Содержание к диссертации
Введение
1 глава. Построение системы учебных задач как проблема дидактики 11
1.1. Классификация и дидактические функции задач 11
1.2. Построение, системы задач и особенности систем задач для высшей школы 23
2 глава. Анализ структуры и содержания задачников по аналитической химии 37
2.1. Специфика аналитической химии как учебного предмета 37
2.2. Структурно-статистический анализ известных задачников с учетом общеметодических требований 46
2.3. Анализ содержания задач 51
3 глава. Построение системы задач по аналитической химии для оптимальной реализации их дидактических функций 60
3.1. Общий подход к проектированию систем задач 60
3.2. Система задач для курса аналитической химии 70
3.3. Обоснование структуры нового задачника 78
3.4. Система задач с точки зрения организации учебного процесса 83
4 глава. Оценка эффективности предлагаемой системы задач в учебном процессе 88
4.1. Обоснование содержания, объекта и метода эксперимента 88
4.2. Методика эксперимента 93
4.3. Итоги эксперимента и их анализ 95
Заключение 101
6 Литература 102
Приложения 112
- Классификация и дидактические функции задач
- Специфика аналитической химии как учебного предмета
- Общий подход к проектированию систем задач
Введение к работе
На протяжении длительного периода в психолого-педагогической и методической литературе обсуждается роль задач в обучении и воспитании. В теорию использования задач важный вклад внесли отечественные дидакты (Ю.К.Бабанский, Б.П.Есипов, Т.А.Ильина, И.Я.Лернер, М.Н.Скаткин, А.В.Усова, Л.Ф.Фридман, Г.И.Щукина и др.), которые выделяли и рассматривали учебную задачу и ее решение как средство достижения результатов обучения. В исследованиях многих педагогов и психологов рассмотрены значение и функции задач в учебном процессе, выделены основные закономерности самого процесса решения задач. Показано, что необходимым условием эффективного использования задач при обучении школьников является построение продуманной и методологически обоснованной системы задач по каждому предмету.
Теория и методика использования задач в обучении естественнонаучным дисциплинам обоснована в отечественных и зарубежных дидактических и методических исследованиях (Г.А.Гелентер, К.Дункен, Е.И.Ефимов, Е.Н.Кабанова-Меллер, Ю.М.Колягин,
Н.А.Менчинская, Н.Нильсон, А.Ньюэл, Д.А.Поспелов, Г.А.Саймон, Дж.Слэйг, Л.Сэкел, Д.Толлингерова, Н.Н.Тулькибаева и др.). При построении системы задач необходимо ответить на ряд внешне простых и очень важных для каждого преподавателя вопросов: что решать и сколько решать? как именно нужно решать задачи? как организовать учебный процесс в связи с необходимостью решать задачи разного типа? Применительно к теории и методике обучения химии эти вопросы обсуждаются в работах И.В.Вивюровского, И.В.Герасимовой, Д.П.Ерыгина, Б.А.Гохворда, Н.А.Ждан, О.С.Зайцева, М.В.Зуевой, Т.Ю.Орловой, М.А.Пак, С.Г.Шаповаленко, Е.А.Шишкина. В частности, одним из самых сложных и важных стал вопрос "как научить учащихся правильно, осознанно и самостоятельно решать расчетные задачи по химии?" Этой проблеме посвящен ряд исследований методистов и психологов (Т.К.Цветкова, А.Ф.Эсаулов и др.). В последние годы разрабатываются эффективные методики обучения решению учебных задач с использованием компьютеров (В.К.Белошапкина, С.А.Бешанков, Л.Г.Гейн, А.С.Лесненковский, Е.В.Линецкий, М.В.Санир, М.Б.Шабад, В.Ф.Шолохович).
Основная часть педагогических исследований, связанных с применением учебных задач, выполнена на материале средней школы. Известные рекомендации по построению систем задач, по содержанию задач, методике их решения и организации учебного процесса не могут быть механически перенесены в систему высшего профессионального образования (см. главу 1 настоящего исследования). Должна быть учтена специфика высшей школы, цели изучения и конкретное содержание учебных дисциплин, возрастная психология обучаемых и другие аспекты. Однако теоретические и методологические основы обучения студентов решению задач (в частности, по химическим дисциплинам) пока что разработаны совершенно недостаточно, хотя отдельные исследования в этой области выполнялись и привели к весьма полезным рекомендациям (О.С.Зайцев, Г.Д.Бухарова, А.Г.Головенко). В распоряжении преподавателей и студентов почти нет рекомендаций по решению задач, которые бы отвечали современным достижениям психологической, педагогической и методической науки, учитывали бы специфику предмета и дидактические функции вузовских учебных задач. Анализ показывает, что большинство вузовских задачников (и специальных пособий по решению задач) по химическим дисциплинам построено без четкой и методически обоснованной системы, а их составители зачастую пренебрегают известными общеметодическими требованиями. Кроме того, при переходе от средней школы к высшей нарушается преемственность в методике решения задач, в формировании и развитии у студентов соответствующих общеучебных умений. Теория и методика использования задач в высшей школе представляется слабо разработанным разделом педагогической науки.
Отметим, что для реформируемой системы высшего образования в РФ особую актуальность имеет проблема повышения качества профессиональной подготовки. Одним из ее компонентов выступают теоретико-методологические основы обучения решению задач. Усиление внимания к решению учебных задач в высшей школе помогло бы сгладить неоднократно отмечавшееся в литературе противоречие между ожидаемыми и реальными результатами деятельности вузов, желаемой моделью специалиста и ее реальным воплощением. Это противоречие выражается, в частности, в значительном разрыве между полученными знаниями и их действенностью, возможностью их практического применения. Как научить студента самостоятельно решать разнообразные и нестандартные задачи (не только математические, химические, физические и т.п., но и социальные, экономические, экологические, педагогические и др.) - эта проблема может и должна решаться совместными усилиями специалистами разных направлений (с одной стороны, педагогами, психологами, методистами, с другой стороны - специалистами в соответствующей предметной области).
Анализ научной литературы в области дидактики и педагогической психологии показывает, что средством достижения планируемых результатов в обучении каждому предмету может стать продуманная система задач. Для высшей школы это справедливо в той же (если не в большей) степени, что и для средней. В частности, повышение качества знаний студентов по химическим дисциплинам требует применения системы задач, адекватной целям обучения и специфическому содержанию каждой дисциплины. В литературе по теории и методике обучения химии до сих пор не рассматривались системы задач по курсу аналитической химии, не учитывалась специфика этого курса и дидактические функции соответствующих задач. Это отражается на качестве и педагогической ценности многочисленных задачников по этой дисциплине. Недостатки
6 существующих учебных пособий по аналитической химии и необходимость создания нового их поколения в соответствии с современным уровнем науки не раз отмечались ведущими специалистами-аналитиками (Ю.А.Золотов, И.В.Пятницкий, Г.Малисса и др.).
С учетом вышеизложенного, проблематика и актуальность данного диссертационного исследования определяются, с нашей точки зрения: важной и все возрастающей ролью решения задач при подготовке специалистов в системе российского высшего профессионального образования; недостаточной изученностью типологии и дидактических функций задач по вузовским химическим дисциплинам; необходимостью создания теоретически обоснованной системы задач по университетскому курсу аналитической химии, соответствующей современному содержанию этой науки. Такая система задач была бы весьма полезна при создании нового поколения задачников и других учебных пособий, а также при разработке рекомендаций для преподавателей.
Цель исследования - проектирование системы задач по университетскому курсу аналитической химии с учетом специфики их дидактических функций и ее реализация в качестве средства, способствующего повышению эффективности обучения.
Объект исследования - организация учебно-познавательной деятельности студентов в процессе изучения аналитической химии в классических и педагогических университетах с использованием системы задач.
Предмет исследования - система задач по курсу аналитической химии и способы реализации этой системы.
В основу исследования положена следующая гипотеза: при проектировании системы расчетных задач по курсу аналитической химии целенаправленная реализация их дидактических функций требует сбалансированного увеличения доли нестандартных задач и сложных типовых задач. Реализация такой системы должна, по нашему мнению, приводить не только к повышению качества знаний, но и к активизации творческой деятельности студентов.
Для достижения указанной цели исследования и проверки выдвинутой гипотезы были намечены следующие задачи исследования:
Изучить методическую и психолого-педагогическую литературу по проблеме использования задач и построению их систем, в т.ч. для вузовских химических дисциплин.
Выявить типологию и специфические дидактические функции задач по университетскому курсу аналитической химии (АХ). Проанализировать с этих позиций структуру и содержание наиболее распространенных в России задачников по данной дисциплине, оценить их соответствие общедидактическим требованиям.
Разработать подход к проектированию системы расчетных задач по курсу АХ, способствующей реализации их специфических дидактических функций. В частности, как средства включения студентов в учебно-познавательную деятельность творческого характера (эвристическая функция) и как средства профессиональной ориентации. Разработать проект нового задачника на основе указанной системы. Предложить способ реализации системы задач в учебном процессе на примере трех разделов университетского курса.
Экспериментально проверить эффективность предлагаемой системы задач при обучении аналитической химии в классическом и педагогическом университетах, прежде всего в аспекте повышения качества знаний, активизации творческой деятельности студентов, профессиональной ориентации и повышения интереса к предмету.
Четырем перечисленным задачам (частям исследования) соответствуют четыре главы диссертационной работы.
Для решения поставленных задач был использован комплекс методов, взаимодополняемость которых могла обеспечить объективность и необходимую степень достоверности результатов исследования (анализ терминологии, изучение литературы, статистический анализ структуры задачников, оценка уровня сложности задачи с применением графов, педагогический эксперимент и др.). Методика эксперимента включала в себя практическое преподавание на основе разработанной системы задач по вариативной программе, а также педагогическое наблюдение и анкетирование студентов и преподавателей. Всего в проведении педагогического эксперимента приняло участие около 150 студентов. Обработка данных эксперимента осуществлялась с помощью методов математической статистики.
Исследование проводилось в три этапа:
Первый этап (1996-1997г.). Содержанием работы было выявление специфики курса, типологии расчетных задач и результативности учебно-познавательного процесса при изучении курса аналитической химии по традиционным схемам студентами химических факультетов Омского государственного университета (ОмГУ) и Омского государственного педагогического университета (ОмГПУ).
Второй этап (1997-1998г.) С учетом выявленных дидактических функций расчетных задач была разработана система таких задач (качественная типология и количественное распределение по различным критериям), проверена доступность и эффективность новых задач.
Третий этап (1999-2000г.) Основная цель этого этапа заключалась в оценке эффективности предлагаемой системы задач и методики ее применения в учебном процессе.
Научная новизна данного исследования состоит в том, что:
Впервые предложен способ проектирования системы расчетных задач по курсу аналитической химии, учитывающий специфику предмета и дидактические функции расчетных задач;
Разработана методика организации учебного процесса с использованием системы расчетных задач, которая обеспечивает более эффективную профессиональную ориентацию, развитие творческой активности и качества знаний студентов.
Практическая значимость заключается в том, что:
Предлагаемый способ проектирования системы задач и рекомендации по организации учебного процесса могут быть использованы преподавателями вузов, составителями задачников и других учебно-методических пособий по аналитической химии, а также по другим вузовским химическим дисциплинам.
Разработан проект принципиально нового задачника по аналитической химии для классических университетов. Для трех разделов детально разработана типология расчетных задач. Соответствующе разделы задачника включают значительное число нестандартных задач, в том числе более 100 оригинальных.
Основные положения, выносимые на защиту:
Авторская система задач по университетскому курсу аналитической химии, построенная с учетом специфики предмета и дидактических функций задач.
Способ проектирования системы расчетных задач по аналитической химии, направленной на максимальную реализацию эвристической и профессионально-ориентирующей функций.
Рациональное соотношение между типовыми (различного уровня сложности) и нестандартными расчетными задачами по курсу аналитической химии.
Методики организации учебного процесса по аналитической химии в университетах (классическом и педагогическом) с использованием предложенной системы задач.
Апробация и внедрение результатов работы.
По теме диссертации опубликовано 9 работ, в которых раскрыты основные идеи диссертации и изложены практические рекомендации в соответствии с темой исследования, в том числе 6 статей.
Основные положения и результаты исследования доложены и обсуждены на конференциях: IV Всероссийской конференции (с международным участием) "Методика преподавания аналитической химии" (Краснодар, 1998), Международной конференции "Университетское образование на пороге XXI века" (Пермь, 1999), XII Координационном совещании "Реформирование химико-педагогического образования" (сессия УМО по химическому образованию, Курск, 1999), Международной конференции "Химическое образование и химическое развитие" (Москва, 2000г).
Классификация и дидактические функции задач
Учебные задачи. Многоаспектность понятия "задача" нашла отражение в Большой Советской Энциклопедии: "Задача . 1) поставленная цель, которую стремятся достигнуть; 2) поручение, задание; 3) вопрос, требующий решения на основании определенных знаний и размышления, проблема; 4) один из методов обучения и проверки знаний и практических навыков учащихся, применяемых во всех типах общеобразовательных и специальных учебных заведений [1]. В педагогике термин "задача" также может использоваться для обозначения цели, задания, вопроса, проблемы, метода обучения и контроля.
Наиболее полным, на наш взгляд, является определение этого понятия, данное Г.А.Баллом в рамках деятельностного подхода [2]. Рассматривая задачу как требование к деятельности субъекта и условиям ее протекания, он указывает, что понятие задачи необходимо раскрывать в трех основных аспектах. Во-первых (по А.Н.Леонтьеву), как цели деятельности [3]; во-вторых (по Г.С.Костюку), как ситуации, требующей от субъекта некоторого действия [4]; в-третьих (по А.Ньюэллу), как ситуации, требующей от субъекта действия, направленного на нахождение неизвестного на основе его связей с известным в условиях, когда субъект не обладает способом этого действия [5]. Такой многоаспектный подход дает основание для выделения трех видов задач: собственно задачи, мыслительной задачи, проблемной задачи. При этом учитывается цель деятельности, опыт субъекта и владение способом решения задачи.
Д.Пойа отмечает, что "задача" предполагает необходимость сознательного использования соответствующего средства для достижения ясно видимой, но непосредственно недостижимой цели [7, с. 143]. В рамках педагогической психологии задача рассматривается как условие, обеспечивающее усвоение теоретических положений (Г.А.Балл, Г.С.Костюк), как средство формирования и развития мышления (Л.В.Занков, Е.Н. Кабанова-Меллер, О.К.Тихомиров), как форма усвоения знаний (З.И.Калмыкова, А.Ф.Есаулов), как результат усвоения знаний и показатель их эффективности (Д.Н.Богаявленский, Н.Д.Левитов, Н.А.Менчинская).
Используя понятие "задача" в дидактике, обычно имеют в виду учебную задачу, соответствующие термины в дидактическом контексте - синонимы. В этом аспекте решение задач является методом обучения, направленным на достижение образовательных целей, причем задача одновременно является объектом познания и средством управления познавательной деятельностью обучаемых. В.В.Давыдов отмечает, что учебная задача требует определенных способов умственной деятельности, ориентированных на овладение наиболее общими отношениями предметной деятельности [6]. Поскольку при решении задач перед обучаемым стоит проблема определения содержания и последовательности действий, предполагается открытие и освоение общих способов их решения.
В настоящем исследовании понятия "учебная задача" и "задача" используются (как синонимы) для обозначения объекта мыслительной деятельности, в котором в диалектическом единстве представлены элементы (условие и требование), а получение познавательного результата возможно при раскрытии отношения между известными элементами. Системный анализ позволяет выявить элементы любой учебной задачи, определить ее внутреннюю структуру (рис. 1).
Специфика аналитической химии как учебного предмета
Аналитическая химия в высшей школе. Аналитическая химия была и остается важной составной частью химического образования. В середине 90х годов общий курс аналитической химии (АХ) в качестве обязательной общепрофессиональной учебной дисциплины преподавался в 700 высших и средних специальных учебных заведениях России, в том числе приблизительно в 60 классических и педагогических университетах, 80 технических вузах, а также во всех фармацевтических, сельскохозяйственных и пищевых учебных заведениях [72]. В некоторых технических (строительных, машиностроительных, металлургических) и медицинских институтах материал по аналитической химии был включен в курсы общей и неорганической химии. Изучение государственных образовательных стандартов высшего профессионального образования (ГОСов) [73, 74] показывает, что аналитическая химия входит в перечень обязательных дисциплин при подготовке многих специалистов (химиков, биологов, фармацевтов, почвоведов, геологов, экологов и др.). Курс АХ с ограниченным и упрощенным содержанием изучается также во многих средних специальных учебных заведениях и даже в некоторых школах (как факультатив) [75]. После общего курса АХ во многих вузах изучаются продолжающие его спецкурсы по отдельным методам или объектам анализа.
Содержание вузовских дисциплин в значительной степени определяется содержанием соответствующих наук. Следует отметить, что границы и содержание самой аналитической химии (как науки) неоднократно были предметом ожесточенных дискуссий [76]. Далее под аналитической химией понимается широкая область знаний, наука об определении химического состава вещества, независимо от того, какими методами и средствами осуществляется это определение [77]. Физик, занимающийся нейтроноактива-ционным анализом горных пород, или биолог, создающий методики иммунного определения канцерогенов, обычно не сталкиваются с химическими реакциями, но они занимаются именно аналитической химией. Однако содержание АХ как учебного предмета отстает от развития АХ как науки, не вполне соответствует приведенному выше определению. Курс АХ во многих вузах преимущественно связан с классическими химическими методами анализа [79]. Традиционное содержание курса АХ нуждается в пересмотре. По мнению И.П.Алимарина [79] главные преобразования в педагогическом процессе должны произойти в следующих направлениях: 1) активизация самостоятельной добычи знаний, развитие активного мышления и познания законов природы, а не формальное заучивание материала учебников; 2) использование в учебных лабораториях ЭВМ и автоматической аппаратуры; 3) включение в курсы новых, более современных теорий, механизмов реакций и т.п. 4) улучшение содержания учебников и учебных пособий в методическом отношении.
Методика преподавания аналитической химии, содержание программ и учебников неоднократно обсуждались в химической печати и на конференциях разного уровня [80-88]. Общепринята точка зрения, по которой общий курс АХ как фундаментальная дисциплина должен основываться на устоявшемся и апробированном научном материале, и, вместе с тем, отражать современное состояние науки. К дискуссии приводит конкретизация этих положений, выявление оптимального содержания и структуры курса АХ. Как отмечает академик Ю.А.Золотов [77], основная трудность связана с недостаточной разработанностью методологических основ преподавания аналитической химии. Тем не менее в педагогической литературе очень мало работ, посвященных этому предмету, а системы задач для курса АХ в теоретическом отношении вообще не исследовались.
Общий подход к проектированию систем задач
Способы отбора учебных задач привлекали внимание многих российских психологов и дидактов (Д.Н.Богоявленского, И.А.Менчинской, П.Я.Гальперина, ЛЯ.Зориной, А.В.Усовой и др.). Очевидно, для эффективного отбора недостаточно найти или придумать достаточное число задач, относящихся к разным разделам программы. Недостаточно даже использовать разнотипные задачи. При проектировании системы, учитывающей тип образовательного учреждения и специфику предмета, необходимо реализовать соответствующие методические принципы (см. раздел 1.2), а само проектирование должно проводиться в несколько стадий (этапов).
Этапы проектирования. Если обратиться к опыту проектирования в разных областях человеческой деятельности, то можно увидеть, что эта работа всегда выполняется постадийно: сначала общий или генеральный проект, затем конкретизирующие его эскизные проекты элементов, затем рабочие проекты (чертежи) объектов и их элементов. Можно также провести аналогию с последовательной разработкой образовательных стандартов, типовых программ курсов и учебных пособий.
Постепенная конкретизация педагогической системы должна проявляться и при проектировании системы задач. С нашей точки зрения, такое проектирование должно начинаться с анализа проблемной ситуации, выявления и диагностики противоречий, выявления специфики учебного предмета. Основными стадиями (этапами) процесса проектирования, вероятно, должны быть:
1. Определение целей проектирования.
2. Построение обобщенной модели.
3. Конкретизация системы задач с учетом различных классификационных критериев и дидактических функций.
4. Проектирование тематических разделов (блоков).
5. Подбор задач для каждого тематического раздела.
6. Корректировка проекта в ходе его реализации и апробации. Остановимся подробнее на каждом этапе.
7 .Определение цели. При проектировании системы задач в качестве возможных частных целей можно выделить:
развитие мышления, памяти и др.;
формирование общеучебных умений и подготовка к освоению других дисциплин (например, специальных);
овладение знаниями по данной дисциплине и выход на более высокий уровень их усвоения;
обучение применению знаний на практике, формирование соответствующих умений и навыков, профессиональная ориентация и активизация соответствующей творческой деятельности.
Цель проектирования системы задач в высшей школе должна, по нашему мнению, в первую очередь соответствовать общей цели высшего профессионального образования - подготовке студента к будущей профессиональной деятельности1. Поэтому последний по порядку пункт в приведенном выше перечне мы ставим на первое место по его значимости. При этом способы достижения этой цели неодинаковы для разных предметов, в частности, для общеобразовательных, общепрофессиональных и специальных дисциплин.
2. Построение обобщенной модели системы. Элементы такой модели показаны на рис.5. Специфика предмета проявляется здесь не только в содержании знаний, наборе умений и т.п., но и в выборе критериев, по которым в данной системе выделяются основные типы задач. Такими критериями, в частности, могут быть: уровень сложности, степень трудности, способ решения (экспериментальные, расчетные, логические и т.п.), характер используемого теоретического материала и др.
