Актуальные проблемы химического и биологического образования

Методика статистического анализа фундаментальных понятий в учебниках по химии

А.М. Банару, А.Н. Григорьев

Химический факультет Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова, Москва, Россия

Согласно А.В. Хуторскому, образование может быть выстроено вокруг фундаментальных образовательных объектов (ФОО) которые представляют из себя «ключевые сущности, отражающие единство мира и концентрирующие в себе реальность познаваемого бытия» [1]. Фундаментальный образовательный объект имеет две грани: идеальную (понятие об объекте) и реальную (реализация объекта). Каждый ФОО связан с другими ФОО родовидовыми, а также функциональными отношениями. Примером таких объектов можно считать физические фундаментальные постоянные (скорость света в вакууме, постоянная Планка, элементарный заряд и др.). Чтобы найти ФОО в учебных предметах и образовательных областях, А.В. Хуторской предлагает следующие варианты: анализ науки или другой исходной области деятельности, анализ учебного предмета, рефлексивный анализ учебной деятельности.

Для экспресс-анализа того или иного учебного текста в последнее время педагоги успешно применяют построение облака слов, где частота употребления слова в тексте пропорциональна размеру шрифта, которым оно записывается в облаке. Например, для полного текста учебника по химии О.С. Габриеляна для 9 класса облако выглядит так, как показано на рис. 1. К сожалению, подобное облако всегда засорено посторонними, совсем не относящимися к учебному предмету словами, в особенности местоимениями, именами числительными, наречиями и т.д. Такой шум сильно осложняет восприятие облака слов.

Рис. 1. Облако слов

Иной, более детальный подход предполагает строгий статистический анализ текста с отсеиванием словесного «шума». Из часто встречающихся слов при тщательном отборе можно выделить понятия сугубо предметного характера, они и будут соответствовать ФОО предмета. В настоящей работе нами проанализированы тексты нескольких учебников по химии для основной школы и проведена сравнительная характеристика распространенности ФОО в этих текстах.

Текст выбранных учебников подвергается семантическому анализу с помощью программного анализатора текста. В каждом тексте на выходе анализатора получаются списки наиболее часто встретившихся слов, перечисленных в порядке убывания частотности. Формы одного и того же слова с разными окончаниями считаются как одно. Дальнейшая обработка списков проводится вручную: из них выбрасываются слова общего назначения, такие как местоимения, союзы, предлоги и т.д. Методом проб и ошибок границей отсечения ФОО от остальных предметных понятий было выбрано не менее 50 упоминаний по всему учебному тексту. В соответствии с этим критерием, например, слово «гидроксид» относится к ФОО, тогда как его конкретизации «гидроксид натрия» или «гидроксид калия» не относятся. Однако некоторые названия веществ, особенно тривиальные, а также формулы этих веществ все-таки удовлетворяют критерию. В подтверждение этому химическая формула воды в учебниках для 8–9 классов встречается почти в 2 раза чаще, чем «гидроксид калия».

Частотность ФОО нормируется с учетом всего объема учебного текста по общему количеству символов, не считая пробелы.

Статистическая структура естественного языка, как правило, подчиняется так называемому закону Ципфа [2]:

N = Cn–γ,

где N – частота упоминания слова в тексте; n = 1, 2, 3 и т.д. – порядковый ранг слова по уменьшению частоты упоминания, C = const. В исходной версии закона γ = 1, т.е. зависимость N(n) обратно пропорциональная. Закону Ципфа подчиняются не только языки, но и многие другие объекты окружающей действительности, в частности численность населения городов внутри одной страны. Показатель γ может немного отличаться от единицы в большую или меньшую сторону.

Результаты нашего исследования показывают, что химические ФОО хорошо подчиняются закону Ципфа с γ = 0,75. С одной стороны, этот факт свидетельствует о хорошем языковом качестве учебных текстов. С другой стороны, найденная закономерность не дает возможности выделить некоторый конечный кластер химических ФОО. Фундаментальность химических понятий в каком-то смысле убывает постепенно, без выраженных особенностей. Терминами, значительно отличающимися по частотности от остальных, оказываются «вещество», «атом», «реакция», «элемент» и «химический». Последние два понятия имеют почти одинаковую частотность и часто употребляются в одном словосочетании («химический элемент»). Еще одной величиной, характеризующей ФОО, является среднеквадратичное отклонение σ(N) от среднего по рассматриваемым учебникам. В случае отчетливого превосходства некоторого понятия над остальными наблюдается небольшое значение σ при сравнительно большом N. В нашей работе к таким понятиям относятся «атом» и «реакция».

1. Хуторской А.В. Дидактика: учебник для вузов. СПб.: Питер, 2017.

2. Шрейдер Ю.А. О возможности теоретического вывода статистических закономерностей текста (к обоснованию закона Ципфа) // Проблемы передачи информации. 1967. Вып. 1. С. 57–63.

Особенности организации профильного обучения биологии в условиях предуниверсария

С.Р. Бахарева, Н.В. Семина, А.А. Вергун

Московский педагогический государственный университет, Москва, Россия

В настоящее время в России созданы все условия для полноценной реализации профильного обучения. В Московском регионе различные форматы такого обучения представлены в полной мере: соответствующие программы разработаны в школах при активном участии сетевых партнеров в лице учреждений высшего профессионального образования. Регионы успешно заимствуют опыт столицы, а также формируют собственные варианты организации программ профильного обучения по различным направлениям.

Под профильным обучением принято понимать систему предметной подготовки в старших классах общеобразовательной школы, организованную с учетом реальных потребностей рынка труда и отработки гибкой системы кооперации школы с учреждениями начального, среднего и высшего профессионального образования [1]. Одной из ключевых линий профильного обучения традиционно является естественнонаучная, в рамках которой наибольшей популярностью среди учеников старших классов пользуются направления, связанные с биологией (медицина, биотехнология, фармацевтика ветеринария и т.д.). Это связано с высоким спросом на специалистов с биологическим образованием.

Ярким показателем этого является успешно развивающийся в течение четырех лет проект «Медицинский класс в московской школе», который также предполагает широкое участие вузов-партнеров в реализации обучения школьников медицинских классов в формате дополнительных элективных курсов и руководства проектно-исследовательскими работами учащихся.

Гораздо раньше, в 2013 г., стартовал другой вариант организации профильного обучения в государственных образовательных организациях высшего образования города, смысл которого заключается в обучении преподавателями вузов школьников 10–11 классов по программе среднего общего образования с профильным уклоном и использованием материально-технического оснащения учебного учреждения [2]. За все время существования, с 2013 по 2018 г., Московский предуниверсарий продолжает доказывать свою состоятельность и перспективность: количество образовательных организаций высшего образования, вовлеченных в проект, увеличилось с 5 до 12, а количество обучающихся – с 733 до 5072 человек [3].

Одним из участников проекта является Лицей МПГУ, в котором также в полной мере реализуется обучение по всем основным профилям, включая естественнонаучный (с углубленным изучением биологии, химии и экологии).

Остановимся подробнее на организации обучения биологии в профильных 10–11 классах лицея. Традиционная рабочая программа, предполагающая изучение биологии на базовом уровне, дополнена не отдельными элективными курсами, которые реализуются преподавательским составом университета, а серией модулей, полностью соответствующих базовой программе старших классов. Таким образом, вся углубленная составляющая реализуется на базе Института биологии и химии МПГУ и включает в себя уроки в форме мини-лекций, семинаров и лабораторных работ. Программа рассчитана на 114 часов углубленного изучения биологии в 10–11 классах в год и разработана совместно с кафедрой биохимии, молекулярной биологии и генетики Института биологии и химии МПГУ.

На примере раздела программы «Биология как наука. Методы научного познания» рассмотрим содержание обучения биологии на углубленном уровне. Не секрет, что именно этот раздел чаще всего вызывает трудности при выполнении заданий ЕГЭ, это напрямую связано с отсутствием связи между теоретическим материалом учебников и невозможностью подкрепления этой теории практикой. Традиционно данный раздел включает в себя на базовом уровне темы: «Краткая история развития биологии. Методы исследования в биологии» (1 час), «Сущность жизни и свойства живого. Уровни организации живой материи» (1 час). На углубленном уровне эти темы дополнены лабораторными работами по освоению методов микроскопии, хроматографии, центрифугирования, электрофореза и др. (4 часа). Таким же образом построено обучение и по другим разделам базовой программы. Например, один из самых объемных разделов, «Основы цитологии», включает в себя такие мини-лекции, как «Известная и неизвестная ДНК», «Аминокислоты: от простого к сложному» и многие другие, а также лабораторные работы по выявлению некоторых химических элементов клеток, выполнение качественных реакций, выделение ДНК и т.д. (14 часов – базовый и 28 часов – углубленный уровень). Все остальные разделы программы реализуются так же, при этом занятия на базе вуза занимают около 50% времени, отведенного на углубленное изучение предмета. Учащиеся посещают Институт биологии и химии не менее двух раз в месяц.

Второй немаловажный компонент профильного обучения биологии в лицее – это исследовательская и проектная деятельность, для реализации которой также в полной мере задействованы все кафедры Института биологии и химии. Это связано с тем, что исследовательские работы чаще всего имеют междисциплинарный характер.

В заключение хотелось бы отметить, что такая организация обучения биологии на углубленном уровне способствует адаптации абитуриентов к среде вуза, их своевременной профориентации и результативности предметного обучения, подтверждаемой достижениями лицеистов на городских конференциях (Открытая московская инженерная конференция «Потенциал» и др.), а также Всероссийской олимпиаде школьников по биологии.

1. Викторов В.П., Теремов А.В. Профильное обучение биологии в школе: теория и практика реализации // Наука и школа. 2018. № 2. С. 14–20.

2. Первый предуниверсарий в Кемеровской области: результаты работы, перспективы развития // Национальные интересы: приоритеты и безопасность. 2017. Т. 13. Вып. 1. С. 167–176.

3. Московский предуниверсарий [Электронный ресурс]. URL: http://profil.mos.ru/preduniver/o-proekte.html

Модель выявления и развития сельских школьников с потенциальной интеллектуальной одаренностью на материале естественных наук в сетевом исследовательском сообществе 1

Н.П. Безрукова, А.В. Тазьмина

Красноярский государственный педагогический университет им. В.П. Астафьева, Красноярск, Россия

Экономика инноваций, основанная на разработке и внедрении высоких технологий, предъявляет соответствующие требования к человеческому капиталу. И этим объясняется повышенное внимание общества, государства к выявлению интеллектуально одаренных детей и молодежи, выявлению и развитию детей с потенциальной интеллектуальной одаренностью.

Потенциальная одаренность, в отличие от проявленной, так называемой актуальной одаренности, отражает лишь определенные психические возможности для высоких достижений, которые еще не реализованы в деятельности в силу их функциональной недостаточности [4]. Рассмотрение такой одаренности как феномена, отражающего особенности индивидуального интеллекта, креативности, мотивационной и волевой сфер психики ребенка, создает возможность разработки мероприятий и способов ее раскрытия. В решении проблемы выявления и развития потенциально одаренных очевидные преимущества имеют организации общего и дополнительного образования, находящиеся в крупных городах с научными центрами, университетами. Вместе с тем интенсивное развитие ИКТ и основанных на них сетевых технологий создает условия для включения в этот процесс и учащихся сельских школ [2; 5]. Так, определенный потенциал здесь имеют сетевые сообщества взрослых и детей, примером которых является созданное нами еще в 2010 г. сетевое исследовательское сообщество «Школа юного исследователя» [2]. Целью данной работы является разработка теоретических основ системы выявления и развития учащихся подросткового возраста с потенциальной интеллектуальной одаренностью из сельской местности на материале химических, биологических наук и экологии на базе сетевого исследовательского сообщества.

Нами разработана концепция системы выявления и развития учащихся сельских школ с потенциальной интеллектуальной одаренностью, включающая ведущую идею, подходы, принципы [1]. Ее сущностные положения заключаются в следующем:

1) выявление и развитие учащихся с потенциальной интеллектуальной одаренностью является актуальной задачей отечественной системы образования;

2) перспективной средой для выявления и развития учащихся с потенциальной интеллектуальной одаренностью является сетевое исследовательское сообщество, объединяющее преподавателей и студентов педагогического университета, учащихся и педагогов сельских школ;

3) необходимым условием для выявления таких учащихся является обоснование и апробация диагностического инструментария, работа с которым будет доступна педагогам системы общего образования;

4) для развития одаренности учащихся необходимы широкий перечень тем для совместных исследований, методических материалов для их выполнения, материалы для развития профессиональной компетентности учителей в области работы с потенциально одаренными подростками.

Соответствующая концепции модель наряду с целевым и результативно-оценочным компонентами включает модуль выявления учащихся с потенциальной интеллектуальной одаренностью и модуль развития их одаренности (рис. 1). Модуль выявления направлен на исследование основных факторов, выделенных в структуре одаренности ведущими в психологии одаренности специалистами: общие способности (интеллект), креативность, внутренняя мотивация, мотивация на успех. При этом считается, что для потенциально одаренных показатели этих факторов должны быть выше среднего. Известно, что наиболее проблемным вопросом является оценка уровня креативности. Мы выполняем исследования в логике психометрического подхода. Описание используемых нами методик приведено в работе [1].

По результатам первичной апробации модуля [Там же] уточнены критерии отнесения подростка к потенциально одаренным: к таковым следует относить учащегося, соответствующего по результатам обследования трем из четырех указанных выше критериев. При этом уровень IQ > 110 является обязательным.

Процессуально-деятельностный компонент модуля выявления (см. рис. 1) отражает обоснованную нами последовательность выполнения психодиагностического обследования. Как показала апробация, использование на начальном этапе сетевой версии теста Равена существенным образом оптимизирует процедуру обработки результатов.

В контексте информационно-деятельностного подхода модуль развития потенциальной одаренности подростков связан с разработкой информационно-деятельностной среды как совокупности условий развития их одаренности через вовлечение в исследовательскую деятельность участников сообщества. В соответствии со структурно-содержательным компонентом модуля разрабатываются направления совместных исследований, методическое обеспечение для их выполнения. При этом учитывается интерес учащихся к предлагаемому направлению, а также, что особенно важно при выполнении исследований на естественнонаучном материале, доступность методов и методик исследований для подростков и учителей как в теоретическом, так и в практическом аспекте (наличие реагентов, материалов, необходимого оборудования и т.д.) [3].

Рис. 1. Модуль выявления и развития потенциальной интеллектуальной одаренности учащихся сельских школ в сетевом исследовательском сообществе: ПК – профессиональная компетентность

Организационно-технологический компонент модуля развития предполагает разработку дидактического обеспечения (учебные планы и темы совместных исследований; презентации лекций, методики исследований, статьи по темам исследований и др.);

программ повышения квалификации и дидактических материалов для развития компетентности учителей, студентов в области работы с потенциально одаренными в сетевом режиме. Необходимо отметить значимость программно-технической поддержки взаимодействия участников сообщества в сети (технологии видео-конференц-связи и сайт сообщества).

Процессуально-деятельностный компонент модуля развития отражает этапы развития потенциальной одаренности юных участников сетевого сообщества в процессе исследовательской деятельности. Что касается результативно-оценочного компонента модели, наряду с указанным психодиагностическим инструментарием нами используется метод экспертных оценок исследовательских работ преподавателями университета, не участвующими в работе сообщества. Представляют несомненный интерес попытки применить средства концептуально-математического моделирования и измерения динамики развития творческого потенциала обучаемого на химическом материале [6].

Разработанная модель проходит комплексную апробацию на базе трех сельских школ Красноярского края. В частности, юными участниками сообщества выполняются исследования, связанные с качеством питьевой воды, с видовым разнообразием растений в местах их проживания, с содержание ценных компонентов (витамин С, эфирные масла) в древесной зелени (отходы лесозаготовок) и др. Предварительные результаты позволяют сделать вывод о перспективности проектирования системы выявления и развития подростков с потенциальной интеллектуальной одаренностью в сетевом исследовательском сообществе педагогического университета и сельских школ.

1. Выявление и развитие потенциально одаренных учащихся сельских школ: проблемы и подходы к их решению / Безрукова Н.П. и др. // Современные наукоемкие технологии. 2017. № 10. С. 84–89.

2. Безрукова Н.П., Безруков А.А. О развитии исследовательской компетенции учащихся и магистрантов по направлению подготовки «Педагогическое образование» в сетевом исследовательском сообществе // Высшее образование сегодня. 2015. № 11. С. 22–27.

3. Безрукова Н.П., Тазьмина А.В., Власенко О.А. О реализации принципа доступности при организации исследовательской деятельности учащихся сельских школ на материале естественных наук и экологии // Современные наукоемкие технологии. 2017. № 9. С. 93–97.

4. Рабочая концепция одаренности / Богоявленская Д.Б. и др. 2-е изд., расш. и перераб. М., 2003.

5. Можаева Г.В., Тубалова И.В. Применение дистанционных технологий обучения для развития творческих способностей одаренных детей // Открытое и дистанционное образование. 2005. № 1. С. 36–43.

6. Степанов С.Ю., Оржековский П.А., Ушаков Д.В. Оценка ученика: на пути к цифровому образованию. Концептуально-математическая модель // Народное образование. 2019. № 1.

Специфика обучения химии иностранных студентов в медицинском вузе

И.А. Беляева, Л.Р. Волкова

Тверской государственный медицинский университет, Тверь, Россия

А.Е. Соболев

Тверской государственный технический университет, Тверь, Россия

Преподавание дисциплины «Химия» иностранным студентам первого курса является одной из наиболее важных и в методическом отношении наиболее сложных составляющих образовательного процесса в медицинском вузе [1; 2]. В работе с иностранными студентами преподавателю приходится учитывать не только уровень их базовой довузовской подготовки, но и мотивацию выбора профессии, стремление овладеть избранной специальностью.

Попадая в новую для себя культурную и языковую среду, студент-иностранец (и тем более студент-первокурсник) испытывает определенный дискомфорт, который может стать серьезным препятствием для его успешной учебы. Сложность адаптации к другой стране и новому учебному заведению может быть существенно снижена путем использования индивидуального подхода к каждому иностранному студенту, а также применения в образовательном процессе знакомого им языка-посредника [2; 3].

В Тверском государственном медицинском университете для коммуникации с иностранными студентами в качестве языка-посредника выбран английский язык, имеющий статус языка международного общения. Подобный подход к организации образовательного процесса способствует эффективной реализации профессиональной миссии преподавателя и учитывает потребности студентов в достаточно оперативном создании оптимальных условий для получения знаний и общения с наставником.

Использование английского языка как посредника в обучении иностранных студентов позволяет сократить период языковой, социокультурной и профессиональной адаптации студентов первых курсов, обеспечить более эффективное усвоение новой информации, опираясь на специальную лексику, полученную ими в учебных заведениях своих стран.

Особо отметим, что использование в образовательном процессе языка-посредника позволяет нивелировать проблемы, связанные с этническим и национальным разнообразием в студенческих группах (студенты из Индии, Шри-Ланки, стран Африки и Ближнего Востока).

На кафедре химии Тверского государственного медицинского университета накоплен большой опыт преподавания дисциплины «Химия» иностранным студентам на языке-посреднике. Для эффективного и полного освоения рабочей программы дисциплины используются материалы лучших отечественных и зарубежных учебников, собственные учебно-методические разработки кафедры, а также опыт коллег [4]. Особого профессионализма преподавателей-химиков требует поиск правильного соответствия ключевых понятий на русском и английском языках, которые зачастую различаются весьма существенно.

Для оптимизации процесса самоподготовки и расширения возможностей организации эффективной индивидуальной работы студентов предложено использование современных дистанционных образовательных технологий [5].

Реализация комплекса мероприятий по адаптации студентов-иностранцев к системе обучения в медицинском вузе оказывается столь эффективной, что у некоторых из них уже на первых занятиях возникает ошибочное представление, что для освоения изучаемого материала зачастую не требуется дополнительных усилий. Действительно, принятая в вузе организация учебного процесса предполагает его соответствие не только федеральному государственному образовательному стандарту, но и интеллектуальным возможностям студентов. Вместе с тем сознательное упрощение рабочей программы (со ссылкой на специфику обучаемого контингента), равно как и ее избыточное усложнение, представляется недопустимым. Только оптимальное сочетание всех форм и методов организации учебного процесса позволит обеспечить высокий уровень преподавания дисциплины, способствуя качественному формированию общепрофессиональных компетенций студентов по химии.