Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Теоретические основы использования метода моделирования при обучении химии для повышения осознанности знаний 11
1-1. Метод моделирования в научном познании и при обучении 11
1-1.1. Гносеологическая сущность метода моделирования 11
1-1.2. Соотношение гносеологических компонентов метода моделирования в обучении и научном; познании 19
1.2. Содержание школьного курса химии, связанное с понятием химическая реакция 43
1-3. Изучение возможностей содержания курсов химии для использования научного метода теоретического моделирования при обучении 51
1-3.1. Методические подходы к изучению модельного содержания при обучении неорганической химии в истории методики обучения 51
1-3.2. Методические подходы к изучению модельного содержания при обучении неорганической химии в основной школе на современном этапе 64
Выводы к главе I 78
Глава 2. Содержание курса химии основной школы для использования научного метода теоретического моделирования 81
2-1. Отбор и построение содержания курса химии основной школы для использования научного метода теоретического моделирования при обучении 81
2-2. Дополнительные тексты учебника для объяснения особенностей метода моделирования 97
2-3. Химический эксперимент в процессе моделирования 107
Выводы к главе 2 125
Глава 3. Использование метода моделирования на уроках химии для достижения уровня требований образовательного стандарта и повышения осознанности знаний 127
3-1. Использование метода теоретического моделирования на уроках химии в основной школе 127
3-2. Исследование эффективности использования метода теоретического моделирования 147
Выводы к главе 3 172
Заключение 174
Библиография 176
- Гносеологическая сущность метода моделирования
- Методические подходы к изучению модельного содержания при обучении неорганической химии в истории методики обучения
- Дополнительные тексты учебника для объяснения особенностей метода моделирования
- Исследование эффективности использования метода теоретического моделирования
Введение к работе
Актуальность исследования. Проблема качества знаний является ключевой в педагогике. Качество знаний в современной формирующейся модели образования связывается с овладением учащимися методами познания, формированием у них познавательных мотивов, желания узнавать новое, с формированием у учащихся умений добывать, хранить, перерабатывать информацию, применять знания в незнакомых ситуациях.
Овладение учащимися методами познания предполагает использование этих методов в учебном процессе. Одним из основных методов познания в химической науке является теоретическое моделирование. Использование данного метода при формировании теоретических знаний в обучении поможет устанавливать связи между фактологическим и теоретическим содержанием, понимать характер связей между знаниями, понимать способы получения знаний. Все перечисленные характеристики являются проявлением осознанности знаний.
Использование научного метода теоретического моделирования при обучении в значительной степени зависит от специальной методической обработки изучаемого содержания.
Выявлено противоречие между потенциальными возможностями научного метода теоретического моделирования в повышении осознанности знаний учащихся и отсутствием специальной методической обработки содержания школьных курсов химии, которая позволит использовать данный метод при обучении.
Проблема исследования заключается
-
в необходимости выделения элементов содержания для изучения сущности которых может быть использован научный метод теоретического моделирования;
-
в определении последовательности изучения всех видов содержания, которая позволит использовать метод теоретического моделирования для повышения осознанности знаний по химии.
Необходимость разрешения обозначенной проблемы определяет выбор темы исследования «Использование метода теоретического моделирования для повышения осознанности знаний по химии».
Цель исследования заключается в методической обработке содержания курса химии основной школы, которая позволит использовать метод теоретического моделирования для повышения осознанности знаний учащихся.
Объект исследования: процесс обучения химии в основной школе.
Предмет исследования: содержание курса химии основной школы, позволяющее использовать метод теоретического моделирования для повышения осознанности знаний учащихся.
Гипотеза исследования. Повышения осознанности знаний при использовании метода теоретического моделирования можно добиться, если:
-
отобрать содержание, для изучения сущности которого, может быть использован данный метод (далее - модельное содержание);
-
определить последовательность изучения всех видов содержания в соответствии с этапами моделирования;
-
определить роль и место химического эксперимента как вида содержания при использовании данного метода;
-
раскрыть перед учащимися особенности данного метода научного познания.
Для достижения поставленной цели и подтверждения гипотезы были определены следующие задачи исследования:
1. Определить сущность понятий «теоретическая модель», «теоретическое моделирование», изучить роль метода теоретического моделирования в научном познании и при обучении, определить этапы моделирования, выявить психологические механизмы, способствующие повышению осознанности знаний в условиях использования метода теоретического моделирования в обучении (на основании анализа философской и психолого-педагогической литературы).
2. Обосновать требования к содержанию курса химии основной школы, позволяющему использовать метод теоретического моделирования при обучении. На основании действующего образовательного стандарта и обоснованных требований разработать программу и учебник курса химии основной школы.
-
Исследовать возможности использования метода теоретического моделирования в условиях методически обработанного содержания:
- в достижении требований, предусмотренных обязательным минимумом содержания действующего образовательного стандарта;
- в повышении осознанности знаний.
Методологической основой данного исследования являются:
-
философские труды, раскрывающие сущность метода теоретического моделирования (И.Б. Новик, Я.Г. Неуймин, А.И. Уемов,
В.А. Штофф и др);
-
психологические концепции системно-структурной организации процесса мышления (Я.А. Пономарёв, И.Н. Семёнов, С.Ю. Степанов);
-
основные дидактические принципы (научность, доступность, систематичность, сознательность) отбора и структурирования содержания школьного курса химии (С.Г. Шаповаленко, В.С. Полосин, Ю.В. Ходаков, Е.Е. Минченков).
В процессе выполнения работы использовались следующие методы исследования: теоретические (анализ, обобщение и систематизация данных литературных источников по философии, психологии, дидактике, методике преподавания химии по проблеме исследования; изучение нормативных документов и учебной литературы по изучаемой дисциплине); эмпирические (педагогический эксперимент, наблюдения за учебным процессом, анкетирование, письменный опрос); статистические (математическая обработка результатов педагогического эксперимента, графическое представление результатов педагогического эксперимента).
Этапы исследования.
Первый этап (2000-2004 гг.), поисково-теоретический, включал изучение, анализ литературы по проблеме исследования, определение понятийного аппарата, сбор эмпирических данных по теме исследования, осмысление изучаемой проблемы и выявление существующих противоречий, выдвижение гипотез и постановку задач.
Второй этап (2003-2006 гг.), опытно-экспериментальный, включал обоснование требований к методической обработке содержания; методическую обработку содержания, написание текстов учебника, программы и тематического планирования, проверку доступности текстов для учащихся, издание учебника, программы и тематического планирования.
3 этап (2005-2008гг.), аналитико-обобщающий, включал: исследование возможностей использования метода теоретического моделирования в условиях методически обработанного содержания в достижении уровня требований образовательного стандарта и повышении осознанности знаний; обработку результатов исследования, написание диссертации и автореферата.
Базой исследования явились:
на втором этапе исследования: ГОУ СОШ № 29 Якутск, ГОУ лицей № 1 Брянск, ГОУ СОШ № 315 Москва, ГОУ гимназия № 1521 Москва. Количество участников эксперимента на данном этапе составило около 800 человек;
на третьем этапе исследования: ГОУ СОШ № 315 Москва, ГОУ гимназия № 1521 Москва. Количество участников эксперимента на данном этапе составило 194 человека.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Требования к содержанию курса химии основной школы, для изучения сущности которого может быть использован метод теоретического моделирования:
в структуре содержания курса химии должны быть отражены теоретические уровни, соответствующие логике развития науки;
при изложении модельного содержания необходимо максимально обращать внимание на каждый этап моделирования;
при изложении содержания должно преобладать сочетание опытно-экспериментального и историко-логического подходов;
появлению теоретической модели должно предшествовать ознакомление с фактами, лежащими в её основе; в процессе использования теоретической модели должны накапливаться «негативные факты», требующие перехода к другой теоретической модели;
помимо основного содержания курса химии, необходимо дополнительное содержание, раскрывающие гносеологические и психологические особенности данного метода
2. Лабораторный и демонстрационный школьный химический эксперимент при моделировании выполняет роль эмпирического базиса и критерия истинности знаний. В тех случаях, когда осуществить эксперимент невозможно из-за технических сложностей или временных ограничений, его суть и основные выводы излагаются в тексте учебника.
3. Для формирования целостной картины о сущности метода теоретического моделирования необходимо дополнительное содержание, в котором разъясняются гносеологические и психологические особенности данного научного метода познания.
4. Преподавание химии в основной школе с использованием метода теоретического моделирования в условиях отобранного и структурированного содержания позволяет достигать уровня требований образовательного стандарта и способствует повышению осознанности знаний.
Научная новизна.
Определены требования к методической обработке содержания курса химии основной школы, для изучения сущности которого может быть использован метод теоретического моделирования.
На основании этих требований методически обработано содержание, для изучения сущности которого может быть использован метод теоретического моделирования.
Показано влияние метода теоретического моделирования, применяемого в условиях отобранного и структурированного содержания, на повышение осознанности знаний.
Теоретическая значимость:
- выявлены общие механизмы процесса моделирования и процесса повышения осознанности знаний;
- показано, что обучение с применением метода моделирования позволяет устанавливать связи между элементами содержания в условиях неопределённости, что можно считать проявлением осознанности знаний;
- выявлено, что использование метода моделирования при обучении влияет на формирование положительной мотивации обучения химии.
Практическая значимость: разработаны и опубликованы программа, тематическое планирование и учебники химии 8 и 9 классов, содержание которых отобрано и построено с учётом требований, позволяющих использовать метод теоретического моделирования для повышения осознанности знаний.
Достоверность и обоснованность полученных результатов исследования обеспечены использованием совокупности теоретических и эмпирических методов исследования, соответствующих целям и задачам решаемой проблемы, широким охватом учащихся – участников эксперимента, проведением исследования в контролируемых условиях.
Апробация результатов исследования проводилась непрерывно по мере их получения. Направления исследования и отдельные его результаты обсуждались на конференции молодых учёных ИОСО РАО (1999 и 2000 годы), на заседаниях лаборатории обучения химии ИОСО РАО (2002 г), на Всероссийском семинаре по проблемам методики обучения химии (рук. проф. Г.М.Чернобельская; 2002 и 2008 гг), на конференции, организуемой кафедрой методики обучения химии РГПУ им. Герцена (2002г и 2005 г), на конкурсе «Лучший учитель Российской Федерации - 2006», на конкурсе «Грант Москвы-2007», на заседаниях кафедры методики преподавания химии МИОО(2003-2008г). Внедрение результатов исследования проводилось путём публикаций [1-10]. Результаты исследования внедрены в практику обучения трёхсот двух школ г. Москвы.
Гносеологическая сущность метода моделирования
Рассмотрение гносеологической сущности метода моделирования нам было необходимо для определения содержания понятий « теоретическая модель», « теоретическое моделирование», выявления специфических особенностей моделирования, отличающих его от других методов познания, определени я его этапов. Как отмечает Б.А. Глинский, гносеологический анализ какого-либо метода научного исследования должен включать в себя рассмотрение природы, структуры метода, его функциональных возможностей [35].
В настоящее время можно найти множество различных определений понятий «модель», «моделирование» [3, 28, 35, 111, 114, 167, 174 и др.]. Наиболее полный анализ понятия модели дан в работе А.И. Уемова [167]. Им проанализировано 37 определений данного понятия. Автор отмечает, что из рассмотренных формулировок можно сделать следующие выводы: «...определяя понятие модели, ученые идут по пути присоединения к ранее выработанному понятию модели «...как объекта любой природы, который способен замещать исследуемый объект так, что его изучение дает новую информацию об этом объекте» признаков, отражающих факты создания(выбора) и использования модели» [167, С. 34]. На основе проведенного анализа А.И. Уемов делает вывод о том, что модель — это система «...исследование которой служит средством для получения информации о другой системе»
В современной философии общепринятым является определение, которое дает В.А. Штофф [184, С.19]: «Под моделью понимается такая мысленно представляемая или материально реализуемая система, которая, отображая или воспроизводя объект исследования, способна замещать его так, что ее изучение дает нам новую информацию об этом объекте». По нашему мнению, определение, данное В.А. Штоффом, наиболее полно отражает сущность модели.
Применительно к учебному процессу основные признаки понятия модель конкретезировал В.В. Давыдов[40, С. 140]. Несмотря на то, что в понимании модели существует широкий «разброс» - от моделирующей установки до теории познания вообще, во всех случаях употребления понятия «модель» можно выделить следующие общие моменты: 1) модель представляет собой средство научного познания; 2) модель всегда выступает как такой представитель оригинала, заместитель прототипа, который в каком-либо отношении более удобен для изучения, и можно перенести полученные при этом знания1 на исходный объект; 3) как модели, так и прототипы являются системой, характеризующейся существенными.структурными свойствами и определенными отношениями; 4) модели охватывают только те свойства прототипа, которые существенны в данной ситуации и которые являются объектом исследования; 5) модели однозначно соответствуют оригиналу.
Понятие моделирование широко рассматривается в работах авторов [109, ПО, 113, 174,184, 185]. Обобщенная природа моделирования исследована в работе И.Б. Новика [114]. Автор считает, что обобщенный подход к моделированию, охватывающий его многообразные современные формы, вполне возможен. Для этого необходимо предусмотреть в обобщенном определении моделирования такие всеобщие черты, которые были бы справедливы для всех многообразных форм данного метода. И.Б. Новик выделяет следующие всеобщие черты моделирования:
1) при методологическом- рассмотрении моделирования выявляется исключительное многообразие его форм и видов;
2) метод моделирования находит применение во всех трех важнейших сферах деятельности: технике, эксперименте и теоретическом познании;
3) во всех сферах деятельности моделирование выступает в качестве некоторого вида опосредования, когда практическое или теоретическое освоение объекта осуществляется через посредство особого промежуточного звена - модели;
4) основным онтологическим условием моделирования является наличие некоторой структурной общности в определенном отношении между моделью и» моделируемым объектом (объективная сторона обоснования-моделирования);
5) мера и форма данной общности задаются той практической потребностью, ради удовлетворения которой осуществляется операция моделирования (практически-субъективная сторона моделирования);
6) в моделировании как сложном и в то же время целостном методе опосредованного научного исследования обнаруживается единство диалектически противоречивых моментов;
7) основным гносеологическим условием моделирования является единство «объектной» и «образной» сторон модели. (Под «объектностью» модели понимается ее способность выступать в качестве относительно самостоятельного предмета исследования, под «образностью» модели - ее способность выступать в качестве некоторого образа познаваемого объекта);
8) универсальной чертой моделей выступает понятие наглядности, связанное с трактовкой модели в качестве объекта изучения, относительно самостоятельного как по отношению к оригиналу моделирования, так и по отношению к моделирующему объекту
На основании вышеперечисленных всеобщих черт моделирования И.Б. Новик предлагает обобщенное определение моделирования: «Под моделиро ванием мы понимаем метод опосредованного практического или теоретического оперирования объектом, при котором исследуется не сам интересующий нас объект, а используется вспомогательная искусственная или естественная система («квазиобъект»), находящийся в определенном объективном соответствии с познаваемым объектом, способная замещать его на опреде ; ленных этапах познания и дающая при ее исследовании, в конечном счете, f информацию о самом моделируемом объекте» [там же, 42]. Однако, данное і определение не совсем полно отражает сущность процесса, так как не учитывает наиболее важный этап — построение самой модели. В работе Штоффа В.А [184 ] встречается пояснение к понятию модель, которое позволяет отметить необходимость выделения этого этапа в понимании сущности моделирования. Модели не простые заместители объектов. Модели 1 и связанные с ними представления являются продуктами сложной познавательной деятельности, включающей прежде всего мыслительную переработку исходного чувственного материала, его «очищение» от случайного и т.д. Модели выступают как продукты и как средство осуществления этой \ деятельности. Этот недостаток отсутствует в определении И.Т. Фролова [174.С.20.] : «Моделирование означает материальное или мысленное имитирование реально существующей системы путем специального конструирования аналогов (моделей), в которых воспроизводятся принципы организации и функционирования этой системы». В этом определении главная мысль заключается в том, что модель - средство познания, а главный признак этого средства - отображение объекта исследования при помощи модели. Однако, данное определение не учитывает механизм обратной связи модель -объект исследования.
Методические подходы к изучению модельного содержания при обучении неорганической химии в истории методики обучения
В истории российской методики преподавания химии можно выделить несколько этапов, на каждом из которых формируются подходы к отбору и изложению химического содержания, предназначенного для изучения основ науки учащимися.
Первый этап относится к периоду с XVIII -XIX в.в. и связан с именами М.В. Ломоносова и Д.И. Менделеева. Взгляды М.В. Ломоносова на порядок изложения содержания и способы его изложения можно увидеть в работах [82,83]. Этап развития химической науки времён М.В. Ломоносова характеризуется утверждением атомно-молекулярной теории. В данной работе мы видим, какое большое внимание уделяет автор, экспериментальному базису, лежащему в основе становления теории. Его отношение к изучающему химию выражено словами «Химик требуется не такой, который только из одного чтения книг понял сию науку, но который собственным искусством в ней прилежно упражнялся, и не такой, напротив того, который великое множество опытов делал, однако ... презирал случившиеся в трудах своих явления и перемены, служащие к истолкованию естественных тайн».[82, С. 354]. В этом высказывании М.В. Ломоносов подчёркивает важность формирования обширного эмпирического базиса. Особо обращает внимание на ценность тех результатов эксперимента, которые не согласуются с предшествующими результатами, так как объяснение именно этих результатов приводит к движению науки вперёд. М.В. Ломоносов со всей остротой поставил вопрос о критерии истинности знаний. И в научных исследованиях и в преподавании он призывал ничего не принимать на веру. Только эксперимент, только практика позволяют доказать истинность.
Одним из первых учебников, появившихся в России в 70-х годах XIX века был учебник Д.И.Менделеева «Основы химии» [98, 99], предназначенный, по словам автора, «для начинающих и для выражения цельного личного мировоззрения на химические элементы» [98,стр.13]. Интересно отметить, что Д.И.Менделеев в предисловии к учебнику указал, что «главным предметом сочинения служат философские начала нашей науки». Он показал важную роль использования знаний из истории химической науки для понимания сущности современных ему теоретических выводов. «Мне желательно было показать, что науки давно уже умеют, как, висячие мосты, строить, опираясь на совокупность хорошо укреплённых тонких нитей, каждую из которых легко разорвать, общую же связь очень трудно, и этим способом стало возможным перебрасывать пути через пропасти, казавшиеся непроходимыми». [98, стр. 7]. Менделеевские принципы создания курса общей химии заключаются в следующем: 1) преподносить учащимся научные данные, не как нечто готовое и само собой разумеющиеся, а как результат исследовательской деятельности; 2) уплотнение информации на основе принципа системности ; 3) изучение основ науки, как формы человеческой деятельности; 4) оптимизация интенсивности обучения.
Изучение взглядов учёных химиков М.В. Ломоносова и Д.И. Менделеева позволяют выделить два подхода к изложению изучаемого содержания - это историко-логический и опытно-экспериментальный, сочетание которых приводит к правильному пониманию сущности содержания, его творческой переработке и в, конечном итоге, к формированию, как определяет Менделеев «духа пытливости» (с наших позиций осознанного приобретения знаний, критического отношения к информации). Сам курс химии, по мнению Д.И. Менделеева, при построении должен учитывать этапы в формировании понятий, законов и теорий: от фактов к теории и от теории к объяснению новых фактов. Таким образом, в структуре курса основы химии можно уже увидеть выделение уровней изложения материала: описательный— эмпирический— -уровень классической атомистики— уровень Периодического закона.
Следующий этап относится к первой половине XX века. Открытия в науке сложного строения атома и полученные результаты исследований о строении вещества, привели к новому осмыслению содержания предмета химии и его порядка изучения. В учебном плане школ России химия как обязательный предмет появилась только после Октябрьской революции. Первые программы по химии были созданы П.П.Лебедевым и изданы в 1925 году. [181] Учебный материал для этих программ отбирался, в первую очередь, исходя из практической значимости химии. Для семилетней школы автор руководствовался принципом «как можно меньше материала давать в догматической форме».
Автор не торопится давать в школьном курсе представления о сложном строении атома, оставляя их на самый конец обучения. Преподавание, согласно П.П. Лебедеву, должно идти «от практики к теории». Сначала учащиеся должны выполнить практические работы исследовательским методом, а лишь затем изучать теоретические комментарии к ним. В структуре содержания Лебедева можно увидеть наметившееся выделение нескольких теоретических уровней изложения содержания: описательный— эмпирический— уровень классической атомистики— уровень Периодического закона. Материал об атомно-молекулярном учении вводится следующим образом: учащиеся1 знакомятся с атомными массами, которые выводятся из эквивалентов; изучают газовые законы (Авогадро и Рей-Люссака), которые позволяют определять относительные молекулярные массы газов, и на. их основании объясняются положения атомно-молекулярной теории. Далее рассматриваются органические вещества;- и лишь в конце 9 класса подводятся итоги изучении где дается исторический очерк основных законов, вводится периодический закощ даются; представления; о периодической системе элементов Менделеева! В завершении курса предполагается изучение явления радиоактивности и распада атома,, спектрального анализа, химического состава небесных светил, единство строения и состава вселенной. То есть в самом конце структуры» курса уже наметился, но ещё не вошёл в практику следующий теоретический уровень — уровень теории строения атома. Заметим, что выделенные Д.И: Менделеевым опытно-экспериментальный и историко-логический подходы полностью реализованы в рабочих тетрадях П.П. Лебедева.
Развитие представлений о сложном- строении атома требовало изменений и в содержании предмета. Изначально, эти изменения, были внесены для высшей школы и связаны с именем академика Л.В. Писаржевского. «Мы должны знакомить учащихся с наукой в движении. Указывать, какие возникшие в старой атомной химии противоречия привели к превращению её в химию электронно-ионную, и указать, что и здесь уже возникают противоречия; толкая химию в современном её состоянии к дальнейшему развитию» [126, стр.7.]. Из цитаты следует, что, несмотря на изменения в науке представлений об! атоме, как о неделимой частице, с атомистическими представлениями необходимо знакомить обязательно. Далее, по мере накопления фактологического материала, должны вскрываться явления, не поддающиеся объяснению с точки зрения атомистики, и требующие поиска новых способов их объяснения. На смену атомистическим взглядам приходит электронно-ионная теория, которая требует развития химической символики и химического языка. Таким образом, Л.В. Писаржевский подчёркивает важность изложения модельного содержания предмета в развитии. При введении, новых теорий требуется проверка их практикой. И вместе с тем надо показывать, что и новые теории не лишены противоречий, значение которых весьма велико для развития науки. Во взглядах учёного мы видим чёткое обоснование структуры курса, позволяющего использовать метод моделирования: структура курса должна быть многоуровневой.
Дополнительные тексты учебника для объяснения особенностей метода моделирования
В параграфе 1-2 была обоснована необходимость введения дополнительного содержания, изучение которого в процессе моделирования создаёт условия для повышения осознанности знаний. Дополнительное содержание связано с объяснением некоторых гносеологических понятий и закономерностей возникновения и становления . теоретических моделей. Наиболее важные элементы гносеологии, которые должны пройти через учебный предмет были отмечены в статье Разумовского В.Г. «Обучение и научное познание» [139, С.9]:
- содержание и взаимосвязь понятий гносеологии (научно установленный факт, понятие, закон, гипотеза, модель, теоретический вывод, эксперимент, границы применения теории);
- соотношение между знанием и истиной, модельный характер познания и ограниченность знаний, роль ценностных суждений;
- соотношение между познаваемым объектом, имеющейся информацией о нём и собственным опытом;
-сходство и различие познания в естественных и гуманитарных науках.
Для того, чтобы акцентировать внимание учащихся на особенностях появления и развития модельных представлений в науке, к основному содержанию некоторых параграфов введены дополнительные тексты. Содержание дополнительных текстов раскрывает сущность движения человеческой мысли от незнания к знанию через осмысление и переосмысление собственных представлений. Дополнительные тексты располагаются в тех частях параграфов, где теоретические химические понятия вводятся впервые с использованием метода моделирования. Именно посредством дополнительных текстов можно проиллюстрировать некоторые закономерности процесса познания при моделировании. Мы выделили дополнительные тексты двух типов (рис. 6.):
Рассмотрим значение каждого типа дополнительных текстов на конкретных примерах.
Психологический аспект процесса моделирования для учащихся раскрывается как преодоление мыслительных барьеров. Преодоление трудностей, связанных с разрушением существующих стереотипов, и переход на качественно новый уровень познания, происходит посредством включения рефлексивных механизмов. С нашей точки зрения, наиболее актуально в текстах по психологии познания обратить внимание именно на особенности человеческого мышления воспринимать информацию, анализировать её, критично относится к ней.
Первый дополнительный текст появляется в 2 учебника 8 класса, который называется «Возникновение и развитие теоретических представлений о веществе и химической реакции» [120 С.20]. Данный параграф рассматривает в культурно-историческом аспекте процесс появления и становления атомно-молекулярного учения в науке. В тексте самого параграфа рассматриваются два зародившихся в древнегреческой философии представления о строении вещества: модель Аристотеля о взаимодействии стихий и атомистика Демокрита. Рассмотрены рассуждения двух философов, приводимые в пользу каждой модели. Акцент в параграфе делается на том, что модель Аристотеля просуществовала многие века, так как на её основе можно было объяснять те или иные явления, происходящие с веществами. Атомизм Демокрита не был востребован фактически до XVII века, пока учёные-химики не стали применять количественные измерения и строить представления на их основе. Содержание текста таково: «Из курса физики вы знаете, что многие вещества состоят из молекул, которые в свою очередь состоят из атомов. Но задумывались ли вы о том, на основании чего были сделаны такие выводы? Какие факты послужили основой для предложения атомно-молекулярной модели внутреннего строения веществ? Ответить на этот вопрос довольно сложно. Создается парадоксальная ситуация: вы уверено утверждаете, что вещества состоят из молекул и атомов, но не можете объяснить, на чем основана эта уверенность. Такие ситуации возникают часто. Их появление объясняется особенностями человеческого мышления. Например, компьютер одинаково хорошо загружает в оперативную память программу, которая используется часто, и программу, используемую в первый раз. Человеческая память устроена по-другому. Если о чем-то говорят много, то человек к этому привыкает и уже с трудом может воспринять эту информацию критически. Возникает, так называемый стереотип мышления. Такие стереотипы есть у каждого человека. Вы и сами сможете привести примеры стереотипов. Основной признак стереотипа мышления — уверенность в истинности каких-либо утверждений только на основании того, что это утверждение повторяется часто и многими. Умение выявлять стереотипы мышления характерно для творческих людей». Данный дополнительный текст призван нацелить учащихся на необходимость понимания истоков современных знаний, критичного отношения к получаемой информации и предостерегает от возведения имеющихся знаний в абсолют.
Дополнительный текст к 3 «Чистые вещества и смеси» акцентирует внимание учащихся на том, что теоретические модели, господствующие на определённом этапе развития науки, могут быть переосмыслены. Переосмысление может произойти, например, тогда, когда удаётся по-новому интерпретировать уже известные факты [120 С.25] «Так, долго используемые в науке представления Аристотеля о взаимодействии стихий невозможно было опровергнуть только потому, что ученые длительное время не видели различия между индивидуальными веществами и смесями. В опытах использовалась смесь веществ, а выводы делались о том, что из одного вещества можно получить какое-либо другое вещество. Признаки, по которым можно судить об индивидуальности веществ, выработались на протяжении многих веков».
Дополнительные тексты к 24 8 класса «Неметаллы. История открытия кислорода» [120 С. 109] и к 2 9 класса «Попытки систематизации химических элементов»[121СЛ6] объясняют возможные причины существования стереотипов мышления, показывают трудности их преодоления. «Прежде чем приступить к описанию открытия кислорода, рассмотрилі очередной парадокс из истории химии. Удивительно, но до конца XVIII века ученые практически не занимались исследованием газообразных веществ, хотя в результате ряда реакций, известных еще в ранний период алхимии, наблюдали выделение кислорода, сероводорода и других газов. Но исследователи, несмотря на существенные различия в свойствах этих газов, их не изучали. Причина этому - стереотип мышления. Любой газ представлялся воздухом. Если газ имел неприятный запах, то его считали испорченным воздухом. И у исследователей долгое время не возникала мысль переосмыслить исходную установку о том, что выделяющиеся в результате реакций газы не являются воздухом.
В истории химии нередки случаи, когда одно и то же открытие делают разные ученые независимо друг от друга. Это связано с тем, что на определенных этапах развития науки появляются необходимые условия для того или иного открытия. Так, кислород открыли несколько человек. К.Дреббел открыл и использовал кислород для дыхания в подводном судне. Но он опередил свое время. Ученые тогда еще не интересовались газами, поэтому это открытие даже не заметили. В XVIII веке у исследователей появился интерес к газам. К тому времени химические реакции, в результате которых выделяется кислород, давно уже были известны. И почти одновременно и независимо друг от друга это вещество открыли два ученых Шееле и Пристли». Тот факт, что одно открытие делается практически одновременно несколькими учёными независимо друг от друга, для объяснения сущности психологии познания имеет важное значение. Процесс переосмысления существующего стереотипа несколькими людьми одновременно говорит о существовании необходимых условий на определённом этапе развития науки для этого переосмысления. То есть рефлексивные процессы требуют наличия определённой базы для проявления. И, когда такая база существует, на смену спокойному этапу в процессе познания приходит революционный (глава 1 1.)
Исследование эффективности использования метода теоретического моделирования
Для исследования влияния метода теоретического моделирования на повышение осознанности знаний был организован педагогический эксперимент. Эксперимент проводился в ГОУ Гимназии № 1521 г. Москвы и ГОУ СОШ №315 г. Москвы (число участников - 194, время проведения 2004-2008 годы) В процессе осуществления эксперимента решались следующие задачи:
1) выяснить, в какой мере обучение со специально организованным процессом моделирования позволяет достигать уровня требований, предусмотренных образовательным стандартом.
2) исследовать динамику изменения осознанности знаний при работе с содержанием, позволяющим использовать метод теоретического моделирования в основной школе.
Для решения первой из поставленных в ходе эксперимента задач: выяснить, в какой мере обучение со специально организованным процессом моделирования позволяет достигать уровня знаний, предусмотренных образовательными стандартами, - было решено использовать задания московского городского апрельского мониторинга, проводимого в 9-х классах в школах - участниках мониторинга г. Москвы в 2006-2007 году. Задания мониторинга выявляют уровень достижения отдельных элементов содержания, предусмотренных действующими образовательными стандартами. Интересно было сравнить процент выполнения заданий мониторинга учащимися, участвующими в эксперименте, с процентом выполнения заданий в г. Москве. Если процент выполнения заданий окажется на уровне или выше уровня данных по Москве, то можно будет сделать вывод, о целесообразности использования метода моделирования в учебном процессе, так как его применение будет работать на овладение обязательными элементами содержания. Анализ результатов мониторинга приведён в таблице 7.
Анализ результатов мониторинга показал, что обязательные для изучения элементы содержания, участниками эксперимента усвоены примерно на том же уровне, что и в большинстве образовательных учреждений г. Москвы. Стоит отметить, что средний показатель уровня обученности у участников эксперимента на 5% выше. Эти данные дают основания полагать, что обучение в условиях использования метода моделирования способствуют достижению уровня образовательного стандарта.
Для решения второй из поставленных задач было решено по мере изучения предмета проводить срезы знаний, включая в них вопросы по выявлению уровня осознанности изучаемых представлений. Как было отмечено в параграфе 1-2, осознанность как показатель качества знаний обладает рядом характеристик (понимание характера связей между знаниями; различие существенных и несущественных связей; понимание механизма становления и проявления этих связей; понимание оснований усвоенных знаний; их доказательность понимание способов получения знаний; усвоенность областей и способов применения знаний; понимание доступных принципов, лежащих в основе этих способов применения). Поэтому задания для учащихся по выявлению уровня осознанности составлялись таким образом, чтобы каждое из них выявляло уровень достижения каждой характеристики. Задания на выявления характеристик осознанных знаний имеют свои особенности. Эти особенности были определены в работах [17, 61, 117, 148, 165]. В вопросах должна присутствовать доля неопределенности, которая позволяет активизировать имеющиеся на момент изучения предмета знания в разной степени. Степень использования знаний и логика построения рассуждений, с нашей точки зрения, и будут отражать уровень достижения характеристик осознанности. К тому же задания, содержащие неопределённость условия предполагают вариантность ответов (может быть несколько правильных ответов). Способность рассмотреть ситуацию задания с разных точек зрения, тоже может характеризовать уровень осознанности знаний. Для выполнения заданий на осознанность учащийся не должен владеть большим количеством теоретического материала на высоком уровне, а должен уметь применять полученные им знания, которые оговорены в образовательном стандарте. Главное умение, которое важно выявить в заданиях на осознанность, - это умение устанавливать связи между изученными элементами содержания.
Например, в 8 классе задание! на выявление сформированности умения выявлять существенные и несущественные связи было составлено следующим образом: Распределите перечисленные формулы веществ на 2 группы. Укажите признак вашей классификации веществ. В каждой группе расположите вещества в определённой последовательности. Докаэюите целесообразность выбранной последовательности. С12Оъ NH3, H2Si03, S03, HNO3, НСЮ4t NO, N02, Si02, H2S04i N2, P205, HNOz Н3Р04. Данное задание предлагалось выполнить учащимся в конце курса 8 класса, то есть после изучения темы «Классы неорганических веществ». Очевидно, что ответить на поставленные вопросы можно по-разному, в зависимости от того, что будет положено в основу классификации. В ответах учащихся встречались следующие варианты:
1) простые и сложные вещества
2) кислордсодержащие и бескислородные
3) кислоты и все остальные
4) состоящие из 1 -2 элементов и состоящие из трёх элементов
5) оксиды и гидроксиды (азот и аммиак были не охвачены)
6) соединения азота и все остальные вещества
Продвинуться дальше, то есть расположить вещества в каждой группе в определённой последовательности удалось только тем, кто пошёл по пути 1 ),2) и 6)
1) простое вещество одно, сложные были распределены по классам неорганических веществ, аммиак был не охвачен. Как видим в подобных ответах, произошла подмена организации последовательности на дальнейшую классификацию веществ 2) бескислородные вещества были выстроены по числу атомов водорода, кислородсодержащие по увеличению числа атомов кислорода. 6) вещества в каждой группе были распределены, с точки зрения учащихся, по увеличению валентности азота (для группы соединений азота), для остальных веществ по увеличению валентности центрального элемента, причём оксид и соответствующий гидроксид элемента записывались рядом. Обосновать целесообразность выбранной последовательности смогли только те, кто пошли по пути 6). Эту целесообразность они объяснили тем, что валентность — это самое важное свойство элемента.
Каждый из ответов учащихся отражает способность использовать имеющиеся на данном этапе химические знания с разной степенью осознанности. Максимально задействованы все элементы знаний базового курса химии 8 класса и применены к решению настандартной задачи у учащихся, выбравших направление 6), наименее у выбравших направлении 3) и 4). Стоит отметить, что движение мысли учащихся в каждом из выделенных направлений останавливалось на разных стадиях.
