Актуальные проблемы химического и биологического образования

Компоненты готовности учителей химии к организации учебно-исследовательской деятельности учащихся

Е.Ю. Дробышев

Средняя школа № 4, Макеевка, Россия

Как показывает анализ литературы, готовность учителей к организации учебно-исследовательской деятельности учащихся недостаточна. В исследованиях О.В. Лебедевой [1, с. 405] и Л.А. Лукьяновой [2, с. 124] указываются типичные трудности в организации учебно-исследовательской деятельности, с которыми сталкиваются учителя. Прежде всего это недостаточный уровень знаний и умений в области теории ученического исследования, затруднения, связанные с правильным и обоснованным выбором форм, методов, подходов в работе с учащимися в данном направлении.

Многие исследователи (В.А. Сластенин, Е.Э. Воропаева, Л.С. Подымова, М.А. Казакова, В.С. Лазарев и др.) выделяют компоненты готовности учителя к инновационной деятельности. Большинство считают, что готовность учителя к профессиональному саморазвитию может диагностироваться только в совокупности ряда составляющих – компонентов готовности, взаимосвязанных друг с другом и образующих вместе единое целое. Исследователи заостряют свое внимание на компонентах, которые отражают готовность учителя в мотивационном, личностном, деятельностном и рефлексивном поле своей деятельности.

В своем исследовании мы выделяем следующие компоненты готовности учителя химии к организации учебно-исследовательской деятельности учащихся.

Мотивационный компонент – готовность учителя к профессиональному росту, познанию современных инновационных педагогических идей, применению инновационных методик в работе, разработке собственных методических продуктов на высоком уровне, связанных с учебно-исследовательской деятельностью учащихся.

Личностный компонент – готовность учителя к личностному саморазвитию и самосовершенствованию. Наличие способности оценивать себя как личность, готовую к осуществлению учебно-исследовательской деятельности как одного из видов инновационной деятельности.

Когнитивный компонент – готовность учителя к организации учебно-исследовательской деятельности учащихся на высоком теоретическом уровне.

Деятельностный компонент – готовность учителя применять накопленные теоретические знания для организации учебно-исследовательской деятельности учащихся на практике.

Рефлексивный компонент – готовность учителя анализировать свою деятельность по организации учебно-исследовательской деятельности учащихся и корректировать ошибочные действия, возникающие в ходе такой деятельности.

Компоненты готовности подлежат оценке. Оценивание компонентов можно провести при наличии аналитико-диагностического инструментария. Нами разработан инструментарий, позволяющий оценить готовность учителя по каждому из описанных компонентов посредством анализа ряда показателей, характеризующих различные виды деятельности учителя.

1. Лебедева О.В. Формирование методической компетентности учителя в области организации исследовательской деятельности // Вестник Нижегородского ун-та им. Н.И. Лобачевского. 2010. № 5 (2). С. 403–406.

2. Лукьянова Л.А. Готовность учителей к организации исследовательской деятельности школьников // Вестник ЧГПУ им. И.Я. Яковлева. 2016. № 1 (89). С. 122–131.

Повышение профессиональной мотивации обучающихся на химических олимпиадах

А.Ю. Жадаев

Институт пищевых технологий и дизайна – филиал Нижегородского государственного инженерно-экономического университета, Нижний Новгород, Россия

И.Р. Новик

Нижегородский государственный педагогический университет им. К. Минина, Нижний Новгород, Россия

Проблема повышения мотивации обучающихся является одной из центральных в психолого-педагогических исследованиях многих ученых, методистов и учителей-практиков [1–6; 8; 10]. Для формирования новых поколений компетентных профессионалов в различных сферах трудовой деятельности важное значение приобретают вопросы результативности формирования профессиональной мотивации [4; 5; 9; 10].

Под профмотивацией, по мнению Г.М. Андреевой [1], понимается действие конкретных побуждений, обусловливающих выбор профессии и продолжительное выполнение обязанностей, связанных с ней. От профессиональной мотивации зависит выбор дальнейшего пути развития, эффективность профессиональной деятельности, удовлетворенность ее результатами, успешность профессионального обучения студента [2].

Н.В. Бордовская и соавт. [3] выделяют следующие негативные факторы, которые влияют на снижение профмотивации у студентов:

1) столкновение представлений студента о профессии с реальностью;

2) слабая подготовка к систематическому и напряженному процессу обучения, низкий уровень обучаемости;

3) стремление сменить профессиональное направление (специальность) и отрицательное отношение к некоторым дисциплинам, но положительное к самому процессу обучения.

Для преодоления данных негативных моментов авторами используются мероприятия, направленные на поддержание интереса к процессу обучения будущей профессии, разработанные с учетом непрерывности и преемственности школьного и вузовского образования, часто проводимые при поддержке сетевых партнеров [5; 9; 10]. Например, подготовка студентами педагогического вуза мероприятий профориентационного характера для школьников и активное участие в их проведении дает будущим учителям необходимый опыт творческой деятельности и готовит их к работе по выбранной профессии. К числу таких мероприятий относится олимпиада по химии, которая проводится в Мининском университете ежегодно с 2007 г. для потенциальных абитуриентов [7; 8]. Осенью 2018 г. для учащихся 9–11 классов школ Нижнего Новгорода при поддержке РМО Московского, Советского и Сормовского районов была организована проектная олимпиада по химии. Ее цели: привлечение наиболее одаренных учащихся в число студентов НГПУ им. К. Минина; повышение интереса к химической науке как части общей культуры; внедрение в процесс обучения современных информационных технологий; пропаганда научных знаний в школьной среде.

К участию в проектной олимпиаде приглашались команды, состоящие из 5 человек, под руководством одного педагога образовательной организации, сформировавшего и зарегистрировавшего команду участников в установленные оргкомитетом сроки. Тексты заданий олимпиады разрабатывались непосредственно оргкомитетом. Задания каждого последующего тура предоставлялись командам после окончания предыдущего тура. Команды, не предоставившие материалы в установленные оргкомитетом сроки, не допускались к дальнейшему участию.

Олимпиада проводилась в четыре тура. 1–3-й туры проводились дистанционно. 1-й тур – регистрация и представление визитной карточки команды, его прошли 22 команды; 2-й тур – выполнение и представление теоретического задания, включающего оригинальный кроссворд к 150-летию Периодической системы Д.И. Менделеева, представили 20 команд; 3-й тур – выполнение и представление творческого задания (см. ниже) 19 командами. По итогам 1–3-го туров лучшие 10 команд приглашались в НГПУ им. К. Минина на 4-й очный тур, предполагающий домашнее выполнение и очное представление практического задания по созданию полимерного материала. Свой способ получения полимеров защищать приехали 8 команд.

На всех этапах проведения проектной олимпиады были задействованы студенты магистратуры по направлению подготовки 44.04.01 «Педагогическое образование», профиль «Инновации в химическом образовании». Они помогали оргкомитету регистрировать участников, проверять кроссворды и творческие задания, проводить финальный 4-й тур.

Важно отметить, что для обеспечения непрерывности и преемственности образования и реализации требований соответствующих ФГОС в ИПТД и Мининском университете ежегодно проводятся химические олимпиады для студентов. Они состоят из двух этапов: внутривузовского и межвузовского (областного). Задания внутривузовского этапа химической олимпиады составляют преподаватели химических дисциплин с учетом конкретных условий работы вуза и уровня подготовленности обучающихся. На данном этапе важна массовость участия в олимпиаде. Задания разной степени сложности составляют так, чтобы самые легкие из них мог выполнить любой обучающийся I курса. Это доставляет студентам моральное удовлетворение. Как правило, наиболее легкими заданиями для обучающихся являются конкретные теоретические вопросы по основным разделам химии, а наиболее сложными – ситуационные задачи с нестандартными формулировками, так как при их решении обучающиеся должны продемонстрировать свой интеллект и креативность. В качестве примера приведем авторскую разработку одного из таких заданий, подготовленного учителями химии высшей категории С.А. Венковой и М.А. Пономаревой: «Золото всегда было дорогим материалом, поэтому вместо того, чтобы сделать весь предмет из золота, нередко использовали позолоту. Согласно Плинию Старшему, древнеримские мастера златобойного искусства из 55 г золота могли получить 150 квадратных листков площадью около 50 см2 каждый. Помимо золочения фольгой исстари на Руси применяли так называемое огневое золочение. Таким способом были покрыты купола Успенского собора Московского Кремля, купол Исаакиевского собора. Какова была толщина листков золота, получаемых древнеримскими златобойцами? Приведите расчеты толщины листка в микрометрах (мкм). В чем заключался способ ковки листочков из золота? Что такое огневое золочение и почему этот способ уже не применяется более 100 лет? Каковы современные технологии покрытия позолотой изделий из металла? Какие химические реакции лежат в основе процессов золочения?»

Данное задание использовалось в 2018 г. в 3-м заочном туре проектной олимпиады по химии для учащихся 9–11 классов (см. выше), а также в 2019 г. на внутривузовском этапе олимпиады по химии для студентов II–V курсов бакалавриата Мининского университета.

Нужно отметить, что наиболее подготовленные и способные по химии студенты ИПТД и Мининского университета выполняют задания внутривузовского тура практически полностью. Победители внутривузовской олимпиады награждаются почетными грамотами I, II, III степеней.

На межвузовскую олимпиаду по химии отбирают студентов из числа победителей на внутривузовском этапе с учетом их возможностей, способностей к предметам и добровольного желания участвовать в олимпиаде.

Опыт работы в вузе показывает, что студенты, принимающие активное участие в олимпиадах, в том числе и по химии, значительно расширяют свой научный кругозор в данной науке, формируя тем самым познавательный интерес к учебной дисциплине, а в итоге и более устойчивую профессиональную мотивацию к выбранному профилю и направлению подготовки.

1. Андреева Г.М. Социальная психология. М.: Аспект Пресс, 2002.

2. Айсмонтас Б.Б. Педагогическая психология: учеб. пособие для студентов. М.: МГППУ, 2004.

3. Бордовская Н.В., Реан А.А., Розум С.И. Психология и педагогика. СПб.: Питер, 2002.

4. Гильманшина С.И. Отбор содержания системы по формированию профессионального мышления учителя химии // Материалы 52-й Всерос. науч.-практ. конф. химиков с междунар. участием «Актуальные проблемы модернизации химического образования и развития химических наук». СПб.: РГПУ им. А.И. Герцена, 2005. С. 127–130.

5. Жадаев А.Ю., Максимова И.В. К вопросу о формировании профессиональной мотивации у студентов пищевой индустрии в условиях непрерывного образования // Современные наукоемкие технологии. 2016. № 4-2. С. 333–338.

6. Йовайша Л.А. Проблемы профессиональной ориентации школьников. М.: Педагогика, 1983.

7. Методические рекомендации по организации вузовской олимпиады по химии для школьников [Электронный ресурс] / Новик И.Р. и др. // Вестник Мининского университета. 2014. № 2 (6). URL: https://vestnik.mininuniver.ru/jour/article/view/483/459

8. Новик И.Р. Подготовка компетентного специалиста в системе высшего химико-педагогического образования для работы с одаренными учащимися: монография. Н. Новгород: НГПУ, 2013.

9. Новик И.Р., Жадаев А.Ю., Волкова Е.А. Роль профориентации в условиях непрерывности и преемственности образования // Проблемы современного педагогического образования (Сер.: Педагогика и психология). 2017. Вып. 54. Ч. 4. С. 104–110.

10. Новик И.Р., Воронина И.А., Железнова Е.Н. Формирование профмотивации обучающихся с использованием сетевого сотрудничества школы и университета // Проблемы современного педагогического образования (Сер.: Педагогика и психология). 2018. Вып. 61. Ч. 1. С. 230–233.

Методические аспекты преподавания естественнонаучных дисциплин в общеобразовательной школе 2

Н.А. Заграничная, Л.А. Паршутина

Институт стратегии развития образования Российской академии образования, Москва, Россия

В свете современных тенденций развития образования изучение естественнонаучных учебных предметов должно обеспечивать формирование естественнонаучной грамотности выпускников школы, знакомить со спецификой научного мышления и научным методом познания, закладывать основы рационального взаимодействия с окружающей природой. Эти цели отражены в государственных образовательных стандартах второго поколения, отличительной особенностью которых является усиление внимания к освоению учащимися научного метода познания. Выпускник средней школы должен соответствовать требованиям и критериям ФГОС СОО: «…активно и целенаправленно познавать окружающий мир, владеть приемами научного метода познания; быть способным осуществлять учебно-исследовательскую и проектную деятельность» [3, с. 4–5]. В условиях изменения целей и результатов образования для выполнения всех требований государственных стандартов требуется обновление подходов к преподаванию естественнонаучных предметов. Как один из возможных и эффективных методических подходов к приведению школьного образования в соответствии с новыми требованиями мы рассматриваем изучение естественнонаучных дисциплин с опорой на научный метод познания. Организация познавательной деятельности на основе научного метода познания обеспечивает школьникам возможность овладения умениями определять проблему, формулировать гипотезу для нахождения решения, планировать свои действия, проводить эксперименты, оценивать полученные результаты, представлять научные аргументы для обоснования своих выводов и, таким образом, ориентирует учащегося на творческий, исследовательский характер деятельности.

В этом контексте важнейшей задачей становится обучение школьников научному познанию (решению познавательных проблем). Выпускники должны не только усвоить знания о материальном мире, но и научиться наблюдать, описывать, объяснять и прогнозировать, исследовать вещества и явления, применять эти умения и научные знания в различных ситуациях, т.е. использовать приемы научного познания. Возможность решения этой задачи зависит от степени использования в обучении химии и биологии таких компонентов научного метода, как: организация учебно-познавательной деятельности на эмпирическом и теоретическом уровнях; усвоение всех форм (научных фактов, понятий, законов, теорий), традиционно входящих в содержание школьного естественнонаучного образования; применение приемов (методов), включающих освоение метапредметных и предметных умений. Системное использование научного метода в обучении создает условия для формирования познавательных УУД – исследовательских и логических умений, соответствующих приемам научного познания. Становятся более востребованными в обучении и другие виды УУД – регулятивные и коммуникативные, без которых полноценное осуществление познавательной деятельности учащимися невозможно.

Включение в учебный процесс компонентов научного метода способствует полноценной реализации требований ФГОС к результатам обучения. Таким образом, научный метод познания рассматривается авторами как методологическая основа формирования УУД при изучении химии и биологии, как источник формирования научных понятий, как одно из условий достижения предметных результатов. Но возникают методические проблемы при выборе технологии включения приемов научного познания в процесс изучения школьных естественнонаучных дисциплин.

Эффективное освоение умений происходит в условиях, когда у школьников сформированы представления о последовательности выполнения всех операций. Когда учитель систематически приучает учащихся проводить познавательную деятельность, придерживаясь определенного алгоритма, он тем самым формирует в сознании школьников ориентировочную основу действий. Со времени появления классической науки научное познание включает определенные этапы, составляющие цикл:

1) анализ явлений, фактов;

2) определение проблемы;

3) выдвижение гипотезы;

4) обоснование гипотезы, выведение следствий;

5) экспериментальная проверка гипотезы и следствий.

Эксперимент приводит к появлению новых фактов, требующих изучения. Каждый из этапов является обязательным и включает конкретные приемы научного метода. Использование цикла научного познания на уроках в качестве ориентировочной основы познавательной и исследовательской деятельности, а также при проведении учебных проектно-исследовательских внеурочных работ предоставляет учителю возможность для организации эффективной учебно-познавательной деятельности.

Для решения этой важной задачи авторским коллективом ЦЕНО ИСМО РАО было предложено значительную часть описательного текста учебников переработать в систему познавательных заданий – исследований, которые учащиеся могут самостоятельно выполнять на уроках [1]. Это могут быть любые уроки или их этапы, где возможно создание проблемной ситуации, где могут быть выявлены противоречия. Эти мини-исследования выполняются по схеме цикла научного познания, т.е. реализуется схема субъективного «переоткрытия» школьниками того, что было открыто в ходе исторического развития науки.

При разработке содержания и методики использования системы учебных заданий-исследований [2] важно учесть, что в обучении, как и в науке, сначала происходит накопление фактов, на основе их обобщения выделяется познавательная проблема, предлагается гипотеза для решения проблемы, она обосновывается, выводятся следствия, которые проверяются экспериментально. Адекватное восприятие впервые изучаемого явления не может быть полноценно заменено восприятием наглядных «заменителей» изучаемого явления, таких как: рисунки, фотографии, компьютерные анимации и т.п. Для предотвращения формального усвоения знаний на уроке необходимо обеспечивать ученикам возможность не только увидеть изучаемые явления, но и осознать учебную проблему и сделать предположение о ее решении.

Освоение научного метода на уроках химии или биологии проходит наиболее эффективно в условиях проблемного обучения. Цель проблемного обучения – развитие исследовательских умений, исследовательской культуры ученика. В педагогической практике на уроках используются различные методы проблемного обучения, в которые могут быть эффективно включены все этапы и приемы научного познания. Рассмотрим примеры использования заданий-исследований в конкретных учебных ситуациях.

Выдвижение, обоснование и проверка гипотез проходит при выполнении исследовательских заданий в группах (по 4–6 учеников) с использованием инструкционных карт. В ходе работы могут быть использованы различные источники информации. Ниже приведены примеры инструкционных карт.

Инструкционная карта №_ (базовый уровень)

Азот и фосфор находятся в одной группе и подгруппе. Они – ближайшие соседи по ПС.

Проблема. Почему они не похожи?

1. Познакомьтесь с фактами.

1.1. Рассмотрите образцы выданных веществ. (Колба, заполненная воздухом – 78% азота; порция красного фосфора, спичечный коробок.)

Сравните их физические свойства и запишите результаты наблюдений в таблицу:

1.2. Сравните условия реакции горения азота и фосфора, используя информацию из учебника.

2. Выскажите свои предположения (гипотезу) для объяснения этих фактов.

3. Обоснуйте предположение на основе знаний о строении атомов азота и фосфора:

4. Какой химический элемент – N или Р – более активный неметалл?

5. Какое простое вещество – азот N2 или фосфор Р4 – способно проявлять большую химическую активность? Дайте объяснение на основе сравнения строения молекул N2 и Р4 (используйте учебник).

6. Приведите примеры химических веществ, при взаимодействии с которыми фосфор будет проявлять окислительные свойства, восстановительные свойства.

7. Экспериментально проверьте химический характер фосфора. Проведите опыт сжигания порции красного фосфора в колбе, наполненной кислородом (колбу с кислородом вам выдаст учитель).

8. Сделайте общий вывод.

Инструкционная карта №_ (повышенный уровень)

Факты

1. Фосфор образует водородное соединение – газ фосфин РН3. Он легко окисляется кислородом. Этот газ образуется в природе при разложении и гниении умерших организмов. Практически всегда он содержит примесь дифосфана – Р2Н4, который самовоспламеняется на воздухе. Поэтому на кладбищах при создании благоприятных условий бывает можно наблюдать свечение. Это явление породило легенды о блуждающих призраках.

2. Существует множество сказок и фантастических произведений, где присутствуют драконы. В научно-популярном журнале «Химия и жизнь» было дано шуточное объяснение изрыгания пламени из пасти дракона, в которой упоминался фосфин.

Проблема. Возможно ли с химической точки зрения появление пламени в пасти дракона?

1. Сделайте свое предположение (гипотезу), откуда может взяться пламя в пасти дракона.

2. Обоснуйте это предположение приведенными научными фактами.

3. Запишите уравнения возможных реакций, объясните механизм процессов при помощи уравнений электронного баланса.

4. Предложите другой возможный вариант объяснения этого фантастического явления.

Информация для учителя 3. Фосфин с примесью дифосфана может образоваться в пищеварительном тракте дракона при разложении останков съеденных организмов. При отрыгивании дифосфан самовоспламеняется на воздухе, и фосфин загорается.

РН3 + 2О2 = Н3РО4

2Р2Н4 + 7О2 = 2Р2О5 + 4Н2О

Учащиеся каждой группы сообщают всему классу результаты своей работы и формулируют общие выводы о химических свойствах фосфора и его соединений.

Проблема. Отличаются ли отделы скелета человека по своему строению от скелета приматов (человекообразных обезьян) и других млекопитающих?

Формирование гипотезы. Гипотеза формируется учениками под руководством учителя. Например: у нас скелет не такой, как у других животных. Он уникальный, единственный в своем роде, и зависит от условий жизни.