Формирование основ исследовательской деятельности учащихся в процессе обучения химии

Участие старшеклассников в олимпиадах, конкурсах, конференциях, в т.ч. дистанционных, предметных неделях, интеллектуальных марафонах предполагает выполнение ими учебных исследований или их элементов в рамках данных мероприятий [24, с. 60].

Организация учебно-исследовательской деятельности учащихся для раскрытия её педагогического и развивающего потенциала, по мнению Е.В. Тягловой [11], должна опираться на ряд принципов:

— принцип доступности (способность ребёнка выполнить задание, по завершению которого возникнет ощущение успеха от результата собственной деятельности);

— принцип естественности (проблема должна быть реальной, а не надуманной; а также подлинный интерес к процессу исследования);

— принцип экспериментальности (познание учащимися свойств чего-либо посредством всех анализаторов, в результате чего различные свойства предметов и явления воспринимаются во взаимосвязи, охватываются со всех сторон);

— принцип осознанности (как проблемы, цели и задач, так и хода самого исследования и его результатов);

— принцип культуросообразности (учёт традиций миропонимания, которые существуют в данной культуре);

— принцип самодеятельности (ученик овладевает ходом исследования и новыми знаниями через собственный опыт самостоятельной работы) [23].

Говоря об относительной новизне результатов учебно-исследовательских работ, следует всё же соблюдать некую грань — принцип доступности информации. В соответствии с этим принципом воспроизведение известных опытов без изменения цели и методики их проведения исследованием считаться не будет.

В зарубежной литературе принципы заменяются требованиями, которые также направлены на эффективное функционирование механизма исследовательского обучения. По мнению американских педагогов (Драйвер Р., Белл Б., Крейзберг П. и др.) [13], требования заключаются в следующем:

1. Побуждать учащихся  формулировать имеющиеся у них идеи и представления, высказывать их в неявном виде.

2. Сталкивать учащихся  с явлениями, которые входят в  противоречие с имеющимися представлениями.

3. Побуждать к выдвижению  предположений, догадок, альтернативных  объяснений.

4. Давать учащимся возможность исследовать свои предположения в свободной и ненапряжённой обстановке, особенно путём обсуждений в малых группах.

5. Предоставлять ученикам  возможность применять новые  представления к широкому кругу явлений, ситуаций, так, чтобы они могли оценить их прикладное значение».

В целом идеи отечественных и зарубежных педагогов похожи: для первых характерна больше конкретика и чёткая связь с принципами и подходами отечественной методики, для вторых — нацеленность на гуманизацию учебного процесса.

На основе технологии исследовательской деятельности может быть реализована модель профильной школы, как на базе общеобразовательного учреждения, так и в кооперации с учреждениями дополнительного и высшего профессионального образования [22].

Таким образом, можно сделать вывод, что в своей сущности учебное исследование предполагает активную познавательную позицию, связанную с периодическим и продолжительным внутренним поиском, глубоко осмысленной и творческой переработкой информации научного характера, работой мыслительных процессов в особом режиме аналитико-прогностического свойства.

 

2. Особенности  организации учебно-исследовательской 

деятельности учащихся в процессе обучения химии

 

В современных условиях назначение знаний по химии – не столько способствовать развитию химического производства (в последнее время прогрессирует тонкая технология, где требуются высококвалифицированные специалисты), сколько обезопасить себя, окружающих людей и природу от последствий этого развития. И здесь особенно важна общая химическая грамотность школьников, изучающих предметы естественнонаучного цикла в школе.

С другой стороны, в рамках изучения химии в общеобразовательной школе важно, в первую очередь, уделять внимание формированию знаний. Они, безусловно, важны, но общая образованность гораздо важнее, ибо в познавательном процессе складывается еще и интеллектуальный потенциал учащегося, включающий мобильность, глубину мышления, наличие творческих способностей, нравственную убежденность, устойчивое мировоззрение. Все это происходит лишь тогда, отмечает С.Д. Шевченко, когда знания переходят на уровень убеждений [38]. Для такого перехода необходимо, чтобы учащийся в ходе учебно-познавательной деятельности пропустил полученные знания через свой опыт, то есть проявил познавательную активность.

Химия — это наука экспериментально-теоретическая. Изучение веществ и процессов в этой области основано на анализе фактов, полученных в результате эксперимента, и их теоретическом объяснении и обобщении. Если факты можно объяснить на основе уже имеющихся законов и теорий, то они служат подкреплению этих законов и теорий. Но наиболее интересны факты, которые противоречат существующим теориям. И тогда поиск их объяснения приводит к открытию новых законов, созданию новых теорий. Такова логика химических открытий: в сочетании индуктивного (обобщение накопленных фактов) и дедуктивного (применение теорий и законов к объяснению фактов) путей исследования.

Основное содержание и требования к процессу освоения химии как школьного учебного предмета изложены в  государственном стандарте общего образования. Здесь определены нормы и требования, определяющие обязательный минимум содержания учебного предмета, максимальный объем учебной нагрузки обучающихся, уровень подготовки выпускников образовательных учреждений, а также основные требования к обеспечению образовательного процесса [37].

В качестве примера рассмотрим рабочую программу базового курса «Химия» для 10 класса средней общеобразовательной школы, которая полностью соответствует Федеральному компоненту государственного образовательного стандарта общего образования.

Данный вариант рабочей программы по химии для 10 класса разработан на основе авторской программы Н.Е. Кузнецовой, соответствующей федеральному компоненту государственного стандарта общего образования. Рабочая программа ориентирована на использование учебника Н.Е. Кузнецовой «Химия. 10 класс» [14]. Программа рассчитана на 35 часов в год, 1 час в неделю, включая 3 практические работы, 3 контрольные работы, 11 лабораторных работ.

Согласно этой программе, изучение химии на базовом уровне среднего (полного) общего образования направлено на достижение следующих целей:

- освоение важнейших знаний  об основных понятиях и законах  химии, химической символике;

- овладение умениями наблюдать  химические процессы и явления, оформлять результаты наблюдений,

- овладение умением проводить химический эксперимент, производить расчеты на основе химических формул веществ и уравнений химических реакций;

- овладение умением правильно  обращаться с лабораторным оборудованием;

- развитие познавательных  интересов и интеллектуальных  способностей в процессе проведения химического эксперимента, самостоятельного приобретения знаний в соответствии с возникающими жизненными потребностями.

Содержание рабочей программы направлено на освоение учащимися знаний, умений и навыков на базовом уровне. Программа включает все темы, предусмотренные федеральным компонентом государственного образовательного стандарта среднего (полного) общего образования по химии. В таблице 1 представлено учебно-тематическое планирование курса химии 10 класса.

 

Таблица 1 – Учебно-тематическое планирование курса химии 10 класса

Наименование темы	Всего час.	Из них
		Практ. работы	Контр. работы	Лаб. опыты
Тема 1. Предмет органической химии.	1	-	-
Тема 2. Теория строения  органических соединений.	1	-	-	-
Тема 3. Состав и  строение органических соединений.	3	-	-	-
Тема 4. Углеводороды и  их природные источники.	10	1	2	4
Тема 5. Кислородсодержащие органические соединения и их природные источники.	12	-	-	4
Тема 6. Азотсодержащие органические соединения и их нахождение в живой природе.	3	-	-	1
Тема 7. Полимеры: пластмассы, каучук и волокна	3	-	-	2
Тема 8. Экспериментальные основы химии.	1	1	-	-
Тема 9. Химия и жизнь.	1	1	1	-
Итого	35	3	3	11

 

 

В таблице 2 приведены данные о некоторых темах и соответствующих им практических занятиях, демонстрационных и лабораторных опытах, которые необходимо проводить при изучении химии.

В школьном курсе химии предусмотрено формирование определенных групп умений, позволяющих приобщить учащихся к пониманию сущности химического исследования:

- проверка выдвинутой гипотезы экспериментом, вывод, теоретическое осмысление, использование в практике;

- приобретение умений  работать с посудой, материалами, реактивами, инструментами, приборами, освоение приемов, операций, манипуляций, техники химического эксперимента;

- безопасного обращения  с горючими и токсичными веществами;

- освоение химической  символики, методов моделирования  веществ и процессов и др.

 

Таблица 2 – Перечень практических работ, лабораторных и демонстрационных опытов

Название темы	Вид химического эксперимента
	Демонстрационный опыт	Лабораторный опыт	Практическая работа
Углеводороды и их природные источники	- Горение  ацетилена. - Отношение  этилена, ацетилена  и бензола к раствору перманганата  калия. -  Получение этилена  реакцией дегидратации этанола, ацетилена карбидным способом. - Коллекция образцов  нефти и нефтепродуктов.	- Изготовление моделей  молекул углеводородов. - Обнаружение непредельных  соединений в жидких нефтепродуктах - Получение и свойства  ацетилена. - Ознакомление с коллекцией «Нефть и продукты ее переработки».	- Получение ацетилена  и изучение его свойства.
Кислородсодержащие органические соединения и их природные источники	- Окисление спирта в  альдегид. - Качественная реакция  на многоатомные спирты. - Коллекция «Каменный уголь и продукты его переработки». - Качественные реакции  на фенол. - Реакция «серебряного  зеркала» альдегидов и глюкозы. - Окисление альдегидов  и глюкозы в кислоты с помощью  гидроксида меди (II). - Получение уксусно-этилового  эфира. - Качественная реакция на крахмал.	- Свойства уксусной кислоты. - Качественная реакция  на глюкозу. - Свойства крахмала. - Свойства жиров.	- Идентификация кислородсодержащих  органических соединений
Азотсодержащие соединения и их нахождение в живой природе	- Взаимодействие аммиака и анилина с соляной кислотой. - Реакция анилина с  бромной водой. - Доказательство наличия  функциональных групп в растворах  аминокислот. - Растворение и осаждение  белков. - Цветные реакции белков: ксантопротеиновая и биуретовая. - Горение птичьего пера и шерстяной нити. - Модель молекулы ДНК.	- Свойства белков
Полимеры: пластмассы, каучук и волокна	- Коллекция пластмасс  и изделий из них. - Коллекции искусственных  и синтетически волокон и изделий  из них.	- Ознакомление с образцами  пластмасс, волокон и каучуков - Распознавание пластмасс  и волокон.
Экспериментальные основы химии			- Идентификация органических  соединений
Химия и жизнь.	- Разложение пероксида  водорода каталазой сырого мяса  и сырого картофеля. - СМС, содержащие энзимы. - Испытание среды раствора  СМС индикаторной бумагой	- Знакомство с образцами  препаратов  домашней, лабораторной  и автомобильной аптечки.

 

 

Для освоения навыков исследовательской работы на уроках химии основная нагрузка ложится на лабораторные опыты, которые являются сочетанием экспериментальной задачи, расчетной части и теоретической работы в виде формирования научной гипотезы и выводов и отражает основные этапы научно-исследовательской деятельности. Однако в наиболее полной мере развитие исследовательских умений происходит при проведении практических работ [5; 7; 31]. Данный вид занятий, на наш взгляд, может быть представлен качественным и количественным анализами, содержание которых соответствовало бы современным требованиям: прежде всего способствовало формированию и развитию творческого мышления и самостоятельности учащихся, прививало школьникам навыки исследовательского подхода к выполнению лабораторных и практических работ.

Ученическое исследование сочетает в себе использование теоретических знаний и эксперимента, требует умения моделировать, осуществлять мысленный эксперимент, строить план исследования также требует от учащихся максимальной самостоятельности и достаточно много времени для обучения [16].

Существуют различные исследовательские методы в процессе преподавания химии. К ним относят следующие:

Наблюдение. Это активный метод познавательной деятельности, опирающийся на работу органов чувств. Чтобы быть плодотворным, наблюдение должно отвечать ряду требований:

1) преднамеренности, означающей, что наблюдение должно вестись для решения определенной задачи; 2) планомерности, состоящей в наблюдении по определенному плану, разработанному учителем; 3) активности наблюдения, что означает, что ученик не просто наблюдает все попадающее в поле зрения, а ищет нужное, используя запас знаний; 4) систематичности, т.к. получить нужную информацию можно лишь тогда, когда наблюдения ведут по определенной системе, позволяющей воспринимать наблюдаемое многократно и в различных условиях [16].

Моделирование. Сущность метода заключается в том, что при изучении какого-либо явления создается модель, которая служит для учеников объектом рассмотрения. Так, модельные представления используются при изучении объектов микромира. Например, представление электронного облака служит моделью электрона [16].

Описание. Описание переводит данные эксперимента на язык науки. Используя химические уравнения реакций, учащиеся описывают данные экспериментов. Особенно помогает описание в обучении тогда, когда изучаемые химические процессы необходимо представить во временном аспекте, когда трудно показать экспериментально процессы, идущие годами. Когда формируются представления о сталеварении, о производстве чугуна, стекла, перегонке нефти и др [16].