Лекции 3. СОДЕРЖАНИЕ ОБУЧЕНИЯ ХИМИИ

 

Основные учения химической науки

Методологические знания в курсе химии

Система научной теории

Построение курса по принципу доступности

 

Основные учения химической науки

 

Дидактика — наука об обучении (преподавании и учении) всем дисциплинам (предметам) и на всех уровнях развития обучаемого. Кроме общей дидактики, существуют дидактики обучения отдельным дис­циплинам, так называемые частные дидактики, или методи­ки обучения дисциплинам.

На основе четко сформулированных целей обучения мето­дика дисциплины занимается содержанием обучения, метода­ми, средствами, организационными формами, контролем за усвоением и диагностикой сформированных качеств знаний. Важнейшим звеном в этой системе обучения явля­ется ее содержание, подчиняющее себе все компоненты учебного про­цесса. Насколько верно содержание обучения отражает по­ставленные цели обучения, настолько эффективно будут рабо­тать в системе обучения ее остальные звенья.

Главнейшей и особо ценной особенностью молодого специа­листа следует считать наличие у него творческого мышления. Один из путей формирования творче­ского мышления состоит в использовании идей системного подхода.

Формирование у обучаемых системного качества мышле­ния также оказывается затруднительным. Поэтому можно ог­раничиться одним из признаков системного мышления — спо­собностью к многостороннему рассмотрению изучаемого объ­екта. Ведь системность знания означает, что все его элементы связаны между собой и с другими знаниями, имеющими ка­кое-либо отношение к данному объекту.

Для многостороннего рассмотрения изучаемого объекта требуется выделить в науке основные учения и систему этих взаимосвя­занных учений, т.е. систему науки перенести на систему учебной дисциплины.

На современном этапе развития науки, методологии и есте­ствознания рассмотренная задача решается при помощи тео­рии систем. Использование выводов и рекомендаций этой тео­рии к конкретным вопросам организации какой-либо деятель­ности обычно называют системно-структурным подходом, или просто системным подходом. Система — совокупность любых дискретных образова­ний, или элементов системы, материального или духовного характера, находящихся в определенной взаимосвязи, кото­рая придает данной совокупности целостность.

Целостность системы означает, что удаление из систе­мы хотя бы одного составляющего ее элемента приводит к раз­рушению системы или к превращению ее в другую систему.

Одна из идей использования системного подхода в препода­вании заключается в том, что учебная дисциплина по фунда­ментальной науке рассматривается как система, в общих чертах повторяющая систему самой науки и ее связи с други­ми науками. Это означает, что курс химии строится на основе переноса системы изучаемой науки на систему учебной дис­циплины.

Наука состоит из некоторого ограниченного числа основ­ных учений (элементов системы), которые по своей значимос­ти в развитии науки занимают примерно одинаковое место. Специалист, пользующийся в своей работе комплексом мето­дов данной науки, обладает мышлением по данной науке, на­пример, математическим, физическим или химическим; вооб­ще говоря, такой специалист обладает важнейшими качествами творческого мышления, системностью. Поэтому содержание и структура учебной дисциплины должны отражать содер­жание и структуру изучаемой науки, как состоящей из нескольких взаимосвязанных основных учений. Центральное место в определении содержания обучения занимают основы изучаемой науки и ее связь с теми науками, с которыми при­дется столкнуться в работе будущему специалисту.

Если считать учебную дисциплину «Химия» системой, то те основные элементы, из которых состоит курс химии, можно назвать блоками содержания. Это могут быть: учение о периодичности Д.И.Менделеева, строение атома, строение молекул, химическая связь, учение о растворах, химическая кинетика, химическая термодинамика, коллоидная химия, свойства элементов и их со­единений, качественный и количественный анализ и др. Очевид­но, что далеко не все перечисленные разделы могут претендовать на место основных учений химии и быть введены в учебную дис­циплину в качестве важнейших блоков содержания.

Блоки содержания учебной дисциплины и их число при ус­ловии переноса системы науки на систему дисциплины опре­деляются теми основными учениями, которые составляют данную науку. Исходя их системного анализа современной химической на­уки, в химии могут быть выделены четы­ре основных учения: 1) о направлении химических процессов (химическая термодинамика); 2) о скорости химических процессов (химическая кинетика); 3) о строении вещества; 4) о периодичности (о периодическом изменении свойств эле­ментов и их соединений).

Для осознания обучаемым важности рассмотрения объекта по числу учений науки предметное содержание конструирует­ся по методическому принципу одинаковой плотности связей между блоками, что предполагает приблизительное равенство по объему (информационная емкость) каждого блока. Последнее требование в свою очередь выступает в качестве одного из методических принципов определения содержания обучения.

Система, в которой каждый элемент связан непосредствен­но со всеми другими элементами, обладает максимальной плотностью связей. Благодаря этому в такой системе обучения достигается максимальное число внутридисциплинарных свя­зей, что содействует формированию научного знания и отвеча­ющего ему типа мышления. Внутридисциплинарные связи яв­ляются системообразующими связями в содержании учебной дисциплины.

Правильное определение системы изучае­мой науки показывает учащемуся ее цель и содержание, сущ­ность теорий и общую направленность и границы применения ее методов, способствует нахождению места данной науки сре­ди других наук, выявляет места их соприкосновения.

Традиционные курсы общей химии не отражают в должной мере систему изучаемой науки. В принятых курсах объем ма­териала, приходящийся на долю перечисленных учений, рас­пределяется крайне неравномерно, а связи между разделами или неодинаковы по плотности и направлению или же почти не прослеживаются. Подобные курсы химии не могут представить систему изучаемой науки и не создают предпосылок для многостороннего (по числу уче­ний) рассмотрения изучаемого объекта.

Другим важнейшим источником материала, включаемого в предметное содержание курса, является материал междисцип­линарной тематики.

Все реальные системы имеют связи с внешней средой. С точ­ки зрения определения содержания это означает, что курс хи­мии должен быть связан с другими курсами. Это и есть меж­дисциплинарные (межпредметные связи), которые выполняют роль системообразующих связей между изучаемыми дисцип­линами и усиливают мотивацию изучения данной дисципли­ны. Междисциплинарные связи четче показывают обучаемому границы изучаемой науки и места соприкосновения со смеж­ными науками, а также повышают степень многосторонности рассмотрения изучаемого объекта.

Представление химии в виде системы четырех учений поз­воляет обосновать отбор включаемого в курс междисципли­нарного материала. При этом отбирается не просто материал из других дисциплин, имеющий какое-либо отношение к хи­мии вообще, а лишь материал, который непосредственно свя­зан с учениями химической науки и блоками содержания, т.е. с термодинамикой, кинетикой, строением и периодичностью. В этом и заключается методический принцип введения в предметное содержание курса химии междисциплинарного материала.

Для формирования творческого мышления важен не толь­ко показ обучаемому преподавателем или по учебнику меж­дисциплинарных и внутридисциплинарных связей, но и са­мостоятельный их поиск для выполнения различных мысли­тельных действий. Именно учебная деятельность с неболь­шим числом внутридисциплинарных связей учит студента многостороннему подходу и развивает системное качество мышления.

Кроме рассмотренного выше подхода, к построению курса химии могут быть использованы еще несколько. Общепризнан подход на основе периодической системы Д.И.Менделеева. Периодическая система Д.И.Менделеева отражена в содержа­нии и построении его «Основ химии». Этот принцип построе­ния используется в настоящее время во всех учебниках неорга­нической химии и в ряде учебников общей химии.

В курсе Б.В.Некрасова теоретические положения связываются и развертываются на основе периодического закона: ад­сорбция — после хлора, окислительно-восстановительные ре­акции — между галогенами и подгруппой марганца, катализ— после серы, комплексообразование — после азота, коллои­ды — после кремния, физико-химический анализ — после алюминия, поляризация ионов — после меди, комплексные соединения — после платины. Таким образом, теоретический материал привязывается к материалу о свойствах того элемен­та Периодической системы, который по каким-либо аспектам играет важную роль в обосновании теории.

В.И.Кузнецов провел классификацию химии в виде концептуальных, систем. Он писал, что «любая концепту­альная система химии — это вполне определенная теоретическая целостность, состоящая из множества взаимосвязанных теорий, каждая из которых служит необходимым элементам единой сис­темы».

Классификация химии представлена в виде следующих концептуальных систем: 1) химия как наука о составе (уче­ние об элементах, учение о периодичности и теории валентно­сти); 2) структурные теории; 3) учение о химических процес­сах (кинетические теории); 4) учение об эволюционной химии. В данной классификации системы взаимообусловлены, каждая последующая не опровергает, а дополняет предшест­вующую. Преподавание химии на основе концептуальных систем позволит обучаемым понять, что между множеством химических объектов и теорий существует связь, обусловливающая прогрессивное развитие хи­мической науки.

Другой путь формирования творческого химического мыш­ления может быть осуществлен построением курса химии на основе системного представления объекта химической науки — вещества и процесса его превращения. Подобный подход со­здает у обучаемого химическую картину природы (мира) и формирует химическое мировоззрение как обобщающий взгляд на окружающий мир.

Этот подход состоит в переносе системы объекта изучения науки (в химии — реакция и вещество) на систему и структуру содержания преподаваемой дисциплины. Вещество представ­ляет собой материю, организованную в различных структур­ных уровнях, и рассматривается как система, состоящая из ря­да элементов, иерархически вклю­ченных друг в друге в соответствии с различными уровнями его организации: ядро, атом, молекула, агрегаты молекул, комплексная частица, коллоидная частица, кристалл.

Основная идея этого подхода состоит в анализе структур разных уровней строения вещества, показе преемственности их развития и непрерывного усложнения форм организации. Учебный материал излагается в последовательности, отража­ющей логику системного анализа перечисленных форм организации. Это создает возможности для усвоения системного анализа изучаемых объектов и понимания того, как элементов системы и системообразующие связи между ними порождают целостные свойства системы. При этом обучаемому открывает­ся картина химической эволюции вещества от атомного уров­ня его организации до кристаллического.

Однако этот подход не обосновывает использования внутрипредметных и межпредметных связей в курсе химии. Но, если продолжить рассмотрение уровней организации вещества до геологических или биологических объектов, то обнаруживает­ся возможность показа взаимосвязи уровней организации ве­щества, изучаемых различными науками.

Различные системные подходы — это как бы срезы в единой системе обучения, сделанные под разными углами. Для фор­мирования творческого химического мышления следует вы­брать такой срез, который бы в наибольшей мере охватывал преимущества всех подходов и наиболее полно отвечал целям обучения.

Методологические знания в курсе химии

Методология — учение о методах и средствах деятельности. Методология определяет структуру и последовательность опре­деленных видов деятельности, в том числе и познавательной. Методологические знания — это знания о методах и способах получения новых знаний. Методологические знания частично охватывают и связывают между собой философские и логические знания, систему на­уки в целом и ее отраслей, процесс и принципы познания, истори­ческие закономерности развития наук, концептуальные системы наук и т.п. Методологические знания — одна из наиболее обоб­щенных ориентировочных основ познавательной деятельности.

Формирование системы знаний и системности мышления обучаемых прохо­дит через усвоение научных теорий. Научная теория — сис­темный объект, определенным образом организующий эле­менты знания в структуру.

Система научной теории

Обучение правилам описания, объяснения, доказательства, рассказа о чем-либо особенно важно для эффективного проведения семинарских занятий, деловых игр, самостоятельной внеаудиторной работы, оформления результатов лабораторного эксперимента.

Кроме методологических и исторических знаний, в курс хи­мии различными авторами вводятся, в том или ином объеме, философские, мировоззренческие и логические зна­ния. Философские и мировоззренческие знания исключительно важны для формирования полноценного содержания обучения.

Философские знания. Владение преподавателем химии ме­тодами познания и их использования в обучении совершенно необходимо.

Мировоззренческие знания. Любая система обучения всегда имеет мировоззренческую направленность.

Мировоззрение — это система обобщенных взглядов на окружающий человека мир и его положение в нем, способах при­менения этих взглядов для познания действительности и ори­ентации в окружающей жизни и для оценки деятельности че­ловека в природе и обществе.

Мировоззрение образуется на основе комплекса всех зна­ний человечества и в свою очередь сильнейшим образом вли­яет на получение и развитие новых знаний и интерпретацию уже имеющихся. Миро­воззрение обучаемых формируется как содержанием образо­вания, так и деятельностью по его усвоению.

Необходимость мировоззренческой направленности изучае­мых дисциплин обусловлена как воспитательными целями, так и целями повышения научного уровня подготовки будущих спе­циалистов.

Логические знания. Одной из составных частей творческого мышления является логическое мышление.

Логика — наука о формах (структурах мысли) и способах доказательств и опровержений и вообще рассуждений. Уме­ния правильно структурировать мысль необходимы каждому выпускнику школы и вуза. Любой культурный человек дол­жен знать и активно использовать правила формулирования определений понятий, методы образования понятий (анализ, сравнения, синтез, абстрагирование, обобщение), строение суждений, основные формально-логические законы, правила умозаключений (силлогизмы, аналогия и другие), логические методы научного мышления (классификация и систематиза­ция объектов, определение, доказательство, гипотеза и дру­гие). В связи с всеобщей компьютеризацией обучения полезно знание основ символической логики.

 

Построение курса по принципу доступности

В формировании системных научных знаний важную роль играет не только обоснованно отобранный предметный мате­риал, но и последовательность его изучения, которая в ос­новном определяется следующими тремя принципами: сис­темностью, доступностью и научностью. Все эти принци­пы тесно связаны друг с другом и одновременно определяют порядок изучения материала.

Основное требование к любому возможному варианту по­следовательности: в сознании обучающегося фиксируется структура изучаемой науки, и при последующем подходе к любым объектам, химическим явлениям и задачам использу­ется система знаний из теорий строения вещества, химической термодинамики, кинетики и учения Д.И. Менделеева.

Проблема последовательности подачи материала весьма сложна и до настоящего времени окончательно не разработа­на. Наиболее часто последовательность изучения материала стремятся сделать систематической (или, как говорят, логи­ческой): последующие знания опираются на предыдущие.

Наиболее простой способ изучения материала — линей­ный, когда последовательно, закончив изучение содержания одного раздела (блока), переходят к другому. По такому принципу построены многие учебники химии и лекционные курсы. Этот способ преподнесения материала весьма хорошо принимается слабыми учащимися, так как, будучи рассчи­танным на память, позволяет успешно подготовиться к экзаменам. Этим способом можно выработать у уча­щихся представление об изучаемом предмете химии, как со­стоящем из нескольких основных разделов или учений. Но это не будет системным подходом, так как связи между бло­ками содержания не показываются. Обучающийся не сможет в полной мере использовать систему приобретенных знаний для решения проблемы или изучения и описания химическо­го явления. Другой недостаток рассматриваемого метода состоит в том, что к окончанию курса учащиеся забывают материал начала курса, что резко сказывается на качестве знаний в конце семестра.

Этот недостаток в некоторой степени ослабляется при ис­пользовании метода, который иногда называют концентриче­ским, или спиральным. При концентрическом способе материал излагается поэтапно с периодическим воз­вращением к пройденному, но уже на более высоком уровне.

Такой способ практически не используется на лекциях и в вузовских учебниках химии с связи с тем, что они рассчита­ны на изучение химии в течение короткого ин­тервала времени (одного семестра), но довольно часто применяется при изучении некоторых хи­мических понятий (например, валентности). Переходя от уровня к уровню, учащийся должен не переучиваться, а расширять свое знание о данном химическом понятии, явлении, законе и т.п.

Концентрический способ изучения материала рассчитан на «сильных» учеников, обладающих развитой системой мысли­тельных операций, так как смена и расширение представле­ний сопряжены с переосмыслением и переоценкой ранее усво­енных знаний. Один из недостатков концентрического метода состоит в том, что неполные первоначальные представления откладываются в памяти обучающихся прочнее последующих и процесс их дополнения и совершенствования оказывается довольно сложным и трудоемким. Этот прием не формирует целостного представления об объекте изучения, т.е. не приво­дит к желаемым результатам.

Очевидно, следует так построить курс и распределить ма­териал, чтобы в начале курса излагался материал преимуще­ственно поблочно с одновременным привлечением к каждо­му из блоков некоторой части материала из других блоков с последующим, все более тесным смешением теоретических основ содержания блоков. В соответствии с этим предлагает­ся (требование принципа доступности) период изучения курса разделить на три этапа: первый — преимущественно поблочного, второй — смешанного и третий — системного изучения.

Разделение периода изучения курса на этапы обусловлено дидактическим принципом доступности, необходимостью пре­емственного перехода методики обучения в средней школе к методике в высшей школе и важностью постепенного воспита­ния научного типа мышления.