Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Теоретические аспекты знакового моделирования в обучении химии
1.1. Логико-философский, психолого-педагогический аспекты содержания понятий «модель», «знаковая модель», «учебная знаковая химическая модель» 13
1.2. Структурно-содержательный анализ учебных знаковых моделей школьного курса химии 25
1.3. Дидактические функции учебных знаковых химических моделей 39
Глава 2. Методика использования учебных знаковых химических моделей для формирования обобщенных умений по химии 48
2.1. Обобщенные умения в содержании школьного курса химии 48
2.2. Деятельность по конструированию учебных знаковых химических моделей 62
2.3 Организация учебно-познавательной деятельности школьников по формированию обобщенных химических умений с использованием учебных знаковых химических моделей 90
Глава 3. Проверка эффективности использования учебных знаковых моделей для формирования обобщенных химических умений 113
3.1. Продуктивность использования учебных знаковых химических моделей в качестве средства наглядности при формировании обобщенных химических умений 114
3.2. Влияние использования учебных знаковых химических моделей на результативность решения обучающимися задач разной трудности 124
3.3. Влияние использования учебных знаковых химических моделей на способы переноса обучающимися обобщенных химических умений 129
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 136
БИБЛИОГРАФИЯ 138
- Логико-философский, психолого-педагогический аспекты содержания понятий «модель», «знаковая модель», «учебная знаковая химическая модель»
- Обобщенные умения в содержании школьного курса химии
- Продуктивность использования учебных знаковых химических моделей в качестве средства наглядности при формировании обобщенных химических умений
Введение к работе
Тенденции социально-экономического развития России заставляют переосмыслить цели школьного образования и по-новому сформулировать планируемые результаты образования. В «Концепции модернизации российского образования на период до 20 Юг» [101] обозначены приоритетные направления, в числе которых личностная ориентация, деятельностный характер, направленность содержания образования на формирование целостной системы универсальных знаний, умений, навыков, к которым относятся обобщенные способы учебной, познавательной, коммуникативной, практической, творческой деятельности. Подчеркнуто, что важнейшим принципом современного школьного обучения является фундаментализация знаний путем тщательного подбора учебного материала, и обобщение их с мировоззренческих позиций. В качестве главного результата рассматривается готовность и способность молодых людей, оканчивающих школу, нести ответственность, как за собственное благополучие, так и благополучие общества [182]. В этой связи стратегической целью деятельности педагога становится формирование у обучающихся компетентности как состоявшей личностного качества, позволяющего человеку успешно решать разнообразные задачи. Одним из условий формирования компетентности является формирование обобщенных способов учебной деятельности, поскольку «... именно способы деятельности и являются центральной составной частью компетенций. В учебных предметах с ведущим компонентом «научные знания» роль компетентностного подхода несколько ниже, чем в тех, где ведущий компонент - способы деятельности» [138, с.77]. Достижение этого нового, системного по своей сути, образовательного результата предполагает использование адекватных средств, которые имеют полифункциональный
характер. В качестве одного из таких средств могут выступать системы учебных знаковых моделей.
Знаковые модели широко распространены в практике обучения химии, тесно связаны с процессом формирования предметных знаний и умений, так как позволяют фиксировать некоторое общее существенное отношение между элементами учебного содержания и выступать как обобщенное средство обучения.
Мнение о том, что образовательный процесс должен быть направлен на формирование обобщенных умений, высказывают педагоги, психологи, методисты: Т.Н. Александрова, А.А. Бобров, С.А. Герус, В.В. Давыдов, Н.Е. Кузнецова, Н.А. Менчинская, Н.Ф. Талызина, А.В. Усова, И.С. Якиманская и др. [3,20,49, 59,102, 125,179-181, 217]
Проблема определения и назначения знаковых моделей в системе познания нашла отражения в работах философов: Б.А. Глинского, Б.С. Грязнова, В.К. Лукашевича, К.Е. Морозова, Л.О. Резникова, Л.В. Уварова, А.И. Уемова, И.Т. Фролова, В.А. Штоффа и др.[51, 118, 132, 15879, 177, 178,189,209-211].
Использование знаковых моделей в процессе формирования способов деятельности (умений) раскрывается в работах педагогов и психологов СИ. Архангельского, Л.С. Выготского, П.Я. Гальперина, М.В. Гамезо, В.В. Давыдова, В.П. Зинченко, С.Л. Рубинштейна, Н.Т.Салминой, Н.Ф.Талызиной, Л.М. Фридмана и др. [8, 36, 43, 44, 45, 77, 159, 163, 174, 187].
Разработке и использованию знаковых моделей в области методики преподавания химии посвящены работы: В.Н. Вивюрского, И.В. Герасимовой, С.А. Герус, А.А. Журина, Н.Е Кузнецовой, М.С. Пак, В.З. Течневой, О.В. Филатовой, Л.А. Цветкова, И.Н. Черткова, В.А. Шелонцеваи др. [33, 47 , 49, 70, 103, 108, 109, 142,174, 183, 136, 197, 205].
Однако, на наш, взгляд проведенные исследования не достаточно учитывают полифункциональный характер знаковых моделей и возможности их использования для формирования обобщенных химических умений как важного условия достижения нового качества образовательного результата. Таким образом, актуальность данной работы обусловлена необходимостью совершенствования методики применения знаковых моделей в обучении как полифункционального средства формирования обобщенных химических умений.
Цель исследования: повышение качества общеобразовательной подготовки по химии на основе методики использования учебных знаковых химических моделей как полифункционального средства формирования обобщенных химических умений.
Объект исследования: процесс обучения химии, направленный на формирование обобщенных химических умений.
Предмет исследования: процесс использования учебных знаковых химических моделей как полифункционального средства формирования обобщенных химических умений.
Гипотеза исследования: формирование обобщенных химических умений на основе полифункционального использования знаковых моделей будет способствовать повышению качества общеобразовательной подготовки, если
раскрыть дидактические функции знаковых моделей на основе анализа структурно - содержательных особенностей;
выявить этапы конструирования, разработать учебные знаковые модели и соответствующие им системы учебных химических задач;
3) разработать и внедрить методику использования учебных знаковых
химических моделей как полифункционального средства формирования
обобщенных химических умений.
Для достижения цели исследования и проверки гипотезы были поставлены следующие задачи:
Раскрыть содержание понятий «модель», «знаковая модель», обосновать возможность использования в методике обучения химии понятия «учебная знаковая химическая модель» на основе анализа философской, психолого-педагогической и методической литературы.
Выявить структурно-содержательные особенности, дидактические функции учебных знаковых химических моделей и возможности их реализации в обучении химии.
3. Разработать методику использования учебных знаковых химических
моделей как полифункционального средства формирования обобщенных
химических умений.
4. Раскрыть содержание деятельности учителя по конструированию
учебных знаковых химических моделей и организации на их основе
учебно-познавательной деятельности обучающихся, направленной на
формирование обобщенных химических умений.
5. Провести экспериментальную оценку влияния методики использования
учебных знаковых моделей как полифункционального средства
формирования обобщенных химических умений на качество
общеобразовательной подготовки по химии.
Методологическую основу исследования составляют: положение системного подхода о том, что компоненты образовательного процесса находятся во взаимосвязи друг с другом (А.И. Уемов, И.Б. Новик, Ю.А. Конаржевский);
- положение деятельностного подхода о том, что обучение должно осуществляться с учетом зоны ближайшего развития ученика (Л.С. Выготский, П.Я. Гальперин, Н.Ф. Талызина).
- положения теории учебной деятельности о том, что учение - это деятельность по освоение содержательных обобщений (А.Н. Леонтьев), а
усвоение школьниками теоретических знаний и соответствующих им умений и навыков происходит при решении учебных задач (В.В. Давыдов, В.П. Зинченко, Н.А. Менчинская, Г.И. Щукина, Д.Б. Эльконин).
Организация, база и этапы исследования. Экспериментальная работа осуществлялась в три этапа на базе школ № 48, 109, 139, 162, 157 г. Омска.
На первом этапе (2002 - 2003 гг.) проводилось теоретическое исследование проблемы знакового моделирования в процессе обучения химии; изучалась философская, психолого- педагогическая и методическая литература, диссертационные исследования по проблемам использования знаковых моделей и формирования обобщенных химических умений. На основании существующих концепций и теорий были сформулированы цель, объект, предмет, гипотеза и задачи исследования, разработан понятийный аппарат, определена методологическая основа исследования, обоснован выбор методик. Изучался опыт использования знаковых моделей и формирования обобщенных умений при обучении химии и другим учебный предметам.
На втором этапе (2003 - 2005 гг.) разрабатывалась и внедрялась в
практику обучения методика использования учебных знаковых
химических моделей как полифункционального средства формирования обобщенных химических умений.
На третьем этапе (2005 - 2007 гг.) систематизировались и обобщались полученные результаты, уточнялись выводы, разрабатывались методические рекомендации, осуществлялось распространение опыта использования учебных знаковых химических моделей как средства формирования обобщенных химических умений, оформлялись результаты диссертационного исследования.
Научная новизна исследования заключается в системном рассмотрении учебных знаковых моделей в качестве
полифункционального средства формирования обобщенных химических умений, которое позволило:
Расширить содержание понятий «знаковая модель», «информационная модель» за счет введения понятия «учебная знаковая химическая модель», позволяющего рассматривать модель как полифункциональное средство формирования обобщенных химических умений.
Конкретизировать использование в методике обучения химии понятий «знаковая модель» и «знаково-символическая модель» за счет анализа содержания понятий «знак» и «символ».
3. Провести структурно-логический анализ обобщенных химических
умений, представить их в виде учебных знаковых моделей и дать
количественную интерпретацию их структурных особенностей.
3. Экспериментально обосновать необходимость и достаточность комплекса критериев эффективности методики использования учебных знаковых химических моделей как полифункционального средства формирования обобщенных химических умений.
Теоретическая значимость исследования состоит в дальнейшем развитии теоретических основ методики обучения химии, а именно:
1. В разработке методики использования учебных знаковых химических
моделей как полифункционального средства формирования обобщенных
химических умений.
2. В выявлении критериев оценки эффективности разработанной
методики.
Практическая значимость исследования определяется: 1. Разработкой и внедрением в процесс обучения химии учебных знаковых химических моделей в виде схем, алгоритмических блок-схем, граф-деревьев, направленных на пооперационное, пооперационное с пошаговым обобщение.
2. Разработкой и внедрением в процесс обучения химии систем учебных
химических задач, направленных на применение УЗХМ как средства
формирования обобщенных химических умений.
Разработкой программы и учебно-методического обеспечения элективного курса «Знаковые модели в курсе химии».
Повышением качества общеобразовательной подготовки по химии, которое заключается в полноте формирования операционного состава обобщенных умений по химии, в переносе обучающимися обобщенных умений в различные учебные ситуации.
Основные положения, выносимые на защиту:
Использование учебных знаковых химических моделей при обучении химии как полифункционального средства формирования обобщенных химических умений позволяет достигать нового качества образовательного результата.
Применение методики использовании УЗХМ как полифункционального средства формирования обобщенных химических умений позволяет реализовать следующие функции учебных знаковых химических моделей: формирование содержания и структуры знаний и умений; организация учебно-познавательной деятельности учащихся; реализации методов обучения.
Количественная интерпретация структурных особенностей учебных знаковых химических моделей и структур обобщенных химических умений, позволяет дифференцировать деятельность обучающихся по сложности и трудности.
Достоверность экспериментальных результатов оценивалась методами математической статистики с использованием критерия Фишера (ф * -угловое преобразование Фишера) и критерия тенденций Джонкира (S). Обсуждение результатов исследования осуществлялось:
-посредством публикации научных и методических материалов в журнале «Наука и школа» (Москва, 2000г., 2007г.); сборниках научных трудов (Омск, 2004г, 2005г, 2007г);
- посредством выступлений на научно-практических конференциях разного уровня: международной - «Теоретико-методологические основы совершенствования естественнонаучного и технологического образования в школе и педвузе» (Челябинск, 2006); всероссийских - «Методология и методика формирования научных понятий у учащихся школ и студентов ВУЗов» (Челябинск, 2003, 2004); городских - «Актуальные проблемы изучения естественнонаучных и гуманитарных дисциплин в образовательных учреждения г. Омска» (г. Омск, 2003); «Применение современных информационных технологий в образовании» (Омск, 2003); августовском совещании работников образования «Обновление содержания в современных условиях» (Омск, 2004); 9-х научно-педагогических чтениях факультета социальной педагогики (Москва,2006). Публикации. По материалам диссертации опубликовано 6 работ. Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, библиографии и приложений.
Логико-философский, психолого-педагогический аспекты содержания понятий «модель», «знаковая модель», «учебная знаковая химическая модель»
Для того чтобы четко определить место и роль моделей в образовательном процессе по химии, необходимо дать как можно более полное описание и классификацию их гносеологических функций, сформулировать определение понятия «модель» с точки зрения теории познания.
Термин «модель» происходит от латинских слов modus, modulus и свое первоначальное значение - образец, макет - приобрел в строительном деле, а затем в изобразительном искусстве. Так, в одном немецком словаре 1739г. моделью называется всякое вещественное изображение какой-либо вещи, ее представление другой вещью, меньшей по своему масштабу, причем это малое тело могло быть изготовлено из иного материала, чем оригинал [210].
Анализ философской литературы .[51, 118, 132, 157, 177, 178, 184, 185, 189, 209-210] показывает, что термин «модель» употребляется, прежде всего, в двух различных прямо противоположных научных значениях: в значении некоторой теории (математика, аналитическая геометрия Ферма и Декарта); в значении чего-то такого, к чему теория относится, т.е. что она описывает или отражает (науки о природе: астрономия, механика, химия, биология, физика).
Употребление термина «модель» в значении теории является не полным, хотя, безусловно, отражает некоторые сходные черты. Такое использование термина модель указывает на наличие в ней упрощений, абстракций, отвлечений свойственных теориям. Однако в таком употреблении не раскрывается специфика метода моделирования в решении логико-гносеологических проблем, которая заключается не в уровне упрощений, не в степени абстракции, не в количестве достигнутых абстракций, а в способе их выражения, характерном для моделей [189, с. 122]. Такое понимание модели не учитывает возможность исследования теорий, гипотез, отражения и даже познания в целом уже в качестве объектов моделирования [207, с. 126].
В рамках данной диссертационной работы понятие «модель» раскрывается согласно второму значению. В этом случае под моделью в широком смысле В.А. Штофф понимает «мысленно или практически созданную структуру, воспроизводящую ту или иную часть действительности в упрощенной (схематизированной или идеализированной) и наглядной форме». [210, с. 17] Модель в этом случае выступает как некоторая идеализация, упрощение действительности.
В узком смысле термин «модель» применяют тогда, когда хотят изобразить некоторую область явлений с помощью другой, более хорошо изученной, другими словами хотят свести непонятное к понятному. Такое понятие модели сливается с понятием о физической аналогии как «отношении сходства систем, состоящих из элементов разной физической природы, но обладающих одинаковой природой» [118, с.8].
Из этих определений вытекает неотъемлемое свойство всех моделей: все модели состоят в некотором отношении сходства с оригиналом. Эти отношения, как отмечается в вышеприведенном определении, не являются природными, но имеют объективную основу - материальное единство мира и его закономерностей. Именно это обстоятельство наделяет модели гносеологическими функциями.
В отношениях «модель-оригинал» определенное место занимает познающей субъект [15, 118, 210 ]. В случае создания модели субъект в зависимости от цели использования модели переносит на нее известную информацию об объекте познания, устанавливая между ними корреляционное отношение. Также он четко фиксирует уровень и форму, в которой устанавливается сходство модели с оригиналом. В связи с этим К.В. Вюстнек [210, с. 17] отмечает, что модель как таковая может быть определена только в отношении определенного оригинала и определенного субъекта, что отражает трехместный характер модельного отношения.
В определении понятия «модель» существенным следует считать отражение отношения сходства между оригиналом и моделью, а также факт его установления субъектом познания «до и независимо от результатов последующего использования модели» [118, с. 116]. Именно это, а также особый характер динамики отношения «модель - оригинал», позволяют отличать ее от вышеуказанных структурно и функционально сходных форм знания и средств познания. Из этого следует, что модель специфическая, качественно своеобразная форма и одновременно средство научного познания [24, 210]; находится в определенном отношении к другой системе (оригиналу, объекту)[53, с.ПЗ]; уровень и глубина этого отношения определяется целями познания [185].
Исследуя модель методом мысленного или реального эксперимента, субъект получает новую информацию, которую с соблюдением установленной в исходной ситуации зависимости переносит на оригинал. Осуществляя это, субъект оперирует новой, полученной в ходе исследования модели информацией, не известной ему до этого.
Изложенные свойства моделей представлены в следующих определениях модели. Модель система, исследование которой служит для получения информации о другой системе. (К.В. Вюстнек) [210, с.43]; объект любой природы, который способен замещать исследуемый объект так, что его изучение дает новую информацию об объекте. (ЬС.Е. Морозов) [132, с.40];
Обобщенные умения в содержании школьного курса химии
В педагогической психологии, общей дидактике, частных методиках, в том числе в методике обучения химии, много внимания уделяется проблемам формирования у школьников умений. Существуют разные трактовки содержания понятия «умение» [3, 20, 37, 49,103,180], которые представлены в табл. 4.
В данном диссертационном исследовании обобщенные умения с одной стороны рассмотрены как характеристика действий в составе умения (по С.А. Герус). В основе лежит положение о том, что каждое сформированное умение обладает обобщенностью, сокращенностъю и освоенностью.
В понимании П.Я. Гальперина [43]обобщенность действия это мера дифференцировки деятелем существенных признаков предмета от несущественных. Н.Ф. Талызина сформулировала сущность обобщенности действия иначе: «Обобщенность действия определяется как отношение количества субъективно возможных предметов действия к количеству объективно возможных, при которых достижим желаемый результат» [172, с.74]. Сокращенностъ характеризует отношение количества операций, выполняемых на некотором этапе формирования, к первоначальному количеству операций, принимаемых за максимальное. Освоенность - характеристика, включающая в себя признаки субъективной легкости его процесса, быстроту выполнения и «автоматизированность», т.е. совершение действия без актуального осознания производимых операций [37].
С другой стороны обобщенные умения рассмотрены как высший уровень сформированности умений (по А.В. Усовой). Анализируя уровни усвоения (сформированности) понятий, которые выделены Н.А Минчинской, А.В. Усова пишет: «Возникает необходимость в выделении более высокого уровня (5-го) усвоения понятий, который характеризуется установлением связей понятия, формируемого при изучении какого-либо одного предмета с понятиями, сформированными у учеников в процессе изучения других предметов. Этот уровень характеризуется установлением связей между понятиями различных систем и предметов. На этом уровне характерна более высокая степень обобщенности понятия, умения оперировать понятиями в решении задач творческого характера» [179, с.56]. Далее А.В. Усова пишет о необходимости решения задачи « ... не только сообщения учащимся новых знаний, но и формирования у них умения самостоятельно приобретать знания на основе овладения рациональными приемами познавательной деятельности. В таком случае возможно формирование обобщенных умений - умений, обладающих свойством широкого переноса, умений, которыми учащийся может пользоваться при решении широкого класса задач, сходных по своему характеру» [181, с. 17].
С.А. Суровикина продолжила эту мысль, выделив на основе деятельностного подхода критерии сформированности учебно-познавательных умений [171, с. 169-170]. Согласно им, овладев обобщенным умением, учащийся полностью самостоятельно выполняет все необходимые действия и операции в составе деятельности по выполнению умения. С.А. Суровикина описывает технологию формирования обобщенных экспериментальных умений по физике и технологию формирования обобщенного умения решать физические задачи, построенные на принципах деятельностного подхода, на положениях теории развивающего обучения. Главный принцип формирования обобщенных умений, пишет С.А. Суровикина, -разумность, научная обоснованность выполнения учащимися действий в структуре деятельности, высокая самостоятельность учащихся.
По мнению Т.Н. Александровой, А.А. Боброва, С.А. Герус, Н.Е. Кузнецовой, Н.Ф. Талызиной, А.В. Усовой, И.С. Якиманской и др. [3, 20, 49, 103, 180, 217] сформированность обобщенных умений проявляется в сознательности, интеллектуальности, целенаправленности, плановости, прогрессивности, практической действенности, вариативности способов достижения цели. Обобщенные умения формируются на понимании научных основ и структуры деятельности. Обобщенные умения обеспечивают продуктивную деятельность.
Продуктивность использования учебных знаковых химических моделей в качестве средства наглядности при формировании обобщенных химических умений
Как было показано в главе 1, УЗХМ могут иметь различную форму представления: логические схемы, блок-схемы учебных алгоритмов, граф - схемы, отражающие вычислительные и невычислительные способы деятельности, и другие формы.
Любая УЗХМ, выраженная в той или иной форме, является наглядным средством обучения, которое используется в процессе обучения параллельно с другими традиционными средствами наглядности. Для оценки влияния разработанных УЗХМ на продуктивность формирования у школьников обобщенных химических умений был проведен педагогический эксперимент по следующей методике.
В эксперименте участвовали обучающиеся 8, 9-х классов. В каждой параллели один класс экспериментальный, другой контрольный. Контроль уровня и качества сформированности обобщенных химических умений оценивался с помощью специально разработанных заданий по каждой теме учебного курса.
Из каждого класса случайным образом были выбраны учащиеся, образующие контрольную (КГ) и экспериментальную (ЭГ) группы, результаты которых подвергали статистической обработке.
В качестве статистического критерия данной экспериментальной серии использовали непараметрический критерий Фишера (ср -угловое преобразование Фишера). Указанный статистический критерий предназначен для сопоставления двух выборок по частоте встречаемости интересующего исследователя эффекта. Критерий оценивает достоверность различий между процентными долями двух выборок, в которых зарегистрирован интересующий нас эффект.
Суть углового преображении критерия Фишера состоит в переводе процентных долей в величины центрального угла, который измеряется в радианах. Большой процентной доле будет соответствовать большой угол ф, а меньшей доле - меньший угол. Указанные величины связаны следующим отношением (3): где р і - угол, соответствующий большей процентной доле; (р 2 . угол, соответствующий меньшей процентной доле; W/ - количество наблюдений в выборке 1; п2 - количество наблюдений в выборке 2. При увеличении расхождения между углами (pi и ср2 и увеличения численности выборок значение критерия возрастает. Чем больше величина ср , тем более вероятно, что различия статистически значимы. Для получения достоверных выводов формулируются следующие статистические гипотезы:
Нулевая гипотеза (Но): Доля учащихся, у которых проявляется исследуемый эффект, в экспериментальной группе не больше, чем в контрольной.
Альтернативная гипотеза (Hi): Доля учащихся, у которых проявляется исследуемый эффект, в экспериментальной группе больше, чем в контрольной.
Полученные в эксперименте (р эмп сравнивают с критическими значениями р крит. При условии (р ЭМп 9 кРит сравниваемые выборки значимо отличаются по измеряемому признаку [167, с. 158 -177].
Отличие обучения в контрольной и экспериментальной группах заключалось в том, что в ЭГ для целенаправленного формирования обобщенных химических умений использовались разработанные УЗХМ, представленные в виде наглядных средств, параллельно с традиционными средствами (таблицы, схемы, модели). Обучение школьников в КГ осуществлялось только с помощью традиционных наглядных средств, представленных в школьных учебниках химии.
