объект исследования: процесс обучения химии в общеобразовательной школе при проведении лабораторно - практических работ.
Предмет исследования: методика формирования химических знаний учащихся в процессе проведения экспериментальных работ.
Гипотеза исследования: лабораторно - практические занятия по химии будут повышать эффективность усвоения химических знаний, если в основу их методики проведения будут положены идеи системного и деятельностного подходов, выражающиеся в структурировании содержания и организации
самостоятельной познавательной деятельности учащихся, выполнении проблемных опытов и заданий исследовательского характера.
Для достижения цели исследования и проверки гипотезы требовалось решить следующие задачи:
Проанализировать и обобщить состояние проблемы организации и проведения лабораторных и практических работ по химии в современной средней школе (на основе анализа действующих школьных программ, учебников, учебных пособий, а также изучении опыта работы учителей химии средних учебных заведений).
Определить уровень сформированности химических знаний учащихся на основе анализа результатов выполнения различных экспериментальных заданий.
Используя основные положения современных психолого - педагогических теорий, определить условия повышения эффективности экспериментальных работ по химии путем поэтапной организации учебных занятий, включения в их содержание проблемных опытов и заданий исследовательского характера.
Разработать методические рекомендации к проведению лабораторных работ по химии на основе реализации теории поэтапного формирования умственных действий, которая позволяет более эффективно усваивать новые знания.
Проверить эффективность влияния предлагаемой методики проведения лабораторно - практических занятий на качества знаний школьников.
Методологической основой исследования послужили психолого-педагогические теории: деятельностного подхода к обучению (С.Л.Рубинштейн, А.Н.Леонтьев, Л.С.Выготский), развивающего обучения (Давыдов В.В.), поэтапного формирования умственных действий (П.Я.Гальперин, Н.Ф.Талызина).
Для решения поставленных задач использовались следующие методы
исследования: анализ методологической, историко-научной, психолого-педагогической, методической литературы по проблеме исследования; анализ программ, учебников и методических пособий по химии для средней школы; изучение уровня знаний учащихся методами наблюдения, анкетирования, тестирования, качественной и количественной обработки результатов педагогического эксперимента. Исследование проводилось в три этапа.
На первом этапе (1995-96гг.) определены цели и задачи исследования, проведен анализ методической и научной литературы.
На втором этапе (1996-97гг.) проведен констатирующий эксперимент по выявлению исходного уровня знаний учащихся; на основе деятельностного подхода к обучению разработаны содержание и структура лабораторно-практических работ по отдельным темам школьного курса химии; проведена пробная проверка предложенной методики в педагогическом эксперименте. На третьем этапе (1997-1998гг.) продолжена проверка разработанной методики проведения лабораторно-практических работ по химии в ходе педагогического эксперимента; проведен качественный и количественный анализ результатов педагогического эксперимента; установлена эффективность усвоения химических знаний учащимися; оформлен текст диссертации.
Достоверность результатов и выводов исследования подтверждается логикой теоретического анализа исследуемой проблемы в психолого-педагогической и методической литературе, выбором адекватных целям методов исследования, результатами педагогического эксперимента и проведенным внедрением методических рекомендаций в практику отдельных школ.
Научная новизна исследования заключается в разработке методического подхода, направленного на осуществление самостоятельной поисковой деятельности учащихся в процессе проведения экспериментальных работ по химии.
Практическая значимость проведенного исследования состоит в
установлении эффективности предложенного методического подхода для
формирования и усвоения химических знаний в процессе выполнения
лабораторно-практических работ; в возможности реализации
исследовательского метода на основе включения в содержание экспериментальных работ задач поискового характера; в разработке программы химического практикума, направленного на более самостоятельное овладение знаниями по химии в системе экспериментальных работ.
Апробация работы и внедрение в практику. Педагогическое исследование проводилось с 1995 по 1998 годы на базе 8 школ республики Мордовия в 8-11 классах (общее число учащихся 624). В педагогическом эксперименте приняли участие 38 учителей химии. Основные положения и результаты исследования обсуждались на научно-практических конференциях преподавателей Мордовского госуниверситета им.Н.П.Огарева (1995-1998 гг.), на семинарах по химии в Мордовском республиканском Институте повышения квалификации работников образования, на Всероссийском методическом семинаре по химии в МПГУ им. В.И.Ленина (1997г.), на заседаниях кафедры общей и неорганической химии МГУ им. Н.П.Огарева (1996 г.), а также изложены в 10 публикациях.
Отобранный учебный материал использовался в практике преподавания в Саранском городском естественно-техническом лицее, некоторые положения исследования нашли отражение в курсовых и дипломных работах студентов химического отделения Института физики и химии при Мордовском госуниверситете им. Н.П.Огарева, а также в работе студентов химического отделения МГУ им. Н.П.Огарева в период прохождения педагогической практики в средних школах республики Мордовия.
На защиту выносятся:
Методический подход к проведению лабораторно-практических работ по химии, построенный на основе деятельностного подхода к обучению и реализации теории поэтапного формирования умственных действий.
Содержание и структура лабораторно-практических работ, которые предусматривают усиление мотивационного этапа, формирование химических знаний на основе действий, более широкое использование проблемного подхода к обучению.
Становление и развитие методики проведения экспериментальных работ при обучении химии
Преподавание основ химии в средней школе не может осуществляться и совершенствоваться без соответствующей организации и методики школьного химического эксперимента. Химический эксперимент - это важное условие активизации познавательной деятельности учащихся, воспитания устойчивого интереса к предмету, формирования научного мировоззрения, а также представлений о практическом применении химических знаний.
В школьном курсе химии эксперимент является своеобразным объектом изучения, методом исследования, источником и средством получения нового знания о веществе и химической реакции. Известно, что химический эксперимент является методом обучения, если он выступает в качестве самостоятельной работы (лабораторной, практической, по решению экспериментальных задач) /102/.
В истории развития методики преподавания химии особо важная роль отводится проблеме методов обучения. Внимание к химическому эксперименту, как эффективному методу обучения, не угасает с момента зарождения химии как учебного предмета.
Методика формирования и развития химических знаний учащихся в процессе экспериментальной работы берет свое начало еще в дореволюционный период становления среднего образования.
Химия вошла полноправным членом в число учебных предметов общеобразовательной средней школы лишь в начале XX века. В дореволюционной средней школе предмета химии или совсем не было или она занимала в ней незначительное место /112/.
В период между 1900 годом и Октябрьской революцией основными типами общеобразовательной школы, не считая начальной, были следующие: городские училища, преобразованные в 1912 году в высшие начальные училища; женские и мужские гимназии; реальные училища.
Химии в учебных планах городских и высших начальных училищах не было. Многие сведения по химии давались в курсе физики и в разделе неживой природы курса естествознания. Занятия по данным предметам всегда сопровождались демонстрационными опытами. Практиковались и лабораторные занятия учащихся по предметам естественнонаучного цикла. Интересно, что уже в этих учебных заведениях возникал вопрос о необходимости уменьшения числа учащихся на практических занятиях.
Несколько иначе было поставлено преподавание в реальных училищах, где химия была введена в качестве самостоятельного предмета. Практические занятия в химической лаборатории данных учебных заведений имели целью дать учащимся познания в области химического анализа. Начинались занятия с качественного анализа (с изучения отдельных реакций в растворах). Затем ученики знакомились со всеми основными методами количественного анализа: весовым и объемным (алкалиметрией, методами окисления-восстановления и осаждения). Заканчивался курс техническим анализом образцов сырья для различных химических производств, а также приготовлением различных препаратов.
Поэтому учащимся реальных училищ не давалась стройная система знаний, преследовалась лишь практическая цель - подготовить средний руководящий состав для производств.
Для проведения практических занятий применялись специальные учебные пособия. Например, руководство Д.Влахопулова "Аналитическая химия для практических занятий в химической лаборатории учеников реальных и коммерческих училищ", в котором было предусмотрено решение лабораторных задач прикладного характера /23/.
Так же учебник преподавателя Киевского политехнического института И.М.Кукулеско "Элементарный курс химии" /82/ был широко распространен в реальных училищах. Автор считал "единственно целесообразным способом ознакомления с химией проделывание опытов самими учащимися и личное наблюдение ими явлений 782/. Поэтому в конце руководства был приложен примерный список опытов для практических занятий (он охватывал 24 темы, каждая из которых состояла из 5-7 отдельных опытов).
Преподавание химии как самостоятельной науки осуществлялось также в коммерческих училищах и кадетских корпусах.
В учебных планах училищ на химию отводилось 6 часов в неделю. Практические занятия обычно шли параллельно курсу (2 часа в неделю) и только в редких случаях отодвигались на год позже.
Особенно хорошо преподавание химии было поставлено в Тенишевском училище в Санкт-Петербурге. В этом учебном заведении на практических занятиях учащиеся знакомились с методами очистки органических веществ и упражнялись в определении важнейших физических констант. Так, например, они производили простую и фракционную перегонку жидкостей, очищали вещества перекристаллизацией, определяли температуру кипения и плавления веществ, их удельный вес (с помощью пикнометров, ареометров, весов Вестфаля) и выполняли другие манипуляции более сложного характера.
Список работ, проводимых в училище, поражает методической продуманностью и четкостью. Обращает на себя внимание обилие работ количественного характера, вводимых с самого начала изучения химии.
Методические основы структуры и содержания лабораторно-практических работ по химии
В преподавании любого предмета принципиально важным является вопрос об источниках знания. Как известно, знания по химии учащиеся приобретают двумя путями - во-первых, со слов учителя или из учебника и, во-вторых, путем непосредственного ознакомления с веществами и химическими процессами при демонстрации опытов учителем или выполнении эксперимента самими учащимися.
Поэтому ученический эксперимент по химии необходимо использовать не только в качестве иллюстрации слов учителя, но и как средство получения и усвоения химических знаний, средство развития познавательной деятельности учащихся.
В последнее время все отчетливее проявляется возрастающая роль исследовательского метода в обучении химии. В сравнении с двумя другими дидактическими методами - объяснительно-иллюстративным и частично-поисковым - он представляет собой высший этап процесса познания, предполагающий развитие прежде всего мышления учащихся, а не только их памяти. Он позволяет значительно эффективнее решать задачи усвоения знаний по химии учащимися, воспитания инициативности и активной самостоятельности в учении, укрепления интереса к предмету и учебному труду.
Изучение опыта работы учителей химии, связанного с организацией и проведением практических занятий по курсу химии средней школы на современном этапе показывает, что подготовка учащихся к ним и самостоятельное выполнение химических опытов вызывают значительные затруднения и, соответственно, отражаются на качестве их выполнения и приобретенных знаниях. Последнее в свою очередь, значительно влияет не только на уровень химических знаний учащихся, но и прежде всего на развитие химического мышления, и в целом сказывается на качестве усвоения предмета.
Особо следует обратить внимание и на то, что в ходе выполнения лабораторных и практических работ по традиционной методике, учащиеся слабо овладевают умениями формулировать цель работы, планировать эксперимент, грамотно проводить наблюдения, фиксировать его результаты и описывать, обобщать, а также делать выводы, адекватные поставленным целям. Готовая инструкция в большинстве случаев вынуждает учащихся механически выполнять задания, не задумываясь ни над содержанием, ни над методикой его выполнения. В результате, проделав значительное число лабораторно-практических работ, они зачастую оказываются не в состоянии самостоятельно выполнить простейшее задание исследовательского характера.
Все вышесказанное приводит к выводу о необходимости дальнейшего совершенствования методики проведения лабораторно-практических работ, являющихся важной основой изучения химии, а также разработки и внедрения в процесс обучения химии в средней школе химического практикума, содержание которого должно соответствовать современным требованиям, предъявляемым к процессу обучения химии. Прежде всего, химический практикум должен способствовать формированию и развитию творческого мышления и самостоятельности учащихся; прививать школьникам навыки исследовательского подхода к выполнению лабораторных и практических работ. Руководствуясь знаниями и умениями практикума, школьники должны научиться решать проблемные задачи теоретического и экспериментального характера.
Методологической основой предлагаемой нами методики проведения экспериментальных работ по химии послужили современные психолого-педагогические теории - деятельностного подхода к обучению, поэтапного формирования умственных действий, а также принцип единства развития и обучения.
Теория поэтапного формирования умственных действий рассматривает учение как систему определенных видов деятельности, осуществление которой приводит обучаемого к новым знаниям и умениям. Вначале знание формируется как результат внешней деятельности и постепенно становится внутренним, проходя через определенный ряд этапов.
На первом этапе создается мотивация для последующего действия. При этом различают внешнюю мотивацию, когда действие совершается ради каких-то внешних по отношению к действию целей. Эта мотивация ненадежна. Большее значение имеет внутренняя мотивация - интерес к самому процессу и предмету деятельности. Эта мотивация способствует росту познавательной активности учащихся, что в свою очередь ведет к наиболее качественному усвоению знаний. Мотивация изучения химии для многих учеников создается широким введением межпредметных связей и использованием приемов проблемного обучения.
Содержание, методы и результаты констатирующего этапа педагогического исследования
Этап формирующего педагогического эксперимента был проведен с целью проверки и подтверждения гипотезы исследования.
Осуществление этапа формирующего педагогического эксперимента предусматривало решение следующих задач:
1. Проверить эффективность влияния предлагаемой методики проведения экспериментальных работ по химии на качество знаний учащихся, на активизацию их познавательной деятельности;
2. Подобрать контингент учащихся городских и сельских школ гуманитарного и естественно-технического профиля для организации и проведения педагогического эксперимента;
3. На основе результатов проведенного формирующего педагогического эксперимента подтвердить гипотезу исследования.
Общее число учащихся, охваченных педагогическим исследованием на данном этапе, составило 406 человек. Информация о школах, классах и числе учащихся, принявших участие в формирующем этапе педагогического эксперимента, представлена в таблице № 1 (стр.105).
Для проведения педагогического эксперимента в 9, 10 и 11 классах были взяты контрольные и экспериментальные группы. Критерии отбора данных групп были следующие:
- примерно равное число учащихся,
- примерно одинаковый уровень знаний учеников.
В отличие от контрольных групп, методика проведения лабораторно-практических работ в экспериментальных заключалась в специфике структуры и содержания этапов усвоения новых знаний. Экспериментальные задания проблемного характера предлагались и в тех и в других группах после выполнения опытов соответствующих практических работ.
При оценке выполнения экспериментальных работ учитывалась правильность отдельных лабораторных операций, обращения с химическими реактивами и лабораторным оборудованием, аккуратность в работе и умение рационально использовать рабочее время. Большое внимание также уделялось точности наблюдений и выводов, правильности, осознанности, полноте и конкретизации ответов на контрольные вопросы, а также активности в обсуждении заданий проблемного характера.
Практическая работа по теме: «Гидролиз солей» (см. главу 3) была предложена учащимся 9 и 11 классов средних учебных заведений. Общее число учащихся в контрольных классах составило 90 человек, в экспериментальных - 92.
С опытами, предложенными в данной практической работе, справилось большинство учащихся как в контрольных, так и в экспериментальных группах. Однако, качественный анализ отчетов о работе, а также ответов на контрольные вопросы показал разные результаты.
Правильно определили реакцию среды в растворах выданных солей и дали подробное объяснение полученным результатам 92% учащихся экспериментальных групп и 86 % учеников в контрольных группах. Наибольшие затруднения имели место у учащихся при определении реакции среды в растворе карбоната аммония. Так как рН раствора данной соли имеет значение в области 8-9, то многие учащиеся, особенно в контрольных группах, сделали неверный вывод о том, что гидроксид аммония - сильное основание.
Подробных объяснений наблюдаемых явлений требовало выполнение второго опыта. Полные и правильные объяснения о влиянии силы кислоты и основания, образующих соль, на степень ее гидролиза привели в своих отчетах 61% учащихся экспериментальных групп и лишь 44% учеников контрольных групп. Причем в последних у многих учащихся (28%) встречались неполные ответы. Такие результаты, по нашему мнению, свидетельствуют о значительной роли предварительного обсуждения хода эксперимента при выполнении практической работы, которое и осуществлялось в экспериментальных группах.
В качестве примера приведем выводы учащихся по изучению влияния силы кислоты и основания, образующих соль, на степень ее гидролиза. Так в контрольном классе ответ учащегося Б. следующий: «В пробирке с раствором №2СОз окраска индикатора более яркая, значит, в растворе ионов ОН" больше, чем в растворе сульфита натрия. Следовательно, степень гидролиза соли Na2CC 3 выше». В ответе учащегося Г. из экспериментального класса приводится более точное объяснение наблюдаемого явления: «Так как основание, образующее соли Na2C03 и Na2S03 одно и то же ( NaOH ), то степень гидролиза солей зависит от силы кислот, их образующих. Так как Н2СО3 более слабая кислота по сравнению с H2SO3 , то при гидролизе соли Na2C03 реакция идет практически до конца и степень ее гидролиза выше, чем у Na2S03 ».
Выполнение второй части данного опыта (она предлагалась для выполнения только в 11 классах) и объяснение его результатов требовало привлечения знаний о химическом равновесии. Поэтому у многих учащихся он вызвал затруднения (41% учащихся в экспериментальных группах и 64% учащихся в контрольных группах). В ответах учащихся контрольных групп вывод по данному опыту чаще всего был сделан такой: «При нагревании раствора соли СНзСО(Жа интенсивность окраски фенолфталеина возрастает, значит увеличивается концентрация ионов ОН". Степень гидролиза соли при этом возрастает». В экспериментальных группах учащийся С. сформулировал объяснение влияния температуры на степень гидролиза соли иначе: «При повышении температуры раствора соли СНзСООКа наблюдается усиление окраски индикатора. Значит, происходит усиление гидролиза соли и смещение равновесия данного процесса вправо. Следовательно, гидролиз солей - это процесс эндотермический». В отчете учащегося П. было дано следующее объяснение происходящего: «При нагревании раствора соли СНзСООИа окраска индикатора фенолфталеина становится ярче, значит концентрация ионов ОН" в растворе увеличивается. Данное явление может быть вызвано тем, что гидролиз - процесс эндотермический и при повышении температуры равновесие смещается вправо».
