Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Решение химических задач - эффективный метод обучения химии 17
1. 1 Значение химических задач 17
1. 2 Системный подход к обучению решению задач по химии 23
1. 3 Классификации химических задач 27
1. 4 Приемы решения химических задач 36
1. 5 Формы организации обучения решению химических задач 43
1.6 Некоторые проблемы обучения решению химических задач 57
Глава 2. Обучение решению химических задач при помощи информационных технологий 63
2.1 Информатизация образования - новые возможности для учителей и учащихся 63
2. 2 Применение информационных технологий для обучения решению химических задач 65
2. 3 Обучение решению химических задач и развитие учащихся 71
2. 4 Реализация идей развивающего обучения при помощи ЭИ "Химия для всех- XXI: Решение задач. Самоучитель" 79
2. 5 Тренажер - центральная часть электронного издания 82
2.6 Методика применения электронного издания 86
Глава 3. Результаты применения информационных технологий для обучения решению химических задач 102
3. 1 Применение ЭИ "Химия для всех - XXI: Решение задач. Самоучитель" в учебном процессе 102
3. 2 Пользователи о применении информационных технологий в учебном процессе 105
3. 3 Влияние электронного издания на качество знаний 112
3. 4 Анализ результатов эксперимента 124
3. 5 Влияние информационных технологий на прочность знаний ....130 3. 6 Изменение отношения учащихся к решению химических задач .132
Выводы 138
Литература 140
Приложения 165
Приложение 1 165
Приложение 2 180
Приложение 3 Компакт-диск.
- Значение химических задач
- Информатизация образования - новые возможности для учителей и учащихся
- Применение ЭИ "Химия для всех - XXI: Решение задач. Самоучитель" в учебном процессе
Введение к работе
Актуальность исследования. Естественнонаучное образование всегда играло ведущую роль в процессах обучения, воспитания и развития учащихся [196]. Важным компонентом его является химическое образование, повышение эффективности и качества которого невозможно без приобретения учащимися навыков решения химических задач [241].
Программными и нормативными документами для образовательной системы России стали Федеральный закон "Об образовании" [170], Национальная доктрина образования [105], Федеральная программа развития образования на 2000-2005 годы. [235], "Типовое положение об общеобразовательном учреждении" [223], образовательные стандарты основного общего образования и среднего общего образования [194], концепция химического образования двенадцатилетней школы [118]. В каждом из этих документов обозначены направления развития образования в стране, выделены приоритеты для его этапов. Выполнение поставленных задач невозможно без применения новых методов и средств обучения, среди которых видное место занимают информационные технологии обучения [94, 187, 190]. Их применение расширяет возможности обмена информацией, появляются новые формы обучения, активизируется процесс усвоения знаний учащимися, возникают качественно новые возможности для обучения и самообразования.
Обучению решению химических задач всегда придавалось большое значение. В программах, которыми может руководствоваться учитель, заложен системный подход к обучению решению задач, регулярное выполнение которых позволяет сформировать у учащихся химическое мышление [57, 188, 246]. Однако небольшое количество часов, отводимое для изучения химии, отсутствие внутренней мотивации к обучению решению химических задач у большинства школьников и ряд других причин не дают возможности осуществить этот подход в полной мере. Решение химических задач на уроках, индивидуально-групповых, практических и лабораторных занятиях,
5 осуществляемое в соответствии с программой обучения, часто приводит к перегрузке учащихся, не давая гарантии того, что они приобретут умения и выработают навыки решения хотя бы типовых задач по химии. Не усвоив и не отработав в достаточной степени один вид задач или способ их решения, учащиеся вынуждены переходить к изучению другого материала. Следующий вид задач они воспринимают как что-то абсолютно новое и не связанное с уже известным. В результате этого у значительной части учащихся не формируется общий подход к решению химических задач и отсутствуют умения их решать.
В связи с происходящими реформами в образовании положение это может только усугубиться. Очевидно, что без использования новых средств обучения решению задач по химии и без разработки методики их применения невозможно будет в ближайшее время изменить положение в лучшую сторону.
Информационные технологии играют все более заметную роль в организации обучения химии. Применение информационных технологий для обучения решению химических задач представляет собой один из возможных вариантов выхода из сложившейся ситуации, позволяет расширить кругозор учащихся, предоставляет новые возможности передачи информации, более широкого применения средств наглядности, диалогового режима обучения в сочетании с индивидуализацией обучения и активностью учащихся [14, 16, 205, 252].
Решение задач при обучении химии всегда считалось важным не само по себе как таковое, с помощью задач учащиеся осваивают основные понятия и законы химии, знакомятся с системой обозначений, постигают количественные соотношения между реагирующими веществами, приобретают опыт и вырабатывают навыки практической деятельности. У обучаемых формируется химическое мышление, способность самостоятельно добиваться результата при разрешении возникающих проблем, формируется активная жизнен-
нал позиция [72, 104].
В настоящей работе предлагается один из возможных методов обучения решению задач по химии при помощи интерактивного обучающего электронного издания (ЭИ) "Химия для всех - XXI: Решение задач. Самоучитель".
В своем исследовании мы опирались на работы, рассматривающие вопросы теории развивающего обучения В. В. Давыдова [69, 70, 71], Д. Б. Эль-конина [267, 268], Л. В. Занкова [97, 98, 99, 169], психологические труды Л. С. Выготского [44, 45, 46, 47], П. Я. Гальперина [50, 51, 52, 53, 54], Н. Ф. Талызиной [218, 219, 220, 221], на исследования И. В. Роберт [194], Б. С. Гершунского [56], Т. А. Сергеевой [201, 202, 203], Э. Е. Нифантьева, А. К. Ахлебинина [7, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 166, 167, 168]. Проблемы организации диалогового взаимодействия обучающих программ с пользователем рассмотрены в работах Ю. Н. Тихомирова, О. К. Тихомирова [224], Е. И.Машбиц[152,153].
В работах химиков-методистов И. Л. Дрижун [78], О. С. Зайцева [95, 96], Л. Л. Чунихиной [255] показаны возможности использования компьютерных программ при изучении химии и выделены наиболее целесообразные с методической точки зрения области их применения. В исследованиях Е. А. Алферовой, Е. Ю. Раткевич, Г. Н. Мансурова [2], Н. П. Безруковой [27], И. О. Васильевского [34], Н. Д. Романовой, Н. А. Юнерман [195], Т. А. Сергеевой, О. С. Зайцева [202] и др. рассмотрена методика использования компьютерных обучающих программ для изучения отдельных тем курса химии.
Ученые, разрабатывающие различные направления в области методики обучения химии, отстаивали идею необходимости введения и широкого использования задач в учебном процессе. Среди них: В. Н. Верховский, Я. Л. Гольдфарб, Л. М. Сморгонский, Л. А. Цветков, С. Г. Шаповаленко, Ю. В. Ходаков. Применение задач для обучения химии рассматривали с различных сторон Г. Л. Абкин, А. К. Ахлебинин, В. Н. Дайнеко, В. В. Еремин, Д. П.
7 Ерыгин, В. В. Загорский, Э. Г. Злотников, М. В. Зуева, Р. Г. Иванова, Д. М. Кирюшкин, Н. Е. Кузьменко, Н. Е. Кузнецова, Э. Е. Нифантьев, П. А. Орже-ковский, Д. В. Пальчиков, М. С. Пак, В. С. Полосин, В. А. Попков, Г. Н. Фадеев, Г. П. Хомченко, Г. М. Чернобельская, С. С. Чуранов, Е. А. Шишкин и многие другие. Все исследователи единодушны в том, что для обучения решению задач, их нужно решать, поэтому основной формой обучения является самостоятельная работа [65, 83, 95, 154, 231, 234, 248, 264, 266]. Она бывает эффективной только при рациональной организации учебного процесса, наличии у учащихся достаточных знаний, умений и навыков самостоятельной учебной работы и хороших учебных пособий. Важно и то, каким образом используются умения, навыки, а также дидактические пособия, только те знания становятся достоянием обучающегося, которые прошли через его самостоятельную мыслительную работу [165, 262]. Обучение, построенное на простом запоминании, не приводит к формированию компетентной личности и дает формальный конечный результат. Сумма знаний в современном мире очень быстро обесценивается. Можно в значительной мере согласиться с мнением В. В. Гузеева: - "Предмет нашей законной гордости - большой объем знаний - в изменившемся мире практически потерял свою ценность, поскольку любая информация стала легко доступной, а объем ее быстро растет. Необходимыми становятся не сами знания, а знание о том, где и как их применять. Но еще важнее знание о том, как информацию добывать, интегрировать или создавать новую. И то, и другое, и третье - результаты деятельности, а деятельность - это решение задач" [65]. Осуществлять деятельностный подход в обучении можно разными путями, мы используем для этой цели информационные технологии [8, 18, 19, 244, 245, 246 ].
С развитием материальной базы учебных заведений применение информационных технологий становится все более актуальным. Во многих школах создаются дисплейные классы, приобретаются АРМУ (автоматизированное рабочее место учителя). Компьютер постепенно перестает быть
8 чем-то экзотическим, он уже и не просто объект изучения. Его рассматривают теперь, прежде всего, как средство усиления интеллекта обучаемых и их развития [67]. В настоящий момент важно подготовить для учителей и учащихся электронные издания (ЭИ) для поддержки учебного процесса на различных этапах изучения химии и для самообразования. Компьютер - это мощное обучающее средство, которое можно значительно шире, чем в настоящее время, использовать в учебном процессе для обучения при различных формах деятельности. Выше сказанное делает актуальной разработку ЭИР (электронные издания и ресурсы) и, что еще более важно, методики их применения [2, 11, 20, 64, 190].
Наряду с традиционными средствами обучения решению задач, такими как задачники, практикумы, рабочие тетради [60, 61, 88, 125, 185, 226], в настоящее время существует значительное число отечественных и зарубежных ЭИ, предназначенных для обучении химии [9, 10, 90, 100, 150, 162]. Электронные пособия содержат теоретические разделы, тесты для самопроверки, задачи и упражнения. Часто они отражают материал какой-то конкретной темы или имеют контролирующий характер [133, 222]. Некоторых ЭИ охватывают вопросы разных тем курса химии [100, 150]. Они снабжены иллюстрациями, справочниками, таблицами, моделями и видеофрагментами. Имеются электронные сборники задач, содержащие условия задач, и часто, в качестве примера, готовые решения, которые учащимся необходимо проанализировать до начала самостоятельного выполнения остальных заданий [274].
Выполняя наше исследование, мы изучали возможные варианты применения в учебном процессе и для самообразования обучающего интерактивного электронного издания "Химия для всех - XXI: Решение задач. Самоучитель", разработанного в «Межвузовской лаборатории интенсивных методов обучения» - SPLINT [8]. Использование его, и разработка методики применения позволит в какой-то мере разрешить противоречия, имеющиеся в практике обучения решению химических задач:
сокращением числа учебных часов, отводимых на преподавание химии, и высоким уровнем требований к знаниям учащихся и связанным с этим увеличением объема их самостоятельной работы;
наличием большого числа электронных изданий для изучения химии и отсутствием в них функциональных возможностей для обучения решению задач;
возможностью практического применения ЭИ при обучении решению задач по химии и недостаточно разработанной методикой их использования;
необходимостью самостоятельного решения учащимися сложных химических задач и отсутствием у значительной их части умений решения даже простейших задач;
увеличивающимися возможностями применения ЭИ для обучения решению задач и недостаточной готовностью большей части учителей к их использованию в учебном процессе.
Выявленные противоречия и определили тему исследования: "Методика обучения учащихся решению химических задач с использованием информационных технологий".
Гипотеза исследования: использование информационных технологий при обучении решению задач по химии облегчит усвоение изучаемого материала, будет способствовать выработке умений и закреплению навыков выполнения типовых задач, формированию химического мышления у учащихся, и как следствие, будет активизировать их умственную деятельность и увеличит прочность усвоения знаний и их качество.
Цель работы состоит в исследовании возможностей использования ЭИ "Химия для всех - XXI: Решение задач. Самоучитель" для обучения учащихся решению задач по химии, доработке его с учетом полученных данных, в разработке методики использования информационных технологий для обучения учащихся решению химических задач.
Объектом исследования является деятельность учащихся и учителя
10 при обучении решению химических задач в условиях использования информационных технологий.
Предметом исследования является методика обучения учащихся решению химических задач при помощи информационных технологий на примере использования ЭИ "Химия для всех - XXI: Решение задач. Самоучи-
тель".
Для проверки гипотезы и достижения цели исследования были поставлены следующие задачи:
Провести анализ учебной, методической и научной литературы для выяснения роли и места химических задач в обучении химии учащихся.
Проанализировать существующие классификации химических задач и на их основе разработать классификацию задач для ЭИ.
Уточнить понятие "химическая задача" в теории и методике преподавания химии.
Определить критерии отбора задач для ЭИ.
Разработать содержание решений химических задач с применением пошаговой стратегии.
Оценить эффективность применения самоучителя в учебном процессе.
Выработать и апробировать методику применения ЭИ "Химия для всех - XXI: Решение задач. Самоучитель" в учебном процессе с учетом специфики различных форм учебных занятий.
Подготовить практические рекомендации для учителей по применению ЭИ "Химия для всех - XXI: Решение задач. Самоучитель".
Методологической основой исследования явились философские, психологические и педагогические концепции, раскрывающие природу объекта исследования: концепция развивающего обучения [44, 70, 71, 268, 269], сие-
темный подход к обучению [95, 96, 205, 206, 248, 249], теория поэтапного формирования умственных действий [50, 52, 53, 54, 218, 221], концепция личностно-ориентированного обучения [64, 179, 205], концепция природосо-образного обучения [198], задачный подход к обучению [64].
При решении поставленных задач использовался комплекс взаимопроверяющих и дополняющих друг друга методов исследования. Теоретические методы, изучение и анализ научной литературы по педагогике, философии,
# психологии, методологии, химии и методике химии. Эмпирические методы:
анализ нормативных документов по проблеме исследования: образовательных стандартов, программ, учебных пособий, анализ педагогического опыта. Экспериментальные методы: наблюдение; анализ личного опыта, интервьюирование, анкетирование и тестирование; педагогический эксперимент с последующей математической обработкой его результатов и анализом полученных данных. Статистическая обработка результатов производилась при помощи непараметрических методов, которые допускают использование данных педагогического эксперимента, полученных в результате не только количественных, но и качественных измерений с помощью дискретных шкал наименования и порядка. Для анализа данных использовался критерий /2. Для оценки достоверности полученных результатов применялся критерий Колмогорова - Смирнова [62].
Исследование проводилось поэтапно:
ІГ На первом этапе исследования (1998 - 2000 г. г.) осуществлялось изу-
чение и анализ научной и методической литературы по теме исследования, учебных программ и пособий по решению химических задач, применению электронных средств учебного назначения при изучении химии. Изучены возможности использования электронных изданий для обучения решению задач по химии, найдены подходы к решению поставленной проблемы. Полученный материал позволил сформулировать гипотезу исследования, опре-
й делить основные цели и задачи. Было уточнено определение учебной хими-
12 ческой задачи. Был выявлен низкий уровень умений решения химических задач учащимися, что и определило актуальность исследования.
На втором этапе (2000 - 2002 г. г.) определены подходы к классификации задач, предложена их классификация, позволяющая сформировать у учащихся умения и навыки решения типовых задач по химии. Определены критерии отбора задач для обучения их решению при помощи ЭИ. Проведен поисковый эксперимент, в ходе которого определены возможные области применения ЭИ "Химия для всех - XXI: Решение задач. Самоучитель", выявлено влияние его на мотивацию учебной деятельности и эмоциональное состояние учащихся. На основе накопленного опыта разработаны методические рекомендации по применению электронного издания в учебном процессе и при самостоятельном обучении решению задач.
На третьем этапе (2003 - 2004 г. г.) проведен формирующий эксперимент, показавший положительное влияние интерактивного самоучителя на качество знаний учащихся, их прочность. Подведены итоги исследования, выполнена статистическая обработка и завершен анализ полученных экспериментальных данных.
Опытно-экспериментальная база исследования. Исследование проводилось с 1998 по 2004 г. на базе Калужского государственного педагогического университета им. К. Э. Циолковского, Калужском технологического колледжа при изучении дисциплин «Химия» и «Органическая химия», на уроках, индивидуально-групповых занятиях, при проведении внеклассных мероприятий, на подготовительных курсах среди абитуриентов и при самостоятельной работе с электронным изданием в домашних условиях отдельных учащихся. В исследовании участвовали учащиеся МОУ «Средняя школа № 13», МОУ «Лицей № 36» г. Калуги, учащиеся других муниципальных образовательных учреждений г. Калуги и Калужской области, учителя, слушатели курсов повышения квалификации КОИПКРО (Калужский областной институт повышения квалификации работников образования).
13 Научная новизна исследования заключается в следующем:
сформулированы основные критерии составления и отбора задач по химии для обучения их решению на основе интегративного и алгоритмического подходов к формированию основ деятельности и концепции личност-но-ориентированного обучения;
предложена классификация химических задач, при помощи которой можно целенаправленно формировать у учащихся химическое мышление в процессе обучения их решению с использованием ЭИ;
разработано содержание решения химических задач, позволяющие формировать у учащихся умственные действия, необходимые при анализе условий и решении химических задач, способствующие формированию умений и навыков, необходимых для их решения;
Теоретическая значимость исследования состоит в следующем:
обобщены и систематизированы сведения об использовании задач при изучении химии, уточнено понятие «химическая задача»;
определены методические подходы применения ЭИ для обучения решению задач по химии;
выработаны критерии составления заданий для обучения решению задач при помощи ЭИ в интерактивном режиме;
определены методические подходы применения ЭИ для обучения решению задач по химии при различных формах деятельности;
проанализировано взаимодействие учащегося с интерактивным электронным изданием в процессе формирования умений выполнения умственных действий, составлена его модель.
Практическая значимость исследования заключается в том, что:
- результаты исследования учтены при доработке ЭИ "Химия для всех
- XXI: Решение задач. Самоучитель", являющегося победителем "Откры
того конкурса на поставку мастер дисков для образовательных учреждений
Российской федерации" Лот №4 "Поставка мастер дисков для среднего (пол-
14 ного) общего образования" [8], и в практикуме по решению задач компакт-диска Образовательный комплекс "1С: Школа. Химия, 8 кли, подготовленного к выпуску ЗАО "1С", 2004.
электронное издание "Химия для всех - XXI: Решение задач. Самоучитель" (ЭИ) используется для обучения химии на уроках и для самостоятельной работы учащихся муниципальных образовательных учреждений и среднего специального учебного заведения;
разработаны методические рекомендации для учителей по использованию интерактивного самоучителя и методика его применения в процессе обучения химии.
На защиту выносятся:
1. Положение о том, что в условиях широкого использования
информационных технологий процесс решения задач становится одним из
ведущих методов обучения химии и развития учащихся.
Критерии отбора химических задач для ЭИ и разработанная классификация химических задач.
Методика применения информационных технологий для обучения химии на примере ЭИ "Химия для всех - XXI: Решение задач. Самоучитель".
Апробация и внедрение результатов исследования. Результаты исследования нашли отражение в выступлениях:
на второй научно-практической конференции филиала Московской государственной технологической академии в г. Калуге "Особенности современного развития образования и самообразования специалистов пищевой и перерабатывающей промышленности" - 25 января 2002 г.;
на первой научно-методической конференции филиала МГТА в г. Калуге, посвященной пятидесятилетию со дня образования Московской государственной технологической академии - 15 марта 2003 г.;
в работе круглого стол, организованного южным окружным управле-
15 нием департамента образования г. Москвы "Использование информационных технологий в практике ведения учебного курса. Методика проведения уроков с использованием информационных технологий" - 24 марта 2003 г;
в материалах Всероссийской научной конференции "Проблемы и перспективы развития химического образования" - 29 септ. - 3 окт. 2003 г., - Челябинск;
в материалах заочной научно-практической конференции филиалов МГТА "Региональные особенности подготовки специалистов пищевой промышленности" - октябрь 2003 г., г. Калуга;
в материалах I Межрегионального конкурса "Методическая служба в системе образования" - 3 - 4 марта 2004 г., г. Калуга;
в материалах Международного конгресса конференций "Информационные технологии в образовании". XIII Международная конференция "Информационные технологии в образовании" 16-20 ноября 2003 г., г. Москва - РУДН (Российский университет дружбы народов);
в материалах конкурса преподавателей СПО, объявленном правительством Калужской области - 30 марта 2004 г.;
в материалах Всероссийской конференции «Информатизация общего и педагогического образования - главное условие их модернизации. Челябинск 16 - 19 мая 2004»;
в материалах областной научно-практической конференции "Информационные технологии в образовании" 12 октября 2004 г., г Калуга -КОИПКРО (Калужский областной институт повышения квалификации работников образования);
в материалах XIV международной конференции-выставки "Информационные технологии в образовании", Москва, 1-5 ноября 2004 г.
В период работы над диссертацией опубликовано 7 печатных работ по теме исследования.
Издан компакт диск: "Химия для всех - XXI: Решение задач. Само-
учитель" [8], подготовлен к выпуску Образовательный комплекс "1С: Школа. Химия, 8 кл".
Структура диссертации.
Диссертация состоит из введения, трех глав, библиографии и приложений; иллюстрирована схемами, таблицами и диаграммами.
В первой главе приводится анализ научно-методической литературы по теме исследования, определяется значение задач в курсе химии, уточняется понятие «химическая задача», устанавливаются критерии подбора задач для решения при помощи самоучителя, определяется примерный уровень сформированности у учащихся умений и навыков решения задач с химическим содержанием, приводятся статистические данные.
Во второй главе рассматриваются возможности применения информационных технологий для обучения химии. Анализируется влияние ЭИ "Химия для всех - XXI: Решение задач. Самоучитель" на формирование умений и навыков решения химических задач и мотивацию учащихся, рассматриваются методические подходы к обучению их решениям. Приводятся возможные варианты использования информационных технологий на примере ЭИ "Химия для всех - XXI: Решение задач. Самоучитель" для обучения решению задач по химии. Излагается методика использования электронного издания на уроках и во внеурочной деятельности. Приводятся рекомендации для применения его на различных этапах учебного процесса.
В третьей главе описывается педагогический эксперимент по применению интерактивного самоучителя для обучения учащихся Калужского технологического колледжа решению химических задач на практических занятиях. Анализируется влияние информационных технологий на качество знаний учащихся приобретенных при обучении решению химических задач с использованием ЭИ. Приводятся результаты статистической обработки полученных экспериментальных данных, их анализ.
В выводах кратко изложены результаты работы.
17 Приложения содержат планы занятий с применением самоучителя для обучения решению задач по химии, таблицы результатов анкетирования пользователей, работавших с самоучителем, таблицы классификации задач, использованной для создания системы задач в ЭИ, памятку для работы, тексты анкет, высказывания пользователей в адрес ЭИ, их предложения по его улучшению, таблицы результатов статистической обработки данных эксперимента. Приложение 3 выполнено на компакт-диске.
Значение химических задач
Встречаются разные определения понятия "задача". Так в Большой советской энциклопедии [92] дано следующее определение: "Задача 1) Поставленная цель, которую стремятся достигнуть. 2) Поручение, задание. 3) Вопрос, требующий решения, на основании определенных знаний и размышления (математ. з, шахматная з, логическая з, литературная з) 4) Один из методов обучения и проверки знаний и практических навыков уч-ся, применяемых во всех во всех типах общеобразоват. и спец. Уч. заведений."
Наиболее общее определение задачи дано в работах А. Н. Леонтьева, согласно которому задача есть ситуация, требующая от субъекта некоторого действия [141]. Таким образом, понятие "задача" определяется через деятельность.
В дидактике выделяют понятие "учебная задача". Д. Б. Эльконин [268] формулирует учебную задачу как ситуацию, позволяющую решающему непосредственно овладеть некоторым процессом, способом, принципом или "механизмом" выполнения каких-либо практически значимых действий, и отмечает основное отличие учебной задачи от всяких других: ее цель и результат состоят в изменении самого субъекта, а не предметов, с которыми действует субъект действий.
Таким образом, в понятии учебной задачи главный акцент делается на действия, которые необходимо совершить при выполнении решения. Сама задача может быть решена неверно, но учащийся получает бесценный опыт решения, который будет использован при выполнении других задач.
По нашему мнению, с учетом вышесказанного, можно определить понятие учебной задачи так:
Учебная задача - объект учебной работы учащегося, который подразумевает, в первую очередь, активную умственную деятельность, направленную на применение общих закономерностей в конкретной ситуации.
Среди учебных задач можно выделить предметные задачи. М. В. Зуева дает следующее определение предметных задач: "Задачи - это задания, при выполнении которых учащиеся осуществляют продуктивную деятельность" [102].
Г. И. Штремплер и А. И. Хохлова приводят в своем методическом пособии следующее определение химической задачи: "Химическая учебная задача - это модель проблемной ситуации, решение которой требует от учащихся мыслительных и практических действий на основе знания законов, теорий и методов химии, направленная на закрепление, расширение знаний и развитие химического мышления. Решение задач есть вид творческой деятельности, а поиск решения - процесс изобретательства" [266].
Химические задачи значительно отличаются от тех, с которыми имеют дело учащиеся при изучении, например, математики или физики. Математическую задачу можно выполнить, не зная химии или физики. Большинство химических задач требует для решения знания материала нескольких дисциплин одновременно, при этом на первое место выходит представление о химизме происходящих процессов [257].
По нашему мнению, с учетом вышесказанного, можно определить понятие химической задачи так:
Химическая задача - это учебная задача, требующая от учащегося умений выявлять сущность химических процессов и выражать ее в виде уравнений реакций или формул, одновременно учитывать происходящие физические процессы и описывать количественную часть задачи в виде математических действий. В некоторых химических задачах математическая часть решения отсутствует, но оставшиеся две присутствуют всегда.
Информатизация образования - новые возможности для учителей и учащихся
Идея использования компьютеров при обучении учащихся решению химических задач не нова [123 , 124, 201]. Она получила отражение даже в названиях некоторых задачников [124]. В последнее время принципиально изменились масштабы использования информационных технологий в образовательном процессе. К настоящему моменту информатизация сферы образования приобретает принципиально новое функциональное назначение: во главу угла ставится задача массового использования компьютерных технологий на всех уровнях образовательного процесса. Об этом говорится в Федеральной программе развития образования на 2000-2005 г. г. [235]. Разрабатываются ЭИ, которые могут быть использованы для преподавания и изучения химии [13, 15, 16], создаются программы для поддержки отдельных курсов [217], планируется издание электронных учебников [101], формируется банк визуальной информации [94], рассматривается проблема создания единой для всех образовательных учреждений информационной среды. В современных условиях необходимо отчетливо представлять себе роль информационных технологий в образовательном процессе. Появление каждого нового средства хранения, передачи информации и доступа к ней ведет к появлению новой образовательной модели и ее доминирующему положению в обществе, причем, чем совершеннее учебное средство, тем быстрее идет процесс формирования модели. Очевидно, что компьютер в вышеназванной функции во много раз совершеннее глиняных табличек и книг. Уже на одном этом основании можно с уверенностью утверждать, что компьютерные технологии приведут, в конечном счете, к смене доминирующей сегодня модели образования. И эти изменения, скорее всего, будут происходить значительно быстрее, чем в настоящее время. Можно представить новую образовательную модель как сочетание четырех компонентов в учебном процессе.
Компьютер (источник информации, обучение, практика, контроль) -учитель (отбор материала для обучения, организация групповой и индивидуальной работы, управление процессом самостоятельной учебной деятельности учащихся, организация объективных форм контроля) - учебные информационные материалы (традиционные, электронные) - учащийся (восприятие и усвоение учебного материала, самостоятельная работа, самоконтроль) (Рис. 6.).
Из приведенной схемы понятно, что применение обучающих ЭИ не уменьшает значимость учителя в образовательном процессе, а только изменяет его функции [136, 277]. Заменить его полностью ни одно электронное издание пока не в состоянии [30]. Замена, в какой-то мере, возможна только при отсутствии учителя. С появлением компьютера грань между аудиторной и самостоятельной работой стала исчезать, формируется новая форма учебной деятельности, основанная на самооценке, все компоненты обучения объединяются обратными связями [79, 277]. Возможности учителя, использующего информационные технологии для обучения, значительно расширяются. Это положение можно обосновать уже тем, что значительно расширяется его аудитория, она больше не ограничивается только классом из 25 - 30 человек. Расширяются и возможности учащихся, они могут неограниченное число раз анализировать решение задачи, сравнивая его с самостоятельно полученным. Работа с персональным компьютером подразумевает самостоятельность обучения. Однако это не исключает проведение занятий в компьютерном классе под управлением и с содержательным участием преподавателя. С другой стороны, компьютер - интеллектуальное устройство, способное выполнять функции, ранее присущие только преподавателю: подсказывать, задавать вопросы и отвечать на них, раскрывать те или иные темы предметной области, в том числе - вариативно [152, 153]. В аудитории и в домашних условиях учебный процесс разбивается на малые части, которые можно относить либо к самостоятельному получению знаний, либо к моменту общения с преподавателем [193]. В перспективе оформятся методы деятельности учащихся, которые соединят самостоятельную деятельность и работу с преподавателем. Одним из таких направлений является обучение решению химических задач.
Применение ЭИ "Химия для всех - XXI: Решение задач. Самоучитель" в учебном процессе
В настоящее время как никогда раньше стала актуальной разработка, использование в учебном процессе качественных программных продуктов, что невозможно без взвешенного методического подхода и учета психологических особенностей усвоения знаний. По отношению к электронному изданию, призванному служить пособием для обучения решению задач, это означает в первую очередь создание системы задач, построенной так, чтобы при выполнении интерактивных заданий в сознании пользователя формировались важнейшие химические понятия и первоначальные умения применять знания. Как пишет М. В. Зуева: "И хотя данный уровень умения является низшим, нельзя принижать его роль, так как он представляет основу для более глубокого усвоения знаний и совершенствования умений" [102].
При составлении текстовых файлов со сценариями решений задач для тренажера скрупулезно продумывался ход решения. Выстраивалась логическая цепочка целесообразных последовательных действий с тем, чтобы, не давая учащемуся прямого алгоритмического предписания, добиться его понимания и усвоения пользователем непосредственно в процессе решения. В своем методическом пособии, посвященном обучению решению задач, Д. П. Ерыгин и Е. А. Шишкин отмечают: "Большая часть учащихся оперирует эмпирическим мышлением, и каждую из задач они рассматривают как самостоятельную и новую, решая их методом проб и ошибок" [89]. В связи с этим главной задачей для учащегося оказывается не решение данной конкретной задачи, а понимание логики выполнения целой группы задач. Если это понимание достигается, учащийся испытывает чувство удовлетворения и радости, присваивая способ решения в процессе активной деятельности. В последующей работе приобретенные умения переносятся на аналогичные и обратные задачи, это является показателем сформированности умений. Учащиеся хорошо воспроизводят не только ход решения при выполнении аналогичных заданий (II уровень), они используют отдельные элементы решения при выполнении более сложных комбинированных задач (III уровень). В комбинации освоенных приемов решения проявляется творчество обучающихся [72].
При обучении решению задач большое значение придают порядку выполнения этапов решения и их схематическому отображению, которое иногда называют алгоритмом решения [89, 102]. Использование опорных схем при обучении имеет достаточные основания и обосновывается психологами. Рассматривая процесс формирования ориентировочной основы деятельности (ООД), П. Я. Гальперин отмечает: "...Ориентировочная часть всякого целенаправленного действия в результате повторения получает физиологическое отражение в виде так называемой "нервной модели стимула...". Когда схема ориентировочной основы действий разъясняется полностью, да еще предъявляется в "рельефной записи", так, что ею можно пользоваться без заучивания, то новое действие с первого раза выполняется правильно, его формирование облегчается. Обучение становится много доступней, происходит значительно скорей" [53]. Текстовые файлы самоучителя являются для пользователя такой основой с той разницей, что элементы опорной схемы предъявляются обучаемому не сразу, а поэтапно. Для получения следующей опоры учащийся должен осуществить умственную деятельность, направленную на выполнение предыдущего этапа решения.
Сценарии решения задач, разработанные для самоучителя, представляют собой такую ориентировочную основу деятельности. Учащийся в зависимости от индивидуальных особенностей выполняют одну, две или три однотипных задачи. В процессе этой работы в их сознании формируется система умственных действий, которая может быть перенесена на другие задачи не только непосредственно после обучения, но и через достаточно большой промежуток времени. М. В. Зуева отмечает, что повторять действие для окончательного формирования умения его применения необходимо 12 - 16 и даже 30 раз [102].
Исходя из этого, в сценариях решения задач для ЭИ мы не использовали прием "короткого замыкания". Это удлиняет цепочку рассуждений, но делает их общедоступными, позволяя начинать обучение с любой задачи. Это дает слабому учащемуся возможность начинать обучение при помощи ЭИ на любом этапе изучения курса, не вынуждая обращаться сразу к первоначальным понятиям, а подводя к необходимости повторения постепенно, через формирование внутренней потребности к этому у самого учащегося, и одновременно предоставляя возможность быстрого получения информации в различных формах. Такой подход делает самоучитель интересным не только для учащихся с хорошей подготовкой, но и для слабоуспевающих, которые при обычном обучении не имеют возможности осуществить всю последовательность решения. Остальные учащиеся легко перескакивают через одно или даже два действия, осуществляя "короткое замыкание", что нарушает логическую последовательность и не дает отстающим понять логику хода решения.
