Введение к работе
Актуальность исследования. Одной из важных задач изучения химии в современной школе является развитие творческих способностей школьников, формирование их «индивидуальной траектории» с высоким уровнем мотивации дальнейшего самообразования, глубокими знаниями и умением применять и пополнять их. Решение этой задачи невозможно без создания на уроках химии «дидактического образа», который формируется в процессе демонстрации ярких и запоминающихся опытов, отражающих сущность химических явлений. Совершенствование техники и методики химического эксперимента предполагает одновременное обновление и модернизацию системы учебного оборудования. Особо остро проблема обновления учебного оборудования актуализировалась для сельской школы. Созданию учебного оборудования по различным разделам курса химии в школе и вузе посвящены работы В.П. Артемьева, В.Н. Верховского, А.А. Журина, Э.Г. Злотникова, Р.Н. Князевой, Т.С. Назаровой, П.А. Оржековского, И.Ф. Раздымарина, В.В. Сорокина, Г.В. Пичугиной, А.А. Цветкова, С.Г. Шаповаленко и многих других исследователей.
В настоящее время сельская школа испытывает значительные трудности. Они связаны с демографическим спадом, значительным сокращением финансирования, общим социально-экономическим состоянием села, существенным отставанием сельской школы по качеству обучения и оснащению кабинетов от городской. Сельская школа является малочисленной и имеет дефицит квалифицированного кадрового состава при малой наполняемости классов. Модернизация образовательного процесса в сельской школе идет по направлению «реструктуризации сети общеобразовательных учреждений, расположенных в сельской местности» (Постановление Правительства Российской Федерации от 17 декабря 2001 г. №871). Вместе с тем сельская школа всегда была центром культурной жизни села. Проблема создания качественной материально-технической базы сельской школы в этих условиях является весьма актуальной. Создание унифицированного комплекса учебного оборудования, учитывающего специфику сельской школы, на наш взгляд, будет способствовать повышению качества обучения химии в сельских школах.
Существенно повысить качество обучения химии в сельских школах не возможно без создания унифицированного комплекса учебного оборудования, учитывающего специфику сельской школы. Одной из важных составляющих комплекса учебного оборудования, как и всего предмета химии, является химический эксперимент. Реализация идеи разработки данного комплекса непосредственно связана с созданием химического эксперимента нового поколения на основе цифровых образовательных ресурсов (ЦОР). Анализ дидактико-методической литературы по проблеме исследования показал, что различным аспектам методики химического эксперимента на основе ЦОР посвящены исследования С.А. Волковой, М.А. Дмитриевой, М.В. Дорофеева, А.А. Журина, В.В. Загорского, А.И. Зиминой, И.С. Ивановой, А.Н. Лёвкина, Ю.Б. Стунеевой, Ю.В. Сурина и др. Химический эксперимент в полной мере использовался в исследованиях А.А. Журина, Т.С. Назаровой, П.А. Оржековского, В.С. Полосина, Ю.В. Сурина и др., посвящённых развитию познавательных интересов и творческих способностей учащихся, формированию химических понятий, умений и навыков, развитию познавательной активности школьников при обучении химии. Теоретические аспекты использования учебного химического эксперимента для развития самостоятельности учащихся при изучении школьного курса химии рассмотрены также в исследованиях В.П. Гаркунова, В.В. Загорского. Методология учебного химического эксперимента освещена в работах В.Н. Верховского, Н.Е. Кузнецовой, Т.С. Назаровой, В.С. Полосина, С.И. Созонова, Л.А. Цветкова, С.Г. Шаповаленко. Особенностям химического эксперимента посвящены исследования Э.Г. Злотникова, В.С. Полосина, А.Д. Смирнова, И.Н. Черткова, Л.А. Цветкова и других. И.В. Волкова изучала возможности применения количественных опытов в школьной практике с проецированием их на экран. Созданием и конструированием новых приборов, комплектов, лабораторных принадлежностей занимались такие ученые как В.Н. Алексинский, А.А. Грабецкий, Ю.М. Григорьев, В.Н. Лаврова, И.И. Лахметкин, Т.С. Назарова, В.Г. Прокопенко, И.А. Черняк. В иностранной литературе мы находим работы профессоров В. Обендрауфа и Р. Беккера, которые предлагают проводить эксперименты с помощью простых и недорогих приборов.
К созданию комплексов учебного оборудования на основе цифровых образовательных ресурсов предъявляются такие требования, как простота и безопасность приборов, компактность, унификация и минимизация. С.Г. Шаповаленко создал теорию комплексного использования средств обучения и химического эксперимента. А.А. Грабецким и К.Я. Парменовым предложена идея системы комплексов средств обучения. Эту идею мы развиваем в направлении совершенствования технического и методического обеспечения химического эксперимента. Особый интерес представляют работы В.Н. Алексинского, обосновавшего принципы отбора учебного оборудования и разработавшего на их основе комплекты для изучения химических производств. Вопросы ведения лабораторного хозяйства кабинета химии в городской школе, а также методика решения расчётно-экспериментальных и качественных задач подробно рассмотрены в исследованиях В.П. Гаркунова. Проблемой создания комплексов средств обучения на уроках химии занимались сотрудники НИИ ШОТСО АПН А.А. Грабецкий, Т.С. Назарова, В.Н. Лаврова, Л.С. Зазнобина. С.А. Волковой и Т.С. Назаровой созданы концептуальные основы мультидисциплинарных комплексов дидактических средств и успешно внедрены в практику средней и высшей школы. Комплексной оценке химических компетенций, в том числе экспериментальных, посвящены работы М.М. Шалашовой. Вместе с тем методика, обеспечивающая систематическое использование на уроках химии доказательного и эффективного учебного эксперимента, раскрывающая сущность химических явлений, недостаточно разработана в дидактике. Нами сделана попытка создания унифицированного комплекса учебного оборудования, с помощью которого можно осуществить применение химического эксперимента как традиционного, так и нового поколения. В данном комплексе мы учли специфику организации химического эксперимента в сельской школе, что позволяет организовать работу учителя и учащихся на доступном уровне и с минимальными затратами учебного времени. За последние 15-20 лет проблема создания учебно-материальной базы сельской школы исследовалась незначительно.
Таким образом, проведённый анализ состояния учебно-материальной базы сельской школы и современного уровня развития педагогической науки позволил выделить ряд противоречий между:
- требованиями Государственного образовательного стандарта, выражающими необходимость формирования творческой, способной к самообразованию личности, владеющей основами научного метода познания, и недостаточной разработанностью учебного химического эксперимента, предназначенного для организации реального процесса научного познания при изучении химии;
- направленностью Государственного образовательного стандарта на деятельностный компонент образования, позволяющий повысить мотивацию обучения, и отсутствием тематики, типологии и содержания экспериментов нового поколения, а также методических рекомендаций по их применению на уроках химии;
- обоснованной многочисленными дидактическими исследованиями необходимостью организации активной учебно-исследовательской деятельности учащихся, включающей самостоятельное изготовление приборов и выполнение эксперимента с ними, и имеющимися в распоряжении учителя химии материальными и временными ресурсами, не позволяющими организовать познавательную деятельность при изучении химии;
- разработкой новых средств обучения, включая ЦОР, и отсутствием целостной методики обучения химии на их основе.
Выделенные противоречия определили проблему исследования: разработка эффективной методики химического эксперимента на основе ЦОР на уроках химии в сельской школе.
Цель исследования: выявить способы эффективного использования комплекса учебного оборудования для организации демонстрационного и лабораторного химического эксперимента в сельской школе.
Объектом исследования является процесс обучения химии в сельской школе.
Предмет исследования – химический эксперимент в сельской школе с использованием комплекса учебного оборудования.
Гипотеза исследования: комплекс учебного оборудования будет способствовать эффективной организации учителем химического эксперимента в сельской школе, который спроектирован на основе принципов наглядности, научности, рациональности, конструктивной активности, эргономичности, экономической эффективности с учётом особенностей материально-технической базы школы и учебно-познавательной деятельности обучаемых.
Для достижения цели исследования и проверки рабочей гипотезы были выдвинуты следующие задачи исследования:
1) выявить основные тенденции использования химического эксперимента в сельской школе с помощью анализа дидактико-методической литературы и практики;
2) определить принципы и требования к проектированию, разработке и использованию комплекса учебного оборудования для организации химического эксперимента в сельской школе;
3) разработать комплекс для осуществления химического эксперимента в сельской школе и оценить его эффективность;
4) разработать методические рекомендации для учителей химии малокомплектных сельских школ по использованию комплекса учебного оборудования на основе ЦОР.
Методологическая основа исследования базируется на теории научной рациональности в дидактике химии (С.А. Волкова), технологиях создания и использования средств обучения химии (П.И. Беспалов, А.А. Грабецкий, Л.С. Зазнобина, А.А. Журин, Т.С. Назарова, С.Г. Шаповаленко) и исследованиях в области обучения химии в сельской школе (В.Г. Андросова, С.А. Волкова, Т.С. Назарова, Г.В. Пичугина, Г.Ф. Суворова, Р.Г. Суровцева и другие).
Для решения поставленных задач и проверки выдвинутой гипотезы использовались следующие методы исследования:
- теоретические: анализ и синтез психолого-педагогической и дидактико-методической литературы по проблеме исследования; изучение нормативных и программно-методических документов об образовании; теоретический анализ состояния исследуемой проблемы; проектирование и моделирование методики комплексного использования химического эксперимента;
- эмпирические: педагогическое наблюдение, интервьюирование и анкетирование, беседа, педагогический эксперимент, тестирование;
- методы качественного и количественного анализа экспериментальных данных: статистические методы обработки результатов и интерпретации данных.
Исследование проводилось в 2006–2010 гг. и включало три этапа.
На первом этапе (2006–2007 гг.) определены цель, объект, предмет, гипотеза, задачи исследования; исследовано состояние проблемы в психолого-педагогической, методической литературе и в практике обучения химии; определена методика констатирующего эксперимента; оснащенность кабинетов химии учебным оборудованием, выявлены основные тенденции применения комплекса средств обучения для организации демонстрационного и лабораторного химического эксперимента.
На втором этапе (2007–2009 гг.) произведен отбор химических опытов; разработан и научно обоснован комплекс средств обучения для организации демонстрационного и лабораторного химического эксперимента в сельской школе; предложены методические рекомендации применения данного комплекса; определены направления совершенствования средств обучения для проведения демонстрационного химического эксперимента.
На третьем этапе (2009–2010 гг.) осуществлён формирующий эксперимент; проведена экспериментальная проверка результативности разработанного комплекса в условиях сельской школы при изучении химии; осуществлены анализ и интерпретация результатов экспериментального исследования; сформулированы выводы.
Научная новизна исследования:
разработаны комплекты приборов, включающие в себя оборудование в необходимом и достаточном количестве, которое позволяет в простой и удобной форме эффективно организовать демонстрационный и лабораторный эксперимент на уроках химии в сельской школе, дифференцировать его, а также дать возможность проводить эксперимент нового поколения;
разработана техника и методика химического эксперимента нового поколения на основе цифровых образовательных ресурсов, которые позволяют проводить количественные исследовательские опыты, моделировать химические процессы и явления, а также повысить наглядность обучения при работе с небольшими количествами веществ (опыты по изучению влияния температуры на растворимость соли, на нахождение формулы этилового спирта; определению теплового эффекта химической реакции на примере реакции нейтрализации; определению температуры разложения вещества; определению тепловых эффектов возникающих при растворении веществ);
обоснован и применен принцип конструктивной активности, который позволяет учителю и учащимся, используя комплекс учебного оборудования, осуществлять вариативное и самостоятельное конструирование приборов для проведения химического эксперимента.
Теоретическая значимость исследования состоит в следующем:
выявлена и научно обоснована необходимость создания комплекса учебного оборудования для эффективной организации химического эксперимента в сельской школе;
развита теория создания и использования комплексов средств обучения для химического эксперимента в сельской школе: обоснован необходимый и достаточный набор средств обучения для создания комплекса на основе цифровых образовательных ресурсов.
Практическая значимость результатов исследования:
создан комплекс учебного оборудования для организации химического эксперимента, включающий в себя комплекты для демонстрационного и лабораторного химического эксперимента, который обеспечивает удобство использования учителем и учащимися, позволяет повысить качество обучения химии;
предложена методика химического эксперимента на основе разработанного комплекса для учителя химии сельской школы.
Положения, выносимые на защиту
-
Разработан комплекс учебного оборудования, в составе которого комплекты для демонстрационного и лабораторного эксперимента, включающие компьютерные датчики, унифицированное оборудование в минимально необходимом количестве, карты-инструкции. Комплекс создан и приспособлен к использованию в условиях малой группы на основе системы следующих принципов: наглядности, научности, рациональности, конструктивной активности, экономической эффективности, эргономичности.
-
Методика применения комплекса учебного оборудования, разработанного для сельской школы, важной особенностью которого является организация химического эксперимента нового поколения на основе цифровых образовательных ресурсов, способствует развитию творческих способностей учащихся в процессе учебно-познавательной деятельности на уроке и в системе дополнительного образования.
Апробация и внедрение результатов
Основные результаты исследования обсуждались и докладывались на Всероссийской научно-практической конференции химиков с международным участием «Актуальные проблемы модернизации химического и естественнонаучного образования» (г. Санкт-Петербург, 2011), Всероссийской научно-практической конференции «Инновационные процессы в области химико-педагогического и естественнонаучного образования» (г. Оренбург, 2009). Внедрение результатов исследования осуществлялось через публикацию статей, методических рекомендаций, проведение опытно-экспериментальной работы в МОУ «Фоминичская средняя общеобразовательная школа» Кировского района Калужской области, и участие в создании программного продукта для проведения химического эксперимента с компьютерными датчиками, апробацию разработанных программ в условиях школы.
По результатам исследования опубликовано 10 работ (общим объемом 3 п.л., личный вклад автора 1.5 п.л.), в том числе 3 (0,55. п.л., личный вклад автора) в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Объём и структура диссертации. Работа состоит из введения, трёх глав, выводов, заключения, списка литературы и приложений. Объём диссертации составляет 144 страницы, с учётом литературы и приложений –200 страниц. В диссертации представлены: таблиц – 27, рисунков – 38, диаграмм – 3. Список литературы включает 199 источников, в т.ч. 10 иностранных.
