Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ РАССМОТРЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО КОМПОНЕНТА В ШКОЛЬНОМ КУРСЕ ХИМИИ 10
1.1. Отражение в методической литературе проблемы рассмотрения экологического компонента в школьном курсе химии 10
1.2. Сущность системного подхода к рассмотрению химических и экологических знаний учащихся 33
1.3. Психолого-педагогические основы рассмотрения экологического компонента в системе химических знаний 44
ГЛАВА 2. МЕТОДИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ВКЛЮЧЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО КОМПОНЕНТА В СОДЕРЖАНИЕ ШКОЛЬНОГО КУРСА ХИМИИ С ЦЕЛЬЮ ИЗУЧЕНИЯ ЕГО ВЛИЯНИЯ НА ФОРМИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ ХИМИЧЕСКИХ ЗНАНИЙ 54
2.1. Формы, методы и средства включения экологического компонента в курс химии на основе системного выражения содержания обучения 54
2.2. Использование задач и экспериментальных работ с экологическим содержанием для включения экологического компонента в курс химии 68
2.3. Методическая модель формирования системы химических и экологических знаний 76
ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО КОМПОНЕНТА СОДЕРЖАНИЯ НА УСВОЕНИЕ УЧАЩИМИСЯ СИСТЕМЫ ХИМИЧЕСКИХ ЗНАНИЙ 92
3.1 . Содержание констатирующего этапа педагогического исследования . 92
3.2.Содержание и результаты формирующего этапа педагогического исследования. 100
Заключение 126
Использованная литература 128
Приложение
- Отражение в методической литературе проблемы рассмотрения экологического компонента в школьном курсе химии
- Формы, методы и средства включения экологического компонента в курс химии на основе системного выражения содержания обучения
- Содержание констатирующего этапа педагогического исследования
Введение к работе
Актуальность исследования В условиях социально-экономического, технологического и культурологического преобразования российского общества формирование прочных химических и экологических знаний учащихся, развитие их мышления являются одной из приоритетных задач общего образования
Постоянно увеличивающийся объем новой химической, экологической, производственно-технической информации требуют от школьников усвоения все большего числа теорий, законов, понятий В то же время многочисленные наблюдения и исследования показывают, что интерес учащихся к изучаемым предметам, в частности к химии, падает Одним из возможных путей повышения уровня химических знаний является включение в курс химии экологического компонента, содержащего сведения из окружающей учащихся действительности
Вопросы экологизации образования представлены в работах В М Назаренко, Д П Ерыгина, Г В Лисичкина, Л А Коробейниковой, Г М Чернобедьской, Н Е Кузнецовой и др Ими выделены основные разделы химии, при изучении которых возможно формирование экологических знаний Показано, что полноценные представления об окружающей среде, процессах, протекающих в ней, и изменениях, вызываемых деятельностью человека, невозможны без химических знаний В этих работах также рассматриваются различные методы и формы эффективного усвоения экологических знаний
Имеется ряд исследований, в которых подчеркивается, что без обобщенного осмысления содержания естественнонаучных понятий в сознании учащихся возникают разрозненные знания, которые перегружают память и снижают качество знаний и интерес учащихся к химии (Н Ф Талызина, Л Я Зорина, О С Зайцев, 3 А Решетова, Т А.Сергеева, Т С Назарова, Н Г Салмина, П И Беспалов и др ) Поэтому актуальной является проблема разработки подхода, позволяющего рассматривать химические и экологические знания в единой системе и исследования влияния экологического компонента такой системы на усвоение химических знаний
Таким образом, актуальность предлагаемого исследования обусловлена противоречиями между
-потребностями общества в высоком уровне химической и экологической подготовки выпускников школ и недостаточной изученностью влияния экологического компонента содержания курса химии на успешное формирование системы химических знаний,
-необходимостью взаимосвязанного рассмотрения системы химических и экологических знаний и недостаточной разработанностью этого вопроса в методической литературе
Цель исследования - разработать методику, повышающую эффективность усвоения учащимися системы химико-экологических знаний под влиянием включения в содержание курса химии экологического компонента
Объект исследования - методика изучения учащимися курса химии с экологическим компонентом
Предмет исследования - влияние экологического компонента на усвоение учащимися системы химических знаний на основе системы науки химии
Гипотеза исследования - если усилить экологический компонент на основе многостороннего рассмотрения химико-экологического содержания школьного курса химии, то это будет способствовать усилению мотивации изучения химии и приведет к повышению эффективности усвоения системы химических знаний с одной стороны и экологического содержания - с другой
Для достижения цели исследования и проверки гипотезы требовалось решить следующие задачи
1 Отобрать темы курса химии, на материале которых более отчетливо можно выявить влияние экологического содержания на усвоение химических знаний
Разработать содержание этих тем на основе единства пяти блоков содержания
Провести констатирующее исследование для определения состояния экологических знаний учащихся при обучении химии
Провести педагогическое исследование по выбранным темам с целью изучения влияния экологического компонента на усиление мотивации изучения химии и усвоение химических знаний
Для решения поставленных задач использовались следующие методы исследования: анализ методологической, нсихолаго-ледагогической, учебно-методической литературы по проблеме исследования, анкетирование учителей школ с целью изучения вопроса о формировании экологических знаний при обучении химии, изучение уровня знаний учащихся методом тестирования, обработка результатов педагогического исследования
Методологической основой исследования послужили основные положения системного подхода к обучению (Н Ф Талызина, Л Я Зорина, О С Зайцев, Т А Сергеева, 3 А Решетова и др), деятельностного подхода к организации учебного процесса (С Л Рубинштейн, Л С Выготский, П Я Гальперин, Н Ф Талызина), труды по проблеме формирования экологических знаний (В М Назаренко, Д П Ерыгин, Г В Лисичкин, Г Н Фадеев, Е И Тупикин и другие), теории формирования системы принципов, форм, методов и средств обучения (М Н Скаткин, Л В Занков, И Я Лернер, Г М Чернобельская, С Г Шаповаленко, Т С Назарова, А М Матюшкин, А М Сохор, Е Е Минченков, П А Оржековский, М С Пак, П И Беспалов, Ю К Бабанский, С И Векслер, Р Г Иванова, Н М Яковлев, Ю Б Зотов, В А Онищук и др )
Этапы исследования. На первом этапе (1999-2000 гг) были определены цели и задачи исследования, проведен анализ методической, учебной и научной литературы по проблеме исследования, на втором этапе (1999-2001 гг) -констатирующем - проводилось тестирование учащихся и анкетирование учителей школ с целью изучения сформированности экологических знаний и проблем, возникающих при их формировании Также на данном этапе была разработана модель экологизированного изучения химии и методические рекомендации На третьем этапе (2001-2002 гг) - формирующем - была изучена эффективность усвоения учащимися химико-экологических знаний по предложенным методическим рекомендациям, включающим экологический компонент, и проведена их корректировка, разработана программа экологизированного курса химии для 8-11 классов общеобразовательных учреждений На последнем этапе
(2003 - 2006 гг) проведен качественный и количественный анализ педагогического исследования, обработаны результаты, подведены основные итоги исследования, сформулированы выводы
Научная новизна исследования; показано положительное влияние экологического компонента на усвоение химического материала, определено содержание экологического и химического учебного материала на основе его рассмотрения с точки зрения пяти блоков содержания 1) о химической экологии, 2) строении вещества, 3) периодическом изменении свойств элементов и их соединений, 4) направлении химических процессов (химическая термодинамика), 5) скорости химических процессов (химическая кинетика), выяснена эффективная совокупность методов, форм и средств, способствующих оптимальному усвоению курса химии с экологическим компонентом
Теоретическая значимость: разработана методическая модель, использование которой в учебном процессе позволяет повысить эффективность усвоения химико-экологических знаний через усиление экологического компонента, результаты исследования могут быть использованы для дальнейшего совершенствования экологизации предметов естественнонаучного цикла
Практическая значимость исследования созданы методические материалы для учителей по эффективному формированию у учащихся химических и экологических знаний - программа, методические разработки к курсу, обучающие и контролирующие задания и упражнения, которые могут широко использоваться при составлении учебно-методических пособий по химии, а также для проведения различных спецкурсов, факультативов, кружков
Достоверность результатов и выводов работы подтверждается анализом исследуемой проблемы в психолого-педагогической и методической литературе, выбором методов, адекватных целям исследования, результатами педагогического исследования, обработкой экспериментальных данных и внедрением методических рекомендаций в работу отдельных школ
На защиту выносятся следующие положения
1 Химико-экологическое содержание школьного курса химии усваиваются
учащимися более успешно, если оно представлено в единой системе, включающей
блоки о химической экологии, строении вещества, периодическом изменении
свойств элементов и их соединений, направлении химических процессов
(химическая термодинамика), скорости химических процессов (химическая
кинетика)
2 Экологический компонент содержания курса химии является
мотивирующим фактором, оказывающим существенное положительное влияние
на усвоение химических знаний
Апробация исследования и внедрение полученных результатов. Апробация исследования осуществлялась в ходе педагогического эксперимента, основные положения и результаты обсуждались и были одобрены на Международной научной конференции "Environmental Education Human being m Environment" (г Щецин, Польша, 2000, 2005 г), Всероссийской научно-практической конференции химиков-педагогов с международным участием (г Санкт-Петербург, 2001, 2002, 2003, 2004, 2005, 2006 гг), Всероссийской научно-практической конференции "Дидактико-методические аспекты современного
урока" (г Армавир, 2007 г), Всероссийской научно-практической конференции "Интеграция региональных систем образования" (г Саранск, 1999, 2000 гт), Огаревских чтениях в Мордовском государственном университете (г Саранск, 1999, 2000, 2001, 2002, 2003, 2004, 2005, 2006, 2007 гг), конференциях молодых ученых Мордовского государственного университета (г Саранск, 1999, 2000, 2001, 2002, 2003, 2004, 2005, 2006, 2007 гг ) и отражены в публикациях автора
По материалам диссертации опубликованы 19 статей (из них 4 - в центральной печати, 15 - в трудах конференций) и 3 тезисов докладов Педагогическое исследование доказало доступность методических рекомендаций для учащихся и эффективность формирования химических и экологических знаний
Структура диссертации Работа состоит из введения, трех глав, заключения, списка использованной литературы и приложений Ее основное содержание изложено на 141 странице Полный текст диссертации состоит из 195 страниц В работу включены 17 таблиц, 1 рисунок, 1 схема, 3 диаграммы Список использованной литературы содержит 173 наименования
Отражение в методической литературе проблемы рассмотрения экологического компонента в школьном курсе химии
Перед современным человечеством стоят огромные и разнообразные задачи, но особенно важной является сохранение среды обитания человека. Один из путей ее решения - включение экологического компонента в содержание курса химии. Формирование экологических знаний учащихся на всех этапах обучения является приоритетной задачей и предусмотрено концепцией школьного химического образования [115], обязательным минимумом содержания среднего (полного) общего образования [105], а также проектом федерального компонента государственного стандарта по химии для основного общего и среднего образования (базовый и профильный уровни) [130].
Рассмотрение экологического компонента должно быть заложено в содержание программ, учебно-методических пособий, лабораторных практикумов, расчетных задач и осуществляться при изучении пропедевтических (7 класс), основного (базового) и среднего (полного) курсов химии, а также интегрированных и факультативных курсов.
Пропедевтические курсы химии представляют собой краткие вводные курсы, которые должны создавать у школьников устойчивую мотивацию и готовить их к изучению базового курса химии. Согласно концепции школьного химического образования [115] основной задачей подобных курсов является формирование у учащихся первоначального представления о мире на основе сообщения им некоторых химических знаний. В работах современных исследователей рассматриваются различные аспекты этой проблемы. Так, в соответствии с концепцией [115], в работе [156] одной из основных задач преподавания пропедевтического курса Г.М.Чернобельская, А.И.Дементьев, И.В.Тригубчак рассматривают воспитание у учащихся бережного отношения к природе. По мнению В.М. Назаренко и З.В.Малыхиной [96], чем раньше ученик будет введен в сферу экологических проблем, тем эффективнее будет протекать процесс воспитания у него ответственного отношения к природе. Разработанная ими программа курса "Химия и экология" для седьмого класса закладывает основы для восприятия базового курса химии с позиций экологической проблематики, приобщает учащихся к видению химических аспектов экологии. Практическая часть курса способствует использованию нетрадиционных методов обучения (экологическое прогнозирование, конструирование, моделирование и др.).
Проблема включения экологического компонента в содержание основного (базового) и среднего (полного) курсов химии рассматривается в работах многих исследователей. Так, в работах Д.П. Ерыгина и В.М.Назаренко [33], а также Д.П.Ерыгина, М.Б.Дьяковой, Р.А.Петросовой [32] предлагается рассмотрение экологических знаний на межпредметной основе с дисциплинами естественно-научного цикла. В соответствии с ним В.М.Назаренко разработана программа экологизированного курса химии для средней общеобразовательной школы (VIII-XI классы) [86,87], при реализации которой предлагается учитывать межпредметные связи химии с зоологией, ботаникой, анатомией, географией.
При разработке экологического содержания некоторых тем школьного курса химии ("Периодический закон и периодическая система химических элементов Д.И.Менделеева", "Подгруппа азота", "Спирты и фенолы" [89], "Подгруппа кислорода", "Сложные эфиры. Жиры" [90], "Металлы" [91], "Азотсодержащие органические соединения" [92] В.М.Назаренко учитывались такие критерии отбора понятий для раскрытия химического аспекта экологических проблем, как минимальная достаточность числа понятий в соответствии с уровнем образования, возможность формирования интегрированной понятийной системы для экологизации курса химии, способность понятийной системы определять необходимое экологическое содержание учебного предмета, доступность для учащихся понятийного аппарата на каждом этапе обучения, возможность развития, расширения и углубления понятий [88].
Рассмотрение экологических знаний как прикладных предлагается Р.Г.Ивановой, А.А.Кавериной и А.С.Корощенко в работе [55] и реализуется в школьных учебниках химии этих же авторов [53, 54]. Прикладные химико-экологические аспекты использования различных соединений раскрываются в трудах Г.Н.Фадеева [151], а также А.В.Очкина и Г.Н.Фадеева [106] при рассмотрении использования веществ в различных областях деятельности человека (промышленности, медицине, сельском хозяйстве и т.д.).
К данному способу включения экологических знаний в курс химии могут быть также отнесены работы Н.В.Егоровой [31] и Е.В.Ефимовой, Л.В.Чупановой, Л.Г.Наумовой, Б.М.Миркина [36].
Проблеме формирования экологических знаний при изучении химии в 8-9 классах в учебных заведениях при воспитательных учреждениях для детей-сирот уделяется внимание в работах Е.И.Тупикина, Б.Е.Коренфельда и С.К.Миначенко [146, 147]. Ученые предлагают два уровня усвоения экологических представлений: знания - знакомства и знания - копии, что обусловливается психологическими особенностями развития и поведения детей в данных учреждениях. Большое внимание уделено практическому использованию различных органических и неорганических соединений, их влиянию на здоровье человека и природные экологические процессы. Авторами разработаны также вопросы с экологическим содержанием для закрепления изученного, лабораторные опыты и практические работы с использованием биологических объектов (перо птицы, волосы, шерстяное волокно, картофель, растительные и животные жиры).
Формы, методы и средства включения экологического компонента в курс химии на основе системного выражения содержания обучения
Для успешного формирования химических и экологических знаний учащихся важнейшее значение имеет определение организационных форм обучения. Главнейшей формой обучения в общеобразовательной школе является урок. Анализируя литературные источники по данному вопросу, необходимо отметить, что существуют различные определения понятия "урок", но наиболее приемлемым, на наш взгляд, является определение, данное М.И. Махмутовым в работе [75], где под уроком понимается динамическая вариативная форма организации процесса целенаправленного взаимодействия (действия и общения) определенного состава учителей (преподавателей) и учащихся, включающая содержание, формы, методы и средства обучения и систематически применяемая (в одинаковые отрезки времени) для решения задач образования, развития и воспитания в процессе обучения. Значимость этого определения с точки зрения деятельностной теории учения обусловливается тем, что урок представляется как вариативная и постоянно развивающаяся форма организации процесса целенаправленного взаимодействия (действия и общения) учителей и учащихся.
Классификации уроков посвящено большое число научных работ, анализ которых позволяет выделить основные типы уроков в соответствии с дидактической целью. Многими учеными, такими как Р.Г.Иванова [52], Н.М.Яковлев и А.М.Сохор [168], Ю.Б.Зотов [50], В.А.Онищук [103], предлагаются четыре типа уроков:
1) изучения нового материала;
2) совершенствования знаний и умений учащихся;
3) проверки, учета и оценки знаний и умений учащихся;
4) комбинированные уроки.
Представление о специфике урока химии, проводимого на основе деятельностнои теории учения, будет неполным, если не выделить его виды. Наиболее целесообразным является деление уроков на виды по характеру деятельности учителя и учащихся. Разнообразие типов и видов уроков химии представлено в Таблице 3 .
Представим конкретные виды уроков, способствующих наиболее оптимальному формированию знаний учащихся при изучении химии на основе системного рассмотрения учебного содержания и теории поэтапного формирования умственных действий.
Уроки-лекции в разработанной нами системе формирования химико-экологических знаний служат для изучения основ науки химии, ее внутрипредметных связей путем многостороннего системного рассмотрения химико-экологических объектов. Лекция создает мотивацию для изучения материала, закладывает предпосылки к созданию проблемных ситуаций и служит разъяснению ориентировочной основы будущей познавательной деятельности. Мотивация включает познавательные и социальные мотивы, которые заключаются в том, что изучаемое химическое содержание с экологическим компонентом является личностно- и социально-значимым, позволяет показать различные экологические явления и проблемы окружающей учащихся действительности, вызывает интерес к закономерностям, объясняющим химические аспекты этих явлений.
Создание проблемных ситуаций, постановка проблемных вопросов стимулирует процесс мышления и формирует мотивы учения, которые позволяют включиться в деятельность по усвоению содержания курса химии. На лекции реализуются два первых этапа теории поэтапного формирования умственных действий (создание мотивации, знакомство с деятельностью и входящими в нее знаниями).
Например, на экологизированное изучение раздела "р-элементы V группы" [141,142] выделяется 16 - 18 часов, из них 6-8 часов занимают лекционные занятия. В начале их проведения обсуждаются состав, строение и стабильность атомных ядер элементов подгруппы азота. Отмечается зависимость распространенности элементов от их устойчивости. Устойчивость атомных ядер в подгруппах периодической системы химических элементов сверху вниз уменьшается. На основе строения электронных оболочек атомов элементов рассматриваются возможные валентные состояния азота и фосфора.
Проводится сравнительная характеристика физических и химических свойств простых соединений азота и фосфора, обсуждается их роль для живых организмов. Особое внимание уделяется строению молекулы азота и типу связи между атомами в ней. Азот рассматривается как основной компонент воздуха, изучается возможность усвоения азота биологическими объектами.
Изучение оксидов азота сопровождается рассмотрением источников загрязнения ими воздуха, термодинамических и кинетических аспектов поведения данных оксидов в атмосфере, приводящего к образованию кислотных дождей. Обсуждается влияние оксидов азота и кислотных дождей на человека и объекты окружающей среды.
Рассмотрение свойств азотной и азотистой кислот основано на сравнительном изучении. Азотная кислота - сильный электролит и сильный окислитель. В отличие от нее азотистая является слабым электролитом, для" которой характерны как окислительные, так и восстановительные свойства. Образуемые данными кислотами соли являются опасными для человека. веществами. В этом контексте обсуждается проблема рационального использования азотных удобрений в сельском хозяйстве и возможные химические реакции с участием нитрат- и нитрит-ионов в организме человека.
Обсуждение промышленного получения аммиака и азотной кислоты связано с термодинамическими и кинетическими аспектами процессов синтеза. Перед учащимися ставится проблема выбора оптимальных условий синтеза аммиака, связанных с обратимостью реакции
Содержание констатирующего этапа педагогического исследования
Для проверки влияния экологического компонента на усвоение учащимися системы химических знаний по разработанным методическим рекомендациям, а также выявления их педагогической эффективности было проведено в течение трех лет, начиная- с 1999 года, педагогическое исследование, которое осуществлялось в ряде средних общеобразовательных учебных заведений разного типа: естественно-техническом лицее № 43, школе-лицее № 26 , средних школах № 36, 38, 41 г. Саранска. Данные о школах, классах и количестве учащихся по учебным годам представлены в Таблице 8.
Педагогическое исследование включало два этапа: констатирующий и формирующий. Всего в исследовании участвовали 544 учащихся, из. них 269-на констатирующем и 275 - на формирующем этапах. Цель констатирующего этапа заключалась в проверке уровня химических и экологических знаний учащихся, формируемых традиционной методикой проведения занятий по химии.
Для этого были поставлены следующие задачи:
1. Провести анализ экологического содержания школьных учебников химии.
2. Тестированием определить сформированность химических и экологических знаний учащихся, включающих в себя знание современных экологических проблем, а также знание химизма различных процессов, протекающих в окружающей среде.
3. Анкетированием учителей школьных учебных заведений Республики Мордовии выявить трудности, с которыми они сталкиваются при формировании экологических знаний, и выявить их причины.
На констатирующем этапе исследования был проведен анализ современных учебников и учебных пособий для 8-11 классов общеобразовательных школ, а также содержания некоторых тем школьного курса химии с целью установления условий для наиболее эффективного формирования системы химических и экологических знаний учащихся. Результаты данного анализа подробно обсуждены в Главе 1.
С целью проверки сформированности химических и экологических знаний было проведено тестирование учащихся по вопросам, связанным с современными экологическими проблемами. При разработке тестовых заданий, в соответствии с работой М.С.Пак [108], использовались принципы: противоречия, предполагающего отрицание предыдущего смысла в ответах; кумуляции; предусматривающего включение в содержание одного из ответов содержания других ответов; градации, связанного с изменением какого-либо признака, качества. Варианты включают тестовые задания примерно одног7о уровня сложности.
В тестировании принимали участие 269 учеников общеобразовательных учреждений (школ, лицеев), среди них: 69 учащихся «девятых, 67 - десятых и 133 - одиннадцатых классов. Обучаемым данных классов были предложены тестовые задания по вариантам, содержание которых представлено в Приложении 3.
