25 февраля 2017г.
*Исследование выполнено при финансовой поддержке РГНФ и Правительства Калужской области, проект №16-16-40005.
В действующем федеральном государственном образовательном стандарте для средней школы [5] особое внимание уделяется применению знаний и умений учащихся для формирования универсальных учебных умений и решения познавательных задач различного характера. В свою очередь, смещение акцента в химическом образовании на применение заданий прикладного характера и постоянное обновление содержания обучения химии обусловливает усиление методического интереса к проблемам обучения школьников решению качественных задач.
Содержание качественной задачи основано на реальном факте или моделируемой ситуации, а её решение требует использования на практике имеющихся у обучающихся или привлечения ими дополнительных знаний, а также определённых методологических приёмов выполнения деятельности. Поэтому в качестве современных источников сведений и данных для обучающихся выступают средства, которые обеспечивают доступ к базам данных, содержащих большие объёмы информации, представленной в цифровой форме. В учебном процессе, не только формирующем предметные знания и умения учащихся, но и готовность решать проблемы в новых условиях. Такими источниками знаний являются электронные пособия и издания, поступающие в средние общеобразовательные школы, и ресурсы интернета. При этом цифровые образовательные ресурсы, используемые учителем химии для обучения школьников решению качественных задач, находят применение в направлениях обновления химического содержания через включение в него современных достижений науки и прогнозирование конкретных результатов через решение качественных задач.
В отношении формирования умений учащихся решать качественные задачи наибольший методический интерес представляют компьютерные инструменты – тренажёры по решению задач, виртуальные и цифровые лаборатории, позволяющие моделировать эксперимент и переводить качественные задачи на более высокие уровни – сочетание мысленного, компьютерного и реального эксперимента, выполнение количественного опыта.
Тренажёры по решению задач имеют особое значение на этапе формирования общих подходов к решению основных типов качественных задач. Они представляют собой отдельные издания или являются частью электронных учебников по химии. Примером электронного учебника является обучающий комплекс «1С: Школа. Химия, 8 класс» [1]. Материалы электронного издания «1С: Школа. Химия, 8 класс» можно использовать как самостоятельные элементы, заранее подобранные по темам школьной учебной программы, так и как основу всего урока для формирования, совершенствования, контроля знаний и умений учащихся. Этому способствует структура электронного издания. Например, легко также найти видеозаписи опытов из ранее изученных тем и использовать их при изучении темы более общего и теоретического характера, создания проблемной ситуации и решения проблемной задачи, сформулированной в форме качественной задачи.
В разделе «Практикум по решению задач» того же издания приведены задачи разных типов [3] по одному примеру решения для каждого. Поэтому в зависимости от методических подходов, выбираемых учителем, обучающий комплекс можно применять либо для формирования алгоритма решения задачи на первых этапах обучения школьников решению задач соответствующих типов, а именно, при ознакомлении со структурой задачи и общим подходом к поиску ответа, либо для совершенствования умений решать задачи, контроля их сформированности.
Решение задач, содержащихся в издании «1С: Школа. Химия, 8 класс» осуществляется поэтапно (7- 14 «шагов»). Например, задача на распознавание газов как пример задач данного типа содержит 11 этапов. Учащийся на каждой стадии её решения выбирает ответ среди представленных или самостоятельно вводит его в соответствующую ячейку. Каждый шаг содержит подсказку. Применению задачи такой структуры для контроля ответа ученика способствует отражение в дневнике данных о том, сколько раз он вводил ответ, а какие шаги решения пропустил. Однако применение такой задачи возможно не только с целями совершенствования и контроля качества сформированности умения распознавать вещества, но и для построения общего алгоритма решения задачи данного типа.
Другим важным дидактическим средством формирования умений решать качественные задачи является виртуальная лаборатория по химии. Имитационное моделирование позволяет представить объекты и процессы, исследуемые при освоении химии, увеличивая с помощью анимации число объектов, с которыми учащийся непосредственно имеет дело, сформировать у него более полные представления о возможностях науки химии.
Виртуальная химическая лаборатория и другие программы, моделирующие промышленные и природные процессы, незаменимы для решения химических задач в случаях небезопасных веществ, к примеру, очистки органических от примесей или исследования свойств веществ. Так, обучающие комплексы «1С: Образовательная коллекция» для 8-11 классов содержат разделы «Качественный анализ органических веществ», «Качественный анализ неорганических веществ» [4]. В них в форме таблицы обозначены определяемые вещества и реагенты. Учащийся выбирает вещества или растворы и возможные реактивы для их исследования. К примеру, при изучении ароматических углеводородов, которые являются токсичными, едкими, легковоспламеняющимися веществами, т.е. работа с ними ограничена, является возможным проведение практической работы при помощи виртуальной лаборатории, позволяющей решить ряд качественных задач с моделированием реального процесса исследования и распознавания веществ. Виртуальную лабораторию можно применять непосредственно на уроке в качестве средства формирования предметных умений учащихся, одного из источников информации или поиска путей решения задач и учебных проблем.
Обычно виртуальные химические лаборатории предлагают выполнение собирать химические установки, проводить в них опыты, в ряде случаев делать соответствующие измерения. Например, при формировании умений распознавать вещества учащийся решает качественную задачу на распознавание этилена, ацетилена, метана и бензола, т.е. осуществляет мысленный опыт, в основе которого лежит процесс моделирования особенностей строения и свойств углеводородов. Решение он проверяет, используя возможности диска «Органическая химия. 10 – 11 классы», содержащего отдельные виртуальные опыты [4].
Существенным преимуществом в формировании умений решать химические задачи по химии по сравнению с другими цифровыми образовательными ресурсами обладают цифровые лаборатории, такие как «AFS», «L-микро», «Архимед» и другие, поступающие в средние общеобразовательные школы. Они позволяют сочетать реальный и компьютерный опыты, а также проводить количественную интерпретацию процесса и результатов измерения. Моделирование химического эксперимента в сочетании с реальным опытом повышает наглядность изучаемых объектов, стимулирует познавательный интерес к изучению химии, в целом, и решению качественных задач, в частности, а также мотивирует учебно-познавательную и творческую деятельность обучающихся [2]. Например, при формировании умений решать задачи на получение веществ датчики позволяют обнаруживать содержание кислот и щелочей в образующемся растворе. При изучении особенностей строения, получения и свойств неорганических соединений различных классов формируются умения решать задачи различных типов, включая задачи на получение веществ заданного состава. Так, при изучении оксидов предлагается задачи на получение веществ, что является исходным моментом для формирования у учащихся общих представлений о логике изучения классов неорганических веществ. На основе знаний об особенностях строения химического элемента и возможных степеней окисления кислорода и с целью формирования у учащихся понятия об окислительно- восстановительных свойствах простого вещества обсуждаются следующие вопросы: 1. Напишите электронную формулу кислорода. 2. Как распределены электроны по орбиталям? 3. Какие степени окисления может проявлять кислород? 4. Какую степень окисления имеет кислород в простом веществе?
1. На какие степени окисления может изменяться степень окисления кислорода – простого вещества? 6. Какие свойства – окислительные или восстановительные – проявляет кислород в данных процессах? Делается вывод о том, что кислород может проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства.
Далее приводятся примеры соединений – вода, пероксид водорода, пероксиды, озониды, фториды кислорода, и учащиеся определяют степени окисления в них. После обобщения формируется понятие об «оксиде» как классе неорганических соединений: оксид – вещество, в состав которого входят два вида химических элементов, один из которых – кислород в степени окисления -2. Затем предлагаем учащимся решить качественную задачу: исходя из состава исходных веществ и продуктов реакций, предложите способы получения оксидов из простых веществ углерода, железа, фосфора, серы.
В процессе решения задачи формулируем гипотезу: при соединении кислорода с другими простыми веществами могут образоваться их оксиды, причём в высших степенях окисления.
Реальный эксперимент для проверки предположения демонстрируются учителем химии, включая обнаружение продуктов реакций и выявление общих способов получения оксидов. При этом при помощи датчика объёма доказывается образование газообразных продуктов окисления. Используя периодическую таблицу Д.И. Менделеева и химические формулы оксидов, приведённые в пособии, учащиеся составляют примеры уравнений реакций получения отдельных оксидов.
Таким образом, в связи с изменяющимися требованиями к качеству подготовки учащихся по химии происходит обновление содержания химического образования и соответствующего ему инструментария. Возрастание же роли информации в современном обществе, как на этапах планирования, так и решения познавательных задач, расширяет роль цифровых образовательных ресурсов в образовательном процессе.
Список литературы
1. 1С: Школа. Химия, 8 класс / Под ред. Ахлебинина А.К. [Электронный ресурс]. – 2-е изд., испр. и доп. – «1С-Паблишинг», ООО «1С». – 1 эл. опт. диск (CD-ROM).
2. Волкова С.А., Пустовит С.О. Химический эксперимент нового поколения на основе цифровых лабораторий // Химия в школе. – 2013, №4. – С. 51-55.
3. Пустовит С.О., Ахлебинин А.К. Особенности новой версии электронного издания «1С: Школа.
Химия, 8 класс» // Информационные технологии в образовании. XXI Международная конференция- выставка: Сборник трудов. Ч. II. – М.: Издательский отдел факультета ВМК МГУ имени М.В. Ломоносова, 2013. – С. 29-31.
4. Органическая химия. 10 – 11 классы [Электронный ресурс]: поставляется в рамках федеральной целевой программы «Развитие единой образовательной информационной среды» / Образовательная коллекция: 1 С. Лаборатория систем мультимедия. – Йошкар-Ола: МарГТУ, 2003. – 1 эл. опт. диск (CD-ROM)
5. Федеральный государственный образовательный стандарт основного общего образования. Утверждён приказом Министерства образования и науки Российской Федерации от 17 декабря 2010 г. № 1897. URL: http://standart.edu.ru/catalog.aspx
