Интерактивное обучение химическим дисциплинам как средство формирования профессиональной компетентности студентов педагогических вузов (06.04.2009)

Автор: Гавронская Юлия Юрьевна

Метод решения учебных задач на основе анализа конкретных ситуаций предусматривает известные, подобные и неизвестные ситуации при решении. Под известной понимается ситуация, для решения которой имеются конкретные образцы. В случае задач на основе анализа конкретных (известных) ситуаций сначала разбирается стандартный метод решения, выявляется алгоритм деятельности, рассматриваются образцы решения задачи согласно выявленному алгоритму в нескольких вариантах. Далее студентам предлагается осуществить самостоятельное решение в аудитории, однотипные задачи включены в индивидуальные домашние задания.

Решение учебных задач на основе анализа конкретных (подобных) ситуаций основано на том, что ситуацию нужно проанализировать, сравнить с другими подобными ситуациями, видоизменить их, приближая к рассматриваемой.

Задача. При 25 С удельная электропроводность насыщенного раствора бромистого серебра равна 2,24 10-6 Ом-1см-1, а ( воды, в которой растворена соль 1,25 10-6 Ом-1см-1. Молярные электропроводности ионов Br- и Ag+ при бесконечном разбавлении соответственно равны 78,14 и 61,90 см2Ом-1моль-1. Определите растворимость и произведение растворимости AgBr.

; 3) видоизменение ситуаций «малорастворимый электролит» и «электропроводность раствора» до конкретной ситуации. Насыщенный раствор малорастворимого вещества, соприкасающийся с твердой фазой, бывает настолько разбавленным, что ?нас???. Величину ?? можно вычислить по справочным данным (? ионов. Таким образом, можно рассчитать растворимость и произведение растворимости AgBr:

Задачи на основе анализа конкретных (неизвестных) ситуаций, то есть ситуаций, которые не встречались в практике студента даже в виде образца, который может быть подвергнут определенной модификации можно разделить на: задачи, связанные с самостоятельным углубленным изучением какого-либо раздела, практические задачи, контекстные задачи, то есть задачи, имеющие педагогическую направленность. В ходе решения таких задач студенту необходимо самостоятельно сформулировать проблему, выработать стратегию и тактику решения, найти дополнительную необходимую информацию, позволяющую использовать, анализировать, интерпретировать подобные и известные ситуации, что в обязательном виде предусматривает обращение к дополнительным источникам информации и творчество. В приведенном ниже примере студент посредством задачи побуждается к самостоятельному изучению автоколебательных реакций и одного из методов определения энергии активации — метода трансформации кинетических кривых, а также к сбору материала для будущей профессиональной деятельности.

Задание. В середине прошлого века открыт крайне интересный класс химических реакций — автоколебательные реакции. Одной из первых была реакция Белоусова-Жаботинского, где в системе «малоновая кислота–KBrO3-KBr-H2SO4-Ce(SO4)2» наблюдаются периодические изменения окраски, обусловленными переходами катализатора Се3+(желтый)/Ce4+(бесцветный). Затем подобную реакцию стали проводить с другими органическими кислотами (лимонная, яблочная, винная) и катализаторами (Fe2+/Fe3+, Mn2+/Mn3+ и т.д.). Самостоятельно изучите этот класс реакций, опишите ее механизм, составьте свое мнение о возможности использования материала об автоколебательных реакциях в работе учителя химии. Определите энергию активации реакций Белоусова-Жаботинского, используя приведенные в таблице данные о времени колебаний (реакции проводили при различных начальных концентрациях реагентов).

Кислота Время пяти колебаний

а) Малоновая кислота 5 мин 21 с (20оС) 2 мин 32 с (30оС)

б) Лимонная кислота 5 мин 40 с (20оС) 3 мин 14 с (30оС)

в) Винная кислота 6 мин 1 с (25оС) 2 мин 22 с (35оС)

При оценивании результатов выполнения задания делаются выводы об умении студента находить необходимую информацию, понимании границы ее использования, способности оценить ее значимость для развития науки и перспективы использования в профессиональной педагогической деятельности.

Метод построения системы профессиональных перспектив основан на выявлении перспектив использования специальных компетенций, формируемых при изучении дисциплины, в будущей профессиональной деятельности. На разных уровнях овладения компетенциями используются следующие методические приемы:

обзор тем, разделов, возможных элективных курсов школьного курса химии и естествознания, где используется учебная информация модуля (в коллоидной химии для модуля «Получение и образование дисперсных систем» — качественные реакции с выпадением осадков, растворы и смеси, флотация руд, формование искусственных волокон; для модуля «Молекулярно-кинетические свойства дисперсных систем» — уроки «Закон и постоянная Авогадро», «Растворы и смеси», электив «История естествознания»).

сбор и накопление материала для собственной педагогической деятельности (информация, полученная в процессе обучения с преподавателем или при работе с дополнительными источниками; факты, используемые для постановки и полученные в процессе решения задач на основе анализа конкретных ситуаций; специальные практические компетенции, необходимые для организации школьного учебного эксперимента по химии);

выполнение заданий по контекстного педагогического содержания, связанных с отбором содержания учебного материала для школьного курса химии, конструированием содержания элективных и факультативных курсов, внеклассной работы; организацией исследовательской деятельности школьников по химии.

???????????7?и

7ским дисциплинам представляет трехступенчатую структуру. Ступени цикла отвечают уровням формирования компетенций, сопровождаются усложнением учебной познавательной деятельности студентов и повышением степени ее самостоятельности. В соответствии с этапами интерактивной деятельности каждая из трех ступеней осваивается в три этапа (ориентировочно-мотивационный, операционно-исполнительский, рефлексивно-оценочный), что в общей сложности составляет девять стадий цикла. Каждая стадия имеет свои специфические цели, методы и формы обучения, проиллюстрированные в диссертации на примере дисциплины «Коллоидная химия».

На первой стадии (ориентировочно-мотивационная стадия ступени ознакомления) происходит диагностика готовности студентов к освоению содержания, постановка целей, установление связей предмета изучения с личным и учебным опытом студента, первоначальная ориентация в предметном поле. Ведущей формой обучения является ознакомительное интерактивное занятие, в ходе которого используются следующие приемы и методы создания положительной мотивации к обучению и развития личной образовательной среды:

обзор предмета изучения;

выявление личного опыта студентов в отношении предмета изучения и установление связи имеющегося бытового и учебного опыта с содержанием модуля. (для модуля «Получение и образование дисперсных систем» — образование золей и пептизации осадков в аналитической химии; процесс образовании тумана в физике; получение золей золота или коллоидного никеля из опыта работы в студенческом научном обществе и т.д.);

диагностика готовности студента к изучению содержания модуля проводится с помощью тестирования востребуемых в данном модуле знаний и умений из предшествующих модулей и учебных дисциплин;

обзор разделов школьного курса химии, где используется содержание модуля;

характеристика содержания и структуры учебного материала;

обсуждение развернутой учебно-технологической карты модуля, включая информацию об ожидаемых результатах изучения модуля, диагностируемых позициях и контролирующе-оценочных процедурах.

Целью второй стадии (операционно-исполнительская стадия ступени ознакомления) является формирование специальных профессиональных компетенций на уровне знания и понимания, осуществления стандартных лабораторных процедур по образцу. Методы обучения наиболее близки, но не тождественны тем методам, которые называют традиционными для высшей школы (описание, объяснение, рассуждение, примеры, выводы уравнений, химический эксперимент, решение расчетных задач), принципиальным отличием является наличие постоянной обратной связи по вертикали (студент-преподаватель), активизирующей и стимулирующей включение студента в деятельность, опора на имеющиеся у студента знания и опыт.

Методы организации интерактивной познавательной когнитивной и практической деятельности студента на этой стадии реализуются в формах интерактивной ознакомительной лекции по изучению нового и интерактивных практическо-лабораторных занятий. Интерактивная ознакомительная лекция по изучению нового сохраняет преимущественно монологический стиль общения преподавателя с аудиторией в сочетании с элементами диалога. На интерактивных практических занятиях ведущим является метод решения учебных задач на основе анализа конкретных (известных) ситуаций. Лабораторный учебный эксперимент на этой ступени проводится сначала демонстрационно, а затем всеми студентами под непосредственным контролем преподавателя. Проведение эксперимента предваряется обсуждением общих требований к его безопасному проведению, прогнозированием причин возможных затруднений.

Третья стадия (рефлексивно-оценочная стадия ступени ознакомления) соответствует определению места формируемых компетенций в общей структуре научного знания и практической деятельности, выявлению трудностей в освоении содержания обучения, оцениванию значимости присвоенных знаний и умений для дальнейшего развития профессиональной компетентности. Для этого используются методы рефлексивного анализа процесса и результата аудиторной и внеаудиторной работы:

анализ результатов экспресс-тестирования;

студенческая экспертиза учебного демонстрационного эксперимента, реализуемая работой выбранной экспертной группы студентов, которые анализируют выполнение опыта (соблюдение техники безопасности, правильная последовательность действий, точность соблюдения прописи, полнота комментария);

анализ трудностей в освоении содержания обучения. Используется приём разбора наиболее распространенных ошибок студентов, делается акцент на выявление типичных для данного студента ошибок, при необходимости проводится индивидуальная консультация с преподавателем или в качестве консультанта рекомендуется один из студентов;

коллективный разбор решения учебных задач, в ходе которого обсуждается значимость получаемых в ходе решения знаний и умений для решения других задач, значимость умения решать другие задачи для решения данной. Так, задача о формульной записи мицеллы лиофобного золя опирается на знания о различных типах химических реакций, теории электролитической диссоциации, теории двойного электрического слоя и т.д. Приобретаемая компетенция связана с пониманием агрегативной устойчивости золей, их коагуляции под действием электролитов, причин электрокинетических явлений и т.д.;

оценивание значимости приобретенных знаний и умений происходит в процессе их применения, в частности при получении нового знания на их основе. Например, каждый студент группы получает задание вычислить величину электрокинетического потенциала по скорости электрофореза в золе с определенной концентрацией электролита. Наряду с проверкой правильности вычислений ставится цель выявить влияние концентрации электролита на ?-потенциал. Результаты вычислений объединяются и используются для построения графической зависимости, делается вывод об изменения строения ДЭС.

На четвертой стадии (ориентировочно-мотивационная стадия ступени освоения знаний, умений) ставятся цели интеграции личной образовательной среды студента с образовательной средой обучения дисциплине, развития мотивации к учению, ориентации в структурно-логических связях содержания обучения. Используются методы развития личной образовательной среды студента и методы создания положительной мотивации в аудиторных и внеаудиторных формах индивидуальной и групповой деятельности. На этой стадии работа ведется по конкретизированному заданию преподавателя и, как правило, требует привлечения дополнительных источников информации и активного взаимодействия как по вертикали (студент-преподаватель), так и по горизонтали (студент-студент). В качестве примера приведено внеаудиторное задание для группы студентов оценить площадь нефтяного пятна при растекании нефти по водной поверхности. В процессе решения и оценивания достоверности результата этой простой задачи студентами привлекается самая разнообразная информация — состав нефти, ликвидация нефтяных и масляных разливов, их влияние на поверхностное натяжение, экологические и другие последствия.

Задание. Используя представления о строении поверхностного слоя, оцените площадь нефтяного пятна при растекании 2,5 кг нефти по поверхности воды.

Фрагмент решения. Максимально большое пятно образуется при условии, что нефть растечется в виде мономолекулярного слоя. Нефть, из которой в дальнейшем получают керосин, имеет состав С9Н20–С16Н34, то есть молекулярную массу 128–370 (среднее значение 250). Если одна молекула занимает площадь 20?10-20 м2, то разлив 2,5 кг нефти (10 моль) образует пятно площадью

S=?·NA·n =20?10-20 [м2/молекулу]·6,02?1023 [молекул/моль]·10 [моль]=1,2 [км2] .

Поскольку различные сорта нефти отличаются по составу, используемые студентами данные и результаты проводимых на их основе вычислений будут различны. Сопоставление результатов вычислений и найденных в средствах массовой информации сведений о разливах нефти свидетельствует о существовании различий между «теорией» и «практикой». Так, для оценки достоверности результатов вычислений одним из студентов была привлечена следующая информация: «В реке Иргиз Самарской области оказалось более трех тонн чистой нефти. Площадь нефтяного пятна составила около 300 квадратных метров». Такие существенные различия требуют выявления их причин или поиска ошибки в решении. В действительности из-за естественного и искусственного ограничения растекания пленка нефти на воде оказывается в несколько раз толще, а, следовательно, меньше по площади. Кроме того, нефть частично растворяется в воде, окисляется, образует водонефтяную эмульсию, которую и собирают при ликвидации экологических катастроф. Положительная мотивация создается методом учета личных учебных достижений: качественное и своевременное выполнение заданий учитывается в накопительной системе оценок; за счет построения системы профессиональных перспектив: собранный материал может явиться основой курсовой или выпускной квалификационной работы, пригодиться в собственной педагогической деятельности при работе в профильной школе экологического профиля, а в несколько модифицированном виде — в классах культурологического или исторического профиля (например, как научное объяснение «жертвы» морским богам — при сильном шторме моряки выливали в море бочку масла, волнение на некоторое время ослабевало, так как большое масляное пятно гасило волны); за счет эмоционального удовлетворения, появления интереса.

На пятой стадии (операционно-исполнительская стадия ступени освоения знаний, умений) осуществляется развитие специальных компетенций до уровней «применение» и «анализ». Методы организации интерактивной познавательной когнитивной и практической деятельности студента соответствуют продуктивным методам обучения и включают, в частности, обсуждения, проблемное обучение, решение учебных задач на основе анализа конкретных (подобных) ситуаций, а также частично-поисковый химический эксперимент, реализуемые в формах интерактивной проблемно-эвристической лекции и практических занятий.

Развитию специальных практических компетенций способствует выполнение лабораторных учебно-исследовательских работ частично-поискового характера. Это лабораторные работы, предусмотренные учебным планом, выполнение которых опирается на стандартные лабораторные процедуры, однако требует их видоизменения. Количественный результат работы не предопределен, как в случае изучения адсорбции кислот на активированном угле, где адсорбентами служат угли различных марок и их удельная поверхность заранее не известна.

На шестой стадии (рефлексивно-оценочная стадия ступени освоения знаний, умений) происходит оценивание значимости формируемых специальных профессиональных компетенций, определение ценности и значимости применять приобретенные на стадии освоения знания и умения для дальнейшего профессионального и личностного развития, оценивание вновь приобретенных знаний и компетенций, выявление трудностей в освоении содержания обучения дисциплине. Используются следующие рефлексивно-оценочные методы: анализ результатов текущего контроля, диагностика учебных затруднений в форме коллоквиумов, защит результатов лабораторных работ


загрузка...