Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ АЛГОРИТМИЧЕСКОГО ПОДХОДА В ОБУЧЕНИИ ХИМИИ ПРИ РЕШЕНИИ ЗАДАЧ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОГО РАЗВИТИЯ УЧАЩИХСЯ 9
1.1. Психолого-недагогическое обоснование реализации алгоритмического подхода при решении задач интеллектуального развития учащихся 9
1.2. Пути и средства интеллектуального развития учащихся при обучении химии 26
1.3. Этапы и уровни реализации алгоритмической деятельности в обучении химии, определяющей интеллектуальное развитие учащихся 38
Выводы по первой главе 49
ГЛАВА 2. МЕТОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА РЕАЛИЗАЦИИ АЛГОРИТМИЧЕСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ, ОБУСЛОВЛИВАЮЩЕЙ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЕ РАЗВИТИЕ УЧАЩИХСЯ ПРИ ОБУЧЕНИИ ХИМИИ 51
2.1. Виды алгоритмических моделей школьного курса химии и методика их разработки учителем 51
2.2. Методика организации учебной алгоритмической деятельности, направленной на интеллектуальное развитие учащихся, при обучении химии 72
2.3. Алгоритмическое проектирование систем задач, направленных на интеллектуальное развитие учащихся, как способ реализации алгоритмического подхода 93
Выводы по второй главе 125
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ВНЕДРЕНИЯ В УЧЕБНЫЙ ПРОЦЕСС ПО ХИМИИ АЛГОРИТМИЧЕСКОГО ПОДХОДА, НАПРАВЛЕННОГО НА ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЕ РАЗВИТИЕ УЧАЩИХСЯ 127
3.1. Влияние реализации алгоритмического подхода на формирование знаний и умений учащихся по химии 131
3.2. Повышение уровня владения учащимися основными приемами мышления при организации алгоритмической деятельности в процессе обучении химии 146
3.3. Влияние реализации алгоритмической деятельности при обучении химии на развитие умений учащихся осуществлять активный и широкий перенос знаний и умений в новые учебные ситуации 154
Выводы по третьей главе 161
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 163
БИБЛИОГРАФИЯ 166
ПРИЛОЖЕНИЯ
- Психолого-недагогическое обоснование реализации алгоритмического подхода при решении задач интеллектуального развития учащихся
- Виды алгоритмических моделей школьного курса химии и методика их разработки учителем
- Влияние реализации алгоритмического подхода на формирование знаний и умений учащихся по химии
Введение к работе
Проблема взаимосвязи развития ребенка, его обучения и воспитания имеет важное значение на современном этапе развития общества. Это обусловлено тем, что в эпоху научно-технической революции от человека, активно участвующего в производственной и общественной жизни, требуется высокая общекультурная и профессиональная подготовка. В разрешении этой проблемы важную роль играет школа, выдвигаемые ею цели обучения.
Н.И. Чуприкова [158] подчеркивает, что в последнее время к определению целей обучения все большее понимание и признание получает подход, который можно назвать унитарным. «Он формулирует, по существу, одну-единственную цель обучения, состоящую в том, что обучение должно быть развивающим, должно вести к развитию учащихся: к их общему психическому развитию, включая развитие умственное, нравственное и физическое» [158,0.33].
В концепции школьного химического образования, разработанной Г.В. Лисичкиным и Е.Е. Минченковым [71], отмечается, что при всем разнообразии видов дифференциации в обучении цели обучения химии едины и отвечают общим целям современной школы. «Изучение химии должно способствовать формированию у учащихся научной картины мира, их интеллектуальному развитию, воспитанию нравственности, гуманистических отношений, готовности к труду» [71, с.З].
Различным аспектам интеллектуального развития учащихся в обучении посвящены исследования Д.Н. Богоявленского, Л.С. Выготского, П.Я. Гальперина, В.В. Давыдова, М.В. Зуевой, Е.Н. Кабановой-Меллер, З.Й. Калмыковой, Н.А. Менчинской, С.Л. Рубинштейна, Н.Ф. Талызиной, Ю.В. Ходакова, Н.И. Чуприковой и др.
Одним из путей интеллектуального развития учащихся наряду с проблемным обучением, организацией самостоятельной деятельности учащихся,
школьным экспериментом, решением творческих познавательных задач, по мнению Б.В. Бирюкова, Л.Н. Ланды, А.И. Раева, Н. Ф. Талызиной, Л.М. Фридмана, является алгоритмический подход. В их работах раскрываются особенности алгоритмов, используемых в обучении, способы и условия организации алгоритмической деятельности. Однако в теории и практике обучения химии при решении задач интеллектуального развития учащихся алгоритмическому подходу не уделяется должного внимания.
Противоречие между значимостью использования алгоритмического подхода при решении задач интеллектуального развития учащихся и неразработанностью методических основ его реализации в обучении химии обусловило актуальность нашего исследования.
Цель исследования: совершенствование методики реализации алгоритмической деятельности в процессе обучения химии, обусловливающей интеллектуальное развитие учащихся.
Объект исследования: образовательный процесс по химии, направленный на интеллектуальное развитие учащихся.
Предмет исследования: пути и средства реализации алгоритмического подхода, определяющие интеллектуальное развитие учащихся в процессе4 обучения химии.
Гипотеза исследования: если образовательный процесс по химии, направленный на интеллектуальное развитие учащихся, организовывать на основе продуктивно-творческой алгоритмической деятельности, он будет более эффективным, что может проявиться в повышении у школьников уровня сформированности химических знаний и умений, активном владении основными приемами мышления, способности осуществлять широкий перенос знаний и способов деятельности в нестандартные учебные ситуации.
Задачи исследования:
1. Рассмотреть теоретические аспекты алгоритмического подхода в обучении химии и обосновать возможность организации алгоритмической
деятельности, обусловливающей интеллектуальное развитие учащихся в
процессе ее реализации.
' 2. Выявить пути и средства реализации алгоритмической деятельности
при обучении химии, определяющие интеллектуальное развитие учащихся, и дать им методическое обоснование.
3. Провести проверку эффективности путей и средств реализации алгоритмической деятельности, направленной на интеллектуальное развитие учащихся при обучении химии, в ходе педагогического эксперимента.
Для решения поставленных задач наряду с анализом психолого-педагогической, методической литературы, школьных учебников по химии использовались следующие методы исследования; наблюдение за ходом учебного процесса, методы психолого-педагогической диагностики (опрос, анкетирование, тестирование), педагогический эксперимент, методы математической статистики.
Методологической основой иа^едования являются личностно-
ik деятельностный подход (В.В. Сериков, И.С. Якиманская), теория поэтапного
формирования умственных действий (П.Я. Гальперин, Н.Ф. Талызина), теории учебной деятельности (В.В. Давыдов, Г.И. Щукина) и развивающего обучения (В.В. Давыдов, Л В. Занков).
Научная новизна и теоретическая значимость проведенного исследования заключаются в системном рассмотрении возможности реализации алгоритмической деятельности при организации образовательного процесса по химии, направленного на интеллектуальное развитие учащихся.
Практическая значимость исследования состоит в следующем: - дано методическое обоснование применения химических алгоритмов и задач в качестве средств реализации алгоритмической деятельности, направленной на интеллектуальное развитие учащихся;
%
разработано более 80 невычислительных алгоритмов, систематизированы алгоритмы школьного курса химии и оптимизированы способы их представления;
дано методическое обоснование использования алгоритмов для проектирования систем задач по химии, направленных на интеллектуальное развитие учащихся;
разработана учебная программа спецкурса «Алгоритмическое проектирование систем задач и их использование в обучении химии», которая рекомендована к применению в Омском областном институте повышения квалификации работников образования.
Основные положения, выносимые на защиту:
Методические основы использования алгоритмического подхода для интеллектуального развития учащихся в процессе обучения химии.
Методическая система поэтапной реализации алгоритмической деятельности в обучении химии, обусловливающая интеллектуальное развитие учащихся.
Апробация. Основные положения и результаты исследования обсуждались на XXIV областных педагогических чтениях "Развитие традиций и инноваций в образовании" (Омск, 1996 г.); Ш областной научно-практической конференции "Использование средств обучения в различных формах организации учебных занятий" (Омск, 1997 г.); пятых рязанских педагогических чтениях "Самостоятельная работа студентов: новые подходы к организации и руководству" (Рязань, 1998 г.); шестых рязанских педагогических чтениях «Преемственность содержания образовательных программ средней и высшей школы - основа фундаментальной подготовки специалиста» (Рязань, 1999 г.); на заседаниях лаборатории естествознания и экологии ОмИПКРО, кафедры органической химии и методики обучения химии ОмГТГУ. Внедрение в практику осуществлялось в спецкурсах для учителей городских и областных школ.
Эксперимент проводился в 1996-1999 гг. в школах г. Омска и Омской области.
Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, библиографии и приложений.
Психолого-недагогическое обоснование реализации алгоритмического подхода при решении задач интеллектуального развития учащихся
Целью данного параграфа является определение на основе анализа психолого-педагогической литературы центральных понятий исследования: "интеллект", "интеллектуальное развитие", "алгоритм", выявление условий и важнейших показателей интеллектуального развития учащихся в обучении, а также обоснование реализации при этом алгоритмического подхода.
Существует множество определений понятия "интеллект": "ум, рассудок, разум, мыслительная способность человека" [123, с.197], "способность мышления, познания, инициирующая умственное развитие личности" [110, с.З], в широком смысле - совокупность всех познавательных функций индивида: от ощущений и восприятия до мышления и воображения; в узком - мышление" [107, с. 136], способность к пониманию [80, с.34], "совокупность врожденных или приобретенных при жизни общих умственных способностей, от которых зависит успешность освоения человеком разумных видов деятельности" [94, с.482], "интегральное проявление способностей, знаний и умений" [161, с.255], "общая способность к познанию и решению проблем, определяющая успешность любой деятельности и лежащая в основе других способностей; система всех познавательных способностей индивида: ощущения, восприятия, памяти, представления, мышления, воображения; способность к решению проблем без проб и ошибок "в уме" [108, сЛ38] и многие др.
Как следует из приведенных определений, понимание содержания понятия "интеллект" имеет чрезвычайно широкий характер, однозначное определение этого понятия отсутствует. Однако последнее определение, на наш взгляд, отражает основные тенденции:
1) понятия "интеллект" и "мышление" отождествляются;
2) интеллект и мышление отграничиваются, при этом
а) мышление выступает структурным компонентом (частью) интеллекта,
б) интеллект рассматривается как основа мышления и других познавательных способностей индивида.
B.C. Юркевич [174, с.132] рассматривает интеллект как способность к усвоению и применению образцов человеческого опыта. Функция интеллекта, по ее мнению, состоит, с одной стороны, в приобретении, усвоении устоявшихся образцов поведения и мышления, адекватных ситуации, а с другой стороны, в применении этих знаний при решении жизненных задач. Причем автор отмечает, что усвоение нельзя понимать как простую мнемическую деятельность. Оно предполагает весьма сложную мыслительную деятельность, включающую анализ, переработку и систематизацию знаний. Интеллектуальные способности представляют собой с этих позиций оценку реальных или потенциальных возможностей индивида усваивать эти образцы и нормы с их количественной и качественной стороны.
С точки зрения Б.Д. Карсавского, С.С. Либиха, В.Н. Мясищева и И.М Тонконого [92], интеллект включает в себя приобретенные знания, опыт и способность к их дальнейшему накоплению и использованию. Авторы разграничивают понятия "мышление" и "интеллект", отмечая, что "интеллект и мышление не тождественны". Мыслительные операции анализа и синтеза, суждения, умозаключения являются самостоятельными категориями, но осуществляются на основе интеллектуальных возможностей, опыта и знаний. "Мышление - это интеллект в действии" [92, с. 98].
Такой же точки зрения придерживаются Г.Г. Андреев, В.Ю. Крамаренко, BE. Никитин [73]. Эти ученые предлагают под интеллектом понимать "совокупность умственных способностей человека, являющихся результатом многоуровневой отражательной деятельности и воплощающих в себе основные формы идеально-предметного отношения к миру" [73, с. 136]. При этом человеческий интеллект выступает как расчлененная целостность, в которой в качестве основных компонентов в иерархическом порядке находятся базовые мыслительные способности, различные уровни организации. Авторы считают, что в терминах "мышление" и "интеллект" зафиксированы различные состояния умственной деятельности. "Интеллект необходимо рассматривать как интегральную и высокодифференцированную способность к мышлению, как универсальную тренированность мозга. В этом понятии отражен основной диапазон умственных возможностей человека, осуществляющих анализ и оценку информации, создание новых форм логической деятельности" [73, с. 105-106]. Под мышлением, напротив, понимается та конкретная деятельность, которая производится носителем интеллекта.
Виды алгоритмических моделей школьного курса химии и методика их разработки учителем
Основным средством реализации алгоритмической деятельности являются алгоритмы. Поскольку алгоритмы, используемые в обучении химии, разнообразны, рассмотрим подробно основные (базовые) алгоритмические модели и методику их разработки.
Наибольшее распространение в практике обучения химии получили следующие типы алгоритмов: вычислительные и невычислительные (по характеру деятельности), линейные, разветвленные и циклические (по структуре деятельности). Взаимосвязь алгоритмов различных типов показана на рис.2.
Применяемые алгоритмы могут иметь словесный или графический способ представления. По нашим наблюдениям, способ представления линейных алгоритмов существенно не влияет на эффективность их использования в обу чении. Для нелинейных алгоритмов наиболее эффективен графический способ представления, в частности блок-схемы.
Как следует из анализа методической литературы [1, 23, 24, 35,76, 89, 101, 126, 127, 134, 166, 170], в теории и практике обучения химии находят применение два подхода к разработке алгоритмических моделей :
1) содержательный,
2) деятельностный.
Согласно первому подходу, алгоритмы разрабатываются в соответствии с тем химическим содержанием, для усвоения которого они предназначены, например, алгоритмы изучения темы «Первоначальные химические понятия», «Важнейшие классы неорганических соединений» [170] и др.
На наш взгляд, разработка алгоритмических моделей в соответствии с первым подходом имеет ряд недостатков. Отметим некоторые из них:
1) разнообразие вопросов, рассматриваемых в школьном курсе химии, делает эту работу для учителя очень трудоемкой;
2) алгоритмы, организующие при рассмотрении различных тем сходную по структуре алгоритмическую деятельность учащихся, предлагаются авторами учебников и усваиваются учащимися как частные.
Например, для формирования у школьников умения составлять формулы неорганических соединений (оксидов, кислот, оснований, солей) по величине формальной валентности предлагается использовать четыре алгоритма [23, 24, 101,126]. Все это не способствует эффективной реализации алгоритмической деятельности учащихся и, как следствие, их интеллектуальному развитию.
Согласно второму подходу, алгоритмы разрабатываются в соответствии с той деятельностью, для выполнения которой они предназначены, например, алгоритм решения расчетных задач (определенного типа), алгоритм составления химических уравнений, алгоритм характеристики химического элемента и т.п.
Данный подход, по нашему мнению, более продуктивен, однако и он не лишен некоторых недостатков, к которым можно отнести следующие:
1. Не всегда характер деятельности, моделируемой с помощью алгоритмов, соотносится с химическим содержанием, предназначенным для усвоения учащимися. Иногда такого рода алгоритмы используются как бы параллельно изучаемому учебному материалу, что в значительной степени снижает их дидактическую значимость.
2. В некоторых случаях алгоритмы, предназначенные для использования в течение почти всего курса химии, требуют определенной корректировки и уточнения, чего на практике чаще всего не происходит.
В качестве примеров приведем следующие. Изучение темы «Периодический закон и периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева на основе учения о строении атомов» в курсе химии 11 класса, согласно программе [147, с.5-37], предполагает обобщение и систематизацию знаний и соответствующих умений о зависимости свойств элементов и их соединений от строения атомов и положения в периодической системе. Авторами же пособия [116, с.71] предлагается следующая задача: «При полном сжигании 0,68 г неизвестного вещества получили 1,28 г оксида серы (IV) и 0,36 г воды.
Влияние реализации алгоритмического подхода на формирование знаний и умений учащихся по химии
Одним из показателей интеллектуального развития учащихся является уровень знаний по химии, который можно оценить по способности учащихся применять их в разнообразных учебных ситуациях. Важным компонентом системы химических знаний являются понятия и формируемые на различных теоретических уровнях системы понятий, главными из которых являются системы понятий о веществе и химической реакции.
Усвоить химическое понятие - это значит, в первую очередь, усвоить его определение, потому что именно в определении отражено основное содержание и объем понятия. Выше описана методика организации алгоритмической деятельности, направленная на осознанное усвоение учащимися определений химических понятий. Данная методика была положена в основу проведения первой серии эксперимента. В контрольных группах усвоение определений химических понятий проводилось по традиционной методике, а в экспериментальных - по методике, описанной во второй главе диссертационного исследования.
Анализ школьных учебников по химии [114, 144, 6, 14, 29, П8, 44] показывает, что большинство важнейших химических понятий в них определяется через ближайший род и видовые отличия. Однако при формулировке определений понятий авторы допускают неточности химического характера и логические ошибки, главными из которых являются следующие:
1. Нарушение требования к указанию ближайшего родового признака. Например, в определении понятия «оксид» [44, с.71] вместо ближайшего рода «сложное вещество» взят отдаленный род «вещество».
2 Несогласованность в указании ближайшего рода. Например, в определениях понятий «соль», «основание», «кислота» ближайшим родовым признаком указывается «сложное вещество», а в определении понятия «оксид» -«вещество» [44, с.71,152,155,159].
3. Нарушения в структуре определения. Например, определение понятий «простое вещество», «сложное вещество» [44, с.41] не содержит ближайшего родового признака.
4. Различие в полноте видовых признаков. Например, в учебном пособии [114, с. 67] в определении понятия «кислота» более полно представлены видовые признаки, чем в пособии [44, с. 152].
5. Использование видовых отличий в соответствии с различными содержательными линиями при формировании сходных понятий затрудняет сравнение этих понятий в учебном процессе. Например, в пособии [114, с.51, 81,69] видовые отличия в определениях сходных понятий «оксид», «основание», «соль» указываются в соответствии с линией состава, а в определении понятия «кислота» - в соответствии и с линией состава, и с линией свойств [114, с.67].
6. Учет только одного теоретического уровня. Например, определение понятия «оксид» только на атомно-молекулярном уровне [114, с.51; 44, с.71; 29, с.63] или только на электронном уровне [118, с.100].
7. Несогласованность в формулировании определений понятий с точки зрения теоретического уровня курса химии. Например, в пособии [114, с.51, 67, 69] определения понятий «оксид», «окисление», «кислота», «соль» даны в соответствии с атомно-молекулярным уровнем, а в пособии [118, с.100, 31, 120, 135] - в соответствии с электронным уровнем. Определения понятий «оксид», «кислота», «основание» в [29, с.63, 70, 67] трактуются с точки зрения атомно-молекулярного учения, а определение понятия «соль» [29, с.165] - на электронном уровне.
8. Непредставленность в анализируемых учебниках в явном виде содержания понятий на отдельных этапах их формирования.
В связи с этим при организации педагогического эксперимента как в контрольных, так и в экспериментальных группах в формулировки определений изучаемых понятий вносились соответствующие коррективы.
Результативность обучения оценивалась по количественному показателю - Ко. Коэффициент обученности рассчитывали на основе результатов выполнения учащимися контрольных заданий. Контрольные задания содержали вопросы двух видов. Одни предполагали репродуктивно-воспроизводящую деятельность учащихся по применению определений понятий, другие - продуктивную. К) вычисляли отдельно для каждого вида вопросов. Полученные данные позволили сравнить степень осознанности определений изучаемых понятий учащимися контрольных и экспериментальных групп (рис.21).
