Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. Химический эксперимент с цифровыми лабораториями как метод организации обучения в средней школе 11
1. Химический эксперимент в современной школе 12
2. Роль количественного эксперимента 16
3. Дидактический потенциал цифровых лабораторий 24
4. Использование химического эксперимента в проблемном обучении 32
5. Возможность создания проблемных ситуаций с использованием количественного эксперимента 41
ГЛАВА II. Научно-теоретическое обоснование концептуальных положений применения цифровых лабораторий с целью повышения качества знаний 46
6. Проблемы применения ЦЛ на уроках химии 46
7. Психолого-педагогические основы организации познавательной деятельности 53
8. Методические условия использования ЦЛ на уроках химии 65
ГЛАВА III. Методика организации познавательной деятельности школьников с использованием цифровых лабораторий 81
9. Методика применения цифровых лабораторий 81
10. Педагогический эксперимент по проверке эффективности методики 101
Заключение 137
Список литературы 139
Приложения 161
- Использование химического эксперимента в проблемном обучении
- Возможность создания проблемных ситуаций с использованием количественного эксперимента
- Психолого-педагогические основы организации познавательной деятельности
- Педагогический эксперимент по проверке эффективности методики
Введение к работе
Актуальность исследования
В настоящее время учитель химии имеет возможность использовать в своей практике цифровые лаборатории (ЦЛ), позволяющие организовать химический эксперимент на новом уровне, перейти от исключительно качественной оценки наблюдаемых явлений к анализу их количественных характеристик, по-новому изучать явления и свойства веществ. Интерпретация результатов количественных экспериментов играет важную роль в развитии критического анализа информации, позволяет научить школьников сравнивать и обобщать, выявлять главное и устанавливать закономерности, самостоятельно формулировать проблему, выдвигать и экспериментально проверять гипотезу, формулировать выводы; позволяет обучать методам познания. Такой подход определяется целевыми требованиями федерального государственного образовательного стандарта нового поколения.
Эффективным инструментом в реализации данного подхода представляется организация учебного исследования с использованием проблемного подхода в обучении (А.М. Матюшкин, Т.В. Кудрявцев, В.П. Гаркунов). Количественный эксперимент в этом случае служит исходным моментом, побуждающим школьников к самостоятельной поисковой деятельности, в ходе которой они приобретают новые знания и умения. Вместе с тем, идеология школьного химического образования такова, что нельзя сразу и непосредственно перейти к внедрению новых экспериментальных методов исследования, здесь существуют два барьера: психологический и методический. Для преодоления психологического барьера необходимо снизить уровень сложности восприятия новых методов исследования в науке, а для преодоления методического — найти доступное для школьников объяснение сущности и возможностей этих методов исследования (А.И. Маркушевич).
Важно учитывать и организационные трудности, ограничивающие внедрение новых средств обучения, в данном случае ЦЛ. Часто учителя не могут оценить дидактические возможности данных средств обучения, не владеют методикой их использования. Практически ни в одной из действующих школьных программ по химии количественному эксперименту не уделяется должного внимания. На практике лишь отдельные учителя химии используют ЦЛ, причем акцент, как правило, переносится на внеурочную деятельность школьников, в частности, на организацию проектных работ, полевых исследований, элективных курсов и кружков.
Таким образом, существует противоречие между значительным, и в то же время практически невостребованным, дидактическим потенциалом ЦЛ и необходимостью повышения познавательной активности школьников, осознанности их знаний по химии.
Проблема исследования: необходимость повышения познавательной активности школьников, их учебной самостоятельности, осознанности знаний по химии.
Объект исследования: процесс обучения химии в общеобразовательной школе.
Предмет исследования: познавательная деятельность учащихся при изучении химии с использованием цифровых лабораторий.
Цель исследования: повышение познавательной активности и качества знаний учащихся.
Гипотеза: повышения качества знаний на уроке в условиях учебного химического эксперимента с использованием ЦЛ можно добиться, если:
учащиеся понимают возможности ЦЛ для исследования веществ и явлений;
ЦЛ используется для создания проблемной ситуации и ее разрешения в условиях сотрудничества учащихся;
использование ЦЛ завершается этапом рефлексии, в ходе которой учащиеся осознают, какое знание они приобрели и каким образом это новое знание было получено.
Для реализации цели и проверки выдвинутой гипотезы были поставлены следующие задачи исследования:
-
-
-
определить возможности создания проблемных ситуаций с использованием количественного эксперимента и разработать новый подход к их разрешению;
-
на основе анализа научно-методической литературы, опыта учителей выявить, проанализировать проблемы и определить условия эффективного применения ЦЛ на уроках химии для организации самостоятельной работы школьников в форме исследовательского эксперимента.
-
Разработать методику эффективного применения ЦЛ на уроках химии в общеобразовательной школе на основе проблемного обучения и проверить ее эффективность.
Методологическую основу исследования составляют:
-
Системно-деятельностный подход к построению учебного процесса (А.Н.Леонтьев, З.А. Решетова, Е.Е.Минченков).
-
Концепция проблемно-развивающего обучения (В.В. Давыдов, Д.Б.Эльконин, И.Я. Лернер и др.).
-
Деятельностная теория психики (Д.В. Эльконин, В.В. Давыдов, П.Я. Гальперин, Н.Ф. Талызина и др.).
-
Теория проблемного обучения (В. Оконь, А.В. Брушлинский, А.М. Матюшкин, Т. В. Кудрявцев, М.И. Махмутов, И.Я. Лернер и др.).
-
Научные труды, посвященные проблеме качества знаний учащихся (И.Я. Лернер, В.В. Краевский, М.Н. Скаткин, М.А. Данилов, и др.).
-
Методика организации учебного химического эксперимента (В.Н. Верховский, С.Г. Шаповаленко, Д.М. Кирюшкин, П.А. Глориозов, К.Я. Парменов, В.С. Полосин, Л.А. Цветков, Э.Г. Злотников).
-
Методика организации развивающего обучения с использованием проблемного химического эксперимента (В.С. Полосин, В.Я. Вивюрский, П.А. Оржековский, Н.А. Титов, В.Н. Давыдов, В.П. Гаркунов, Ю.В. Сурин, П.И. Беспалов и др.).
-
Работы, посвященные развитию системы учебного оборудования, материально-технических условий обеспечения учебного химического эксперимента (А.А. Грабецкий, Л.И. Дрижун, Т.С. Назарова, и др.).
В процессе выполнения работы использовались следующие методы исследования:
1. Теоретические: анализ проблемы на основе изученной философской, педагогической, психолого-педагогической литературы; анализ теоретических исследований и педагогического опыта по методике применения ЦЛ.
2. Эмпирические: педагогический эксперимент; наблюдение за учебным процессом; беседы с учащимися и учителями; опросы, анкетирование с целью выяснения проблем применения ЦЛ на уроках химии; тестирование; методы математической статистики.
Экспериментальная база исследования: Государственное образовательное учреждение средняя общеобразовательная школа № 1287 с углубленным изучением иностранных языков г. Москвы, Государственное образовательное учреждение средняя общеобразовательная школа № 528 г. Москвы. Общий охват учащихся составил 340 человек.
Этапы исследования
Первый этап исследования (2007–2008 гг.) включал анализ психолого-педагогической, методической литературы по теме исследования, изучение опыта применения ЦЛ в России и за рубежом. Проводились беседы с учителями и учащимися, анкетирование с целью выявления проблем, ограничивающих применение ЦЛ в школьной практике. Проводились лабораторные опыты в 811 классах с использованием ЦЛ по методикам, разработанным зарубежными авторами. Выявлялись возможности создания проблемных ситуаций и постановки проблем с использованием количественного эксперимента.
В результате были выявлены проблемы использования ЦЛ на уроках химии, определены возможности создания проблемных ситуаций с использованием количественного эксперимента, сформулирован понятийный аппарат исследования и его методологическая основа.
Второй этап исследования (2008–2009 гг.) — на основании анализа выявленных проблем и оценки возможности создания проблемных ситуаций с помощью количественного эксперимента разработана методика применения ЦЛ на уроках химии, определены основные направления проверки педагогической эффективности разработанной методики.
На третьем этапе исследования (2009–2012 гг.) осуществлены формирующий и контролирующий этапы педагогического эксперимента, проведена обработка полученных результатов, завершена разработка методики применения ЦЛ на уроках химии в общеобразовательной школе.
Научная новизна исследования
-
Предложен новый подход создания проблемных ситуаций с использованием количественного эксперимента, который заключается в получении количественных результатов, в представлении количественных результатов в наглядной форме, в анализе закономерностей и выявлении противоречий, требующих теоретического объяснения.
-
Выявлены методические условия эффективного применения ЦЛ на уроках химии: доминирование дидактической цели, целесообразность применения ЦЛ, проблемность обучения, осознанность выполняемых действий и приобретаемых знаний, кратковременность эксперимента, вариативность применения ЦЛ. Показано, что количественный эксперимент с применением ЦЛ наиболее эффективен, если познавательная деятельность школьников организована как самостоятельное учебное исследование в малых группах сотрудничества и завершается рефлексивно-оценочным этапом.
-
В соответствии с выявленным подходом к созданию проблемных ситуаций и установленными методическими условиями разработана методика применения ЦЛ на уроках химии.
-
Разработаны рекомендации к учебной программе по включению экспериментов с применением ЦЛ в основной и старшей школе.
Теоретическая значимость исследования
Расширены представления о возможностях использования количественных опытов в общеобразовательной школе для создания проблемных ситуаций, которые позволяют сформировать у учащихся осознанный подход к описанию свойств веществ, к пониманию механизмов получения научных фактов, их представления в наглядной форме и построения теоретических моделей, отражающих сущность изучаемых явлений.
Практическая значимость данного исследования состоит в разработке и успешной проверке методики применения ЦЛ на уроках химии, которая включает:
-
девять новых количественных опытов с использованием ЦЛ для 8–11 классов;
-
рекомендации к примерной программе проведения экспериментов с применением ЦЛ в основной и старшей школе на базовом уровне;
-
методические рекомендации для учителей и инструктивные карты для учащихся к лабораторным опытам.
На защиту выносятся следующие положения
1. Использование ЦЛ на уроках химии в общеобразовательной школе, требует от учащихся теоретических объяснений получаемых результатов количественных экспериментов, что активизирует их мыслительную деятельность и приводит к необходимости использования таких умственных операций как сравнение фактов, их анализ, формулировка выводов.
2. Количественный эксперимент позволяет создавать проблемные ситуации, суть которых заключается в столкновении учащихся с явлениями и фактами, результатами измерений, требующими теоретического осмысления, что побуждает их к самостоятельному приобретению новых знаний.
Достоверность и обоснованность результатов исследования обеспечены использованием взаимодополняющих методов педагогического исследования (педагогический эксперимент, тестирование, анкетирование, педагогическое наблюдение, интервьюирование); устойчивой воспроизводимостью результатов эксперимента; применением статистических методов их обработки.
Проверка и внедрение результатов исследования проводились непрерывно по мере их получения. Материалы работы были представлены на конференциях различного уровня:
Всероссийская научно-практическая конференция «Актуальные проблемы химического образования» (Нижний Новгород, 2011).
Всероссийская научно-практическая конференция химиков с международным участием «Актуальные проблемы химического и естественнонаучного образования» (Санкт-Петербург, 2010, 2011).
VII Всероссийская интерактивная (с международным участием) конференция молодых ученых «Современные проблемы теоретической и экспериментальной химии» (Саратов, 2010).
Всероссийская научно-практическая конференция «Инновационные процессы в области химико-педагогического и естественнонаучного образования» (Оренбург, 2009; Челябинск, 2009).
Международная научно-практическая конференция «Методологические и методические проблемы подготовки учителя химии на современном этапе» (Липецк, 2008).
I и II, III Всероссийская конференция «Актуальные проблемы химического образования» (Москва, 2010, 2011, 2012).
Результаты исследования были представлены на конкурсе «Грант Москвы – 2010 г; на Международном конкурсе естественнонаучных проектов «Архимед» (Москва, 2008, 2009, 2010), на Московском педагогическом марафоне (Москва, 2010); на Московском городском круглом столе учителей химии «Обучение методам познания» (2010). Результаты исследования обсуждались на семинарах кафедры методики преподавания химии Московского института открытого образования (2010 – 2012 гг.); на окружных методических семинарах учителей химии Северного, Центрального и Юго-Восточного округов Москвы в 2008, 2009, 2010 и 2011 гг.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, библиографии и приложений. Объем диссертации составляет 160 страниц (без приложений). В диссертации представлены 26 таблиц, 42 рисунка, 24 приложения. Список литературы включает 231 источник.
Использование химического эксперимента в проблемном обучении
Важную роль в активизации познавательной деятельности учащихся при играет проблемное обучение. По определению М.И. Махмутова «проблемное обучение — это тип развивающего обучения, в котором система методов построена с учетом целеполагания и принципа проблемносте» [128].
Принцип проблемности — это категория дидактики, отражающая «закономерности изменения структуры содержания учебного материала и сочетания методов обучения на основе логико-познавательных противоречий процесса обучения и характеризующая способы реализации этих закономерностей в соответствии с целями обучения, развития интеллектуальных способностей учащихся и их воспитания» [127, с. 42].
К требованиям принципа проблемности Е.Л. Мельникова относит следующие: «выявлять и учитывать уровни развития интеллектуальной сферы учащихся; направлять учебно-воспитательный процесс на развитие творческих способностей учащихся, познавательных умений и других составляющих интеллектуальной сферы; создавать проблемные ситуации, решать учебные и другие проблемы с учетом реальных возможностей учащихся; структурировать взаимодействие учителя и учащихся в соответствии с логикой проблемного обучения; систематически осуществлять анализ результативности педагогических воздействий по развитию интеллектуальной сферы» [129].
Идеи проблемного обучения начали широко разрабатываться в отечественной педагогике и педагогической психологии в 60 - 70-х годах (ОконьВ. [146], Брушлинский А.В.[27], Матюшкин A.M. [125], Кудрявцев Т.В. [114 - 116], Лернер И.Я. [120], Махмутов М.И. [127] и др.).
Психологической основой концепции проблемного обучения стала теория мышления, выдвинутая С.Л. Рубинштейном [169], деятельностный подход к обучению (Л.С.Выготский , А.Н. Леонтьев, С.Л. Рубинштейн), концепция развивающего обучения [119], (Д.Б. Эльконин, В.В. Давыдов [56]. Проблемный подход получил развитие в частных методиках (Полосин B.C. [103, 161], Вивюрский В.Я. [31 - 34], Гаркунов В.П. [48,49], Злотников Э.Г. [92-95], Сурин Ю.В. [178 -182], Зайцев О.С.[80], Беспалов П.Щ12 -20], Хрупало А.Е. [199 ] и др.)
Выделяют следующие компоненты проблемного обучения: проблемная ситуация: проблемная задача, проблемный вопрос. «Проблема (греч.) - сложный вопрос, задача, требующие разрешения, исследования» [145, с. 603]. По определению И.Я. Лернера проблема — это та проблемная ситуация, которую учащийся принял к решению, опираясь на имеющиеся у него средства: систему знаний, практический опыт поиска и др. Важной предпосылкой успешного решения проблемы служит её правильная постановка [120, с.18 -23]. Проблемная ситуация — «особый вид мыслительного взаимодействия субъекта и объекта; характеризуется таким психическим состоянием, возникающим у субъекта (учащегося) при выполнении им задания, которое требует найти (открыть или усвоить) новые, ранее неизвестные субъекту знания или способы действия». [120, с.18 -23]. По определению A.M. Матюшкина «психологическая структура проблемной ситуации включает: а) познавательную потребность, которая активизирует интеллектуальную деятельность учащегося; б) неизвестное знание или способ действия; в) интеллектуальные возможности человека, включающие его творческие способности и прошлый опыт» [126, с. 176]. Типологию проблемных ситуаций предложил Т.В.Кудрявцев [114, с. 261 - 268]. По Т.В. Кудрявцеву проблемная ситуация возникает в следующих случаях: а) если для объяснения нового факта учащемуся недостаточно знаний; б) если возникает необходимость использовать в новых практических условиях знания, усвоенные раньше; в) когда имеется противоречие между теоретически возможным путем решения задачи и практической неосуществимостью избранного способа; г) возникает противоречие между результатом выполнения задания, достигнутым практически, а знания, необходимые для теоретического обоснования результата, отсутствуют. На основании обобщения передового опыта М.И. Махмутов указал несколько основных способов создания проблемных ситуаций. [127, с. 172 -176]. 1. «Столкновение учащихся с явлениями и фактами, требующими теоретического объяснения. 2. Использование учебных и жизненных ситуаций, возникающих при выполнении учащимися практических заданий. 3. Постановка учебных проблемных заданий на объяснение явления или поиск путей его практического применения. 4. Побуждение учащихся к анализу фактов и явлений действительности, сталкивающих их с противоречиями между житейскими представлениями и научными понятиями об этих фактах. 5. Выдвижение гипотез, формулировка выводов и их опытная проверка. 6. Побуждение учащихся к сравнению, сопоставлению и противопоставлению фактов, явлений, правил, действий, в результате которых возникает познавательное затруднение. 7. Побуждение учащихся к предварительному обобщению новых фактов. 8. Ознакомление учащихся с фактами, носящими как будто бы необъяснимый характер и приведшими в истории науки к постановке научной проблемы. 9. Организация межпредметных связей». Формой реализации того или иного способа являются такие дидактические приемы как постановка проблемного вопроса, задания, проблемной задачи, демонстрация опыта, применение сочетания слова и наглядности. Проблемная задача — это практическое или теоретические задание, вызывающее познавательную потребность в новом неизвестном знании, которое служит для правильного выполнения действия, приводящего к достижению цели [115].
Проблемный вопрос.- это часть проблемной задачи, он требует ответа, как самостоятельная форма мысли. Проблемный вопрос отличается от информационного тем, что он ориентирован на противоречивую ситуацию и поэтому побуждает учащихся к поиску нового знания [115].
М.И. Махмутов отмечает роль наглядности в сочетании с постановкой проблемных вопросов, заданий и задач для активизации познавательной деятельности школьников. «При проблемном обучении наглядность выступает на только как источник информации, как средство иллюстрации, как основа чувственного восприятия и опора познания, она становится средством постановки учебных проблем и создания проблемных ситуаций» ,[128, с. 88]. Он подчеркивает, что «практика проблемного обучения требует активного применения необразной, опосредованной, символической, рациональной наглядности в форме схематического изображения системы абстрактных понятий и их взаимосвязи. Необразная наглядность является как бы инструментом системы представлений и облегчает формирование научных понятий». Усиление комплексности чувственного восприятия с помощью технических средств обучения (ТСО), использование обычной (образной) наглядности для постановки учебных проблем и создания проблемных ситуаций и расширение в учебном процессе рациональной наглядности - все это способствует более эффективному усвоению знаний.
М.И. Махмутов подчеркивает огромную роль лабораторно-практических занятий, дающих возможность ученику самостоятельно поставить проблему и найти пути ее решения, составляет важнейший элемент проблемного обучения «при выполнении лабораторно-практических работ возможно «соединение головы и рук», самостоятельное применение изученного закона на практике, убеждение ученика в истинности теоретического вывода» [128, с. 91].
Возможность создания проблемных ситуаций с использованием количественного эксперимента
Учебно-познавательная деятельность — это целенаправленный самостоятельный или управляемый учителем процесс взаимодействия учащегося с окружающей действительностью с целью удовлетворения его познавательных потребностей и интересов, в результате которого происходит овладение им знаниями, формирование умений и навыков, а также развитие личности [11, с. 108]. Как отмечает Л.М. Кузнецова, педагогическая практика доказала, что подача материала в готовом виде является мало продуктивной, что учебный процесс необходимо вести через организацию собственной познавательной деятельности школьника [117]. Для того чтобы оценить, в какой степени учащиеся овладели учебно-познавательной деятельностью необходимо определить уровень организации учебно-познавательной деятельности. Уровни учебно-познавательной деятельности выделяются в зависимости от ситуации выполнения учебно-познавательной деятельности и уровней новизны способа деятельности, с одной стороны, и степени самостоятельности и активности учащегося в деятельности, с другой (Ю.К. Бабанский, И.Я. Лернер и др.). Выделяются уровни: репродуктивный; объяснительно-иллюстративный; проблемный; частично-поисковый; поисковый.
В развитии познавательной самостоятельности Н.А. Половникова отметила уровни: копирующий; воспроизводящее-творческий; конструктивно-творческий [159, с. 208]. В.П. Беспалько [23, с. 58 - 59], основываясь на концепции поэтапного формирования умственных действий, предложил выделить уровни деятельности обучающихся, которые обозначил по степени сложности как уровни усвоения, каждому уровню соответствует некоторый уровень знаний: I уровень — знания-знакомства — узнавание объектов, явлений, процессов, свойств при повторном восприятии ранее усвоенной информации, II уровень — знания-копии — предполагает репродуктивное воспроизведение и применений полученной информации (репродукции); III уровень — знания-умения, навыки — предполагает продуктивные действия по применению полученной информации в процессе самостоятельной работы; IV уровень — знания-трансформации — предполагает возможность творческого применения полученной информации посредством самостоятельного конструирования собственной деятельности. А.В. Усова выделила следующие уровни сформированности познавательных умений у учащихся: I (низший) — учащиеся выполняют лишь отдельные операции (хаотично, неосознанно); II (средний) — выполняются все требуемые операции, но их последовательность недостаточно продумана, действия плохо осознаются; III (высший) — осознанно выполняются в рациональной последовательности все операции и действия [188, с. 208]. М.В. Зуева [97, с. 34; 96, с. 6 - 7] делает вывод, что «развитие учащихся в процессе обучения химии обеспечивается переходом от воспроизводящих действий к действиям по аналогии и в сходных ситуациях, и, наконец, к умениям использовать знания творчески». Она выделяет три основных уровня развития учащихся (репродуктивный несамостоятельный, продуктивный частично-самостоятельный уровень, продуктивный самостоятельный). Автор отмечает соответствие между уровнями умения учеников применять знания и уровнями их развития, дает характеристику уровней [97, с. 66]. На основании таблицы Зуевой М.В [96, с. 6 - 7] были выделены следующие уровни познавательной деятельности и сформулировали их характеристики (табл. 6). Очевидно, что для обеспечения эффективности обучения необходимо создать условия для активизации учебно-познавательной деятельности школьников. Е.С. Полат сформулировала критерии отбора педагогических технологий для активизации познавательной деятельности [158, с. 108]. 1. Организация совместных (групповых) видов познавательной деятельности, которые способствовали бы формированию необходимых и достаточных навыков и умений самостоятельного критического (рефлекторного) мышления. 2. Опора на проблемные ситуации при ознакомлении с новым материалом, организация совместных дискуссий, выдвижение гипотез, поиск дополнительной информации, недостающей для решения возникшей проблемы, обсуждение возможных решений, принятие решений. 3. Опора на применение знаний из различных областей, их интеграцию при решении проблем. 4. Организация самостоятельной исследовательской, поисковой деятельности, стимулирующей самостоятельное критическое мышление. 5. Создание условий для рефлексии, прогнозирования возможных последствий принимаемых решений. В качестве научного психолого-педагогического фундамента при организации познавательной деятельности наиболее целесообразно использовать системно-деятелъностный подход к построению учебного процесса [78], разработанный на основах деятельностной теории психики (Леонтьев А.Н. [119], Выготский Л.С. [39], Давыдов В.В. [56]). Методологической основой деятельности является учение (концепция) о поэтапном формировании умственных действий [47].
В любой деятельности выделяется подготовительный (ОД -ориентировочная деятельность), исполнительный (ИД - исполнительская деятельность) и аналитический этапы (КД - контрольно-оценочная деятельность). В соответствии с логикой организации познавательной деятельности и этапами проблемного обучения (Махмутов М.И.) нами был реализован вариант алгоритма организации познавательной деятельности в форме исследовательского эксперимента с применением ЦЛ (см. табл. 7).
Психолого-педагогические основы организации познавательной деятельности
Принцип научности опирается на закономерную связь между содержанием науки и учебного предмета, способствует внедрению в обучение элементов проблемности, развивающего обучения, требует развивать умения школьников наблюдать явления, фиксировать и анализировать результаты наблюдений, умело вести научный спор, доказывать свою точку зрения [166, с. 137]. По Е.Е. Минченкову обучение соответствует принципу научности, если ребенок способен объяснять химические явления, проводить систематизацию, строить прогнозы [134].
Согласно принципу доступности содержание и методы изложения материала должны соответствовать индивидуальным особенностям учащихся, но обучение при этом должно требовать определенных усилий и вести к развитию личности. Проводя эксперимент с применением ЦЛ, учащийся может проследить динамику изменения изучаемого параметра в виде графика, что позволяет ему лучше понять изучаемый процесс. С другой стороны, датчики ЦЛ не должны быть «черным ящиком» для учащихся. Мы полагаем, что необходимо поэтапно (на доступном уровне) формировать знания учащихся о принципах их работы.
Принцип наглядности, породивший всю систему технических средств обучения, обоснован еще Я.А. Коменским [189]. Использование при обучении школьников ЦЛ позволяет «увидеть изнутри» те процессы, которые невозможно зарегистрировать с помощью традиционных подходов к школьным опытам. Ученик получает возможность увидеть явление своими глазами, потрогать, «попробовать все на зуб» [205].
Принцип сознательности и активности выражает суть деятельностной концепции: человека невозможно научить, если он не захочет научиться сам [147]. Сознательное усвоение знаний предотвращает формализм, повышает их устойчивость, «знания, добытые в результате самостоятельного поиска, всегда удерживаются дольше, чем те, что получены в готовом виде» [205, с. 54-61]
Используя ЦЛ, ученик имеет возможность в реальном времени самостоятельно получить данные, и обработать их, сопоставив с данными, полученными в других экспериментах. Благодаря тому, что компьютер быстро выполняет «рутинные операции», у учащихся остается время, чтобы проанализировать, обсудить изучаемый процесс и при необходимости повторить измерения.
В соответствии с принципом систематичности знания, умения, навыки должны формироваться в систему в определенном порядке, с сохранением связи между явлениями, понятиями, фактами, между теоретическими положениями и проведением практической работы.
Принцип логичности, последовательности изложения. Применение ЦЛ в системе уроков и на конкретном уроке должно быть в логической связи с изучаемым материалом.
Принцип сочетания различных методов, форм и средств обучения особенно актуален при организации обучения с использованием ЦЛ. Необходимо использовать различные методы обучения, средства обучения, формы организации работы на уроке при проведении демонстрационного эксперимента [137; 28], лабораторных опытов и практических работ, а также при организации внеклассной работы (полевых исследований, проектной деятельности, элективных курсов и кружков). Характеризуя психолого-педагогические принципы обучения, особо отметим принцип заинтересованности в обучении. Применение современного средства обучения ЦЛ повышает познавательный интерес, стимулирует мотивацию, способствует положительному отношению к обучению. В исследованиях американских авторов [227, 211] отмечается, что при использовании ЦЛ повышаются мотивация, интерес к предмету, создаются условия для активизации познавательной деятельности, благодаря тому, что возможна непосредственная обратная связь, создаются условия для совместного обучения и совместной работы. Такой подход согласуется с организационно-коммуникативным принципом. Принципы методики обучения или методические условия, которые способствуют эффективному обучению с использованием цифровых лабораторий. Условия, учитывающие своеобразие и особенности конкретного учебного предмета; особенности методов исследования, его закономерностей; возможности реализации современных методов получения и обработки информации. 1. Доминирование дидактической цели. На уроке в целом, и во время проведения эксперимента, в частности, внимание всех субъектов образовательного процесса должно быть обращено в первую очередь на изучаемый химический феномен. ЦЛ — это лишь средство обучения. Определяя дидактические цели и задачи урока, необходимо перенести акценты на формирование ключевых, надпредметных и предметных компетенций школьников. Задачи развития умений обращения с персональным компьютером, датчиковыми системами, входящими в состав ЦЛ, должны быть второстепенными. Обучение компьютерным технологиям регистрации экспериментальных данных должно играть вспомогательную роль. 2. Целесообразность применения ЦЛ. Разнообразные и неиссякаемые возможности ЦЛ может породить увлечение ими, тогда эти современные средства обучения превратятся в самоцель. «Все хорошо в меру» - второе «золотое правило» дидактики. Систематическое использование ЦЛ на уроках химии не может быть самоцелью химического образования, оно эффективно лишь в случае объективной необходимости, когда достижение поставленной педагогической задачи невозможно другими средствами. Необходимость применения ЦЛ на уроке в первую очередь связана с количественной стороной учебного химического эксперимента, динамикой изменения исследуемого параметра.
Педагогический эксперимент по проверке эффективности методики
На всем этом долгом пути от процесса к его фиксации в нашем сознании мы обязаны знать, как функционирует природа, должны быть хотя бы практически знакомы с ее законами, без чего вообще нельзя говорить, что мы что-то наблюдаем» [50].
На наш взгляд, существенное упрощение теоретических представлений об устройстве и принципах работы датчиков снижает ожидаемый педагогический эффект применения ЦЛ, не побуждает школьника к личностному росту. Решение этого затруднения мы видим в поэтапном формировании знаний о сущности работы приборов, когда ученик под руководством учителя постепенно выходит на уровень научного понимания и осмысления сущностных характеристик датчиковых систем.
Кратковременность эксперимента. Одно из важнейших требований к любому учебному химическому эксперименту — небольшая продолжительность. Он, в отличие от научного эксперимента, должен длиться несколько минут, т.к. ограничен рамками урока и играет подчиненную роль по отношению к содержанию урока. При использовании ЦЛ необходимо также учитывать время на монтаж экспериментальной установки, подготовку компьютера и датчиков к регистрации данных, в ряде случаев перед опытом требуется дополнительная калибровка измерительного оборудования.
Вместе с тем, экономить время на обработке и интерпретации данных недопустимо. Стремление учителя выиграть учебное время для решения других задач на уроке за счет сворачивания этапа обработки полученных результатов, его автоматизации, перенесения основной нагрузки на вычислительную машину, существенно снижает эффективность применения ЦЛ. Компьютер должен решать лишь рутинные однообразные задачи. Осмысление и переосмысление цели работы, химической сущности наблюдаемого явления происходит в тот момент, когда ученик самостоятельно работает с данными, полученными в ходе исследования, обдумывает их, интерпретирует.
На этом этапе целесообразно предложить школьникам заполнение таблиц, составлении схем, построение графиков вручную, например, на миллиметровой бумаге или соответствующем поле заранее приготовленной инструктивной карты. Такой вид учебной деятельности особенно важен в начальный период формирования умений работы с ЦЛ. Например, изучая строение пламени с помощью термопары, на одном из первых практических занятий восьмиклассникам не достаточно ограничиться простым созерцанием построенного на экране компьютера графика зависимости температуры от времени. Необходимо зарисовать схему строения пламени и сделать к ней соответствующие подписи с указанием измеренных величин температуры. Постепенно, по мере приобретения исследовательского опыта, школьники сами начнут предлагать и использовать возможности компьютерной обработки экспериментальных данных. 6. Вариативность применения ЦЛ. С одной стороны, применение небольшого числа датчиков (наиболее часто применяются датчики температуры и рН-метр) для решения однообразных исследовательских задач постепенно снижает интерес школьников к экспериментальным работам, предполагающим использование ЦЛ, угасает «эффект новизны». Поэтому учителю необходимо планировать учебные эксперименты, разнообразные по содержанию и формам применения ЦЛ, расширять спектр используемых датчиков, полнее реализовывать межпредметные связи, апробировать различные варианты включения ЦЛ в организацию познавательной деятельности школьников на уроках химии. С другой стороны, применение ЦЛ на основе реализации условия вариативности создает благоприятные условия для развития творческих умений учеников. Так, после того как учитель убедится, что школьники уверенно овладели приемами работы с ЦЛ, приобрели необходимый исследовательский опыт, перед ними можно ставить вариативные экспериментальные задачи, содержащие неопределенность и требующие осознанного выбора. Например, школьникам можно предложить количественно определить тепловой эффект растворения некоторого вещества (CuS04, CuS04 5H20). Работу организовать в группах. В качестве средства для измерения температуры предложить на выбор лабораторный термометр и соответствующий датчик из комплекта ЦЛ. Затем попросить школьников обосновать свой выбор, сравнить полученные результаты. Из вышесказанного вытекают следующие требования, предъявляемые к организации исследования с ЦЛ. 1. Принадлежности должны располагаться на столе в определенном порядке, доступно, чтобы учащийся мог быстро приступить к работе. 2. «Глобальных» исследований, занимающих бесконечно много времени, следует избегать. Учебная задача должна быть конкретна, доступна и понятна ученикам. Для ее выполнения отводится определенный этап урока. 3. Инструкции учителя, как словесные, так и написанные на карточках, должны соответствовать поставленной цели. При их составлении следует обратить внимание на предотвращение распространенных ошибок, которые часто допускают школьники при выполнении того или иного опыта. 4. Подготовка и калибровка датчиков должна проводиться заблаговременно. Умелая организация учащихся на соблюдения порядка во время работы и на уборку рабочего места после выполнения, приучает школьников к аккуратности и разумной быстроте, а учителю позволяет избежать дополнительных затрат времени при подготовке к следующему уроку.
Похожие диссертации на Методика эффективного использования цифровых лабораторий на уроках химии в общеобразовательной школе
-
-
