Определение уровня творческого химического мышления учащихся

Под творческим химическим мышлением понимается обобщенное качество, которое формируется на основе целого комплекса знаний и умений обучающегося в предметной области «Химия». Как известно, основными компонентами творческой деятельности являются – способность к сотрудничеству, способность мыслить творчески, способность к решению проблем (творческих задач), опыт использования знаний по химии для решения проблем и опыт технического творчества [2, 8].

Формировать творческое химическое мышление обучающихся в современной школе можно при использовании так называемого компетентностного подхода. Его основой является новое для отечественной педагогики понятие «компетенция» – готовность ученика к мобилизации знаний, умений и внешних ресурсов для эффективной деятельности в конкретной жизненной ситуации (в ситуации неопределенности). В «Концепции модернизации российского образования до 2010 года» подчеркивается, что общеобразовательная школа должна формировать так называемые ключевые компетенции учащихся, определяющие современное качество образования. К этим компетенциям относят: информационную компетенцию (готовность к работе с информацией), коммуникативную компетенцию (готовность к общению), кооперативную компетенцию (готовность к сотрудничеству) и проблемную компетенцию (готовность к решению проблем). Компетентностный подход делает акцент на получение самостоятельного опыта решения проблем.

Большие возможности по использованию компетентностного подхода открываются при организации практикумов исследовательского характера на уроках химии и организации самостоятельных исследований обучающихся во внеурочное время в малых группах (2-4 человека) [5, 6].

Основные способы диагностики творческого химического мышления представлены на рис. 1 [2]. К наиболее оригинальным методам в определении творческого мышления можно отнести анализ сочинений учащихся [2] и ответов на творческие вопросы [3-5] по адаптированной методике профессора О.С. Зайцева [2].

О развитии химического мышления судят по следующим показателям (параметрам):

• научность описания (т.е. среднее число привлеченных учений; в химии их 4: термодинамика (Т), кинетика (К), строение вещества (С) и периодичность (П); max=4);
• уровень развития письменной речи (общее число химических понятий, использованных в работе);
• доля химического аппарата (число химических понятий, названий веществ, химических формул, химической посуды, уравнений и т.д. от общего числа слов в работе*, в %);
• междисциплинарный характер (доля работ, в которых прослеживаются междисциплинарные связи, т.е. связи с другими учебными предметами, в %);
• обновляемость понятийного аппарата (доля новых терминов от их общего числа, в %).

Рис. 1. Основные виды мониторинга творческого химического мышления

В качестве примера (подробный анализ работы учащегося) приведены ответы на вопросы ко второму практикуму 8 класса [4].

ВОПРОСЫ ПО РАБОТАМ ВТОРОГО ПРАКТИКУМА [1, 7]

1. Почему практический выход продукта не совпадает с теоретическим?

2. «Есть очень насыщенные минеральные источники. Стоит положить в такой источник ветку, гвоздь, что угодно, как через короткое время они обрастут множеством белых кристаллов и превратятся в подлинные произведения искусства» (Г.К.Паустовский. Золотая роза). Используя этот отрывок, составьте как можно больше химических заданий.

3. Простейший прибор для получения газов (пробирка с пробкой, через которую пропущена газоотводная трубка) можно усовершенствовать и получать в нем водород только тогда, когда есть необходимость (как в аппарате Киппа). Для этого необходимо сделать маленькое отверстие в дне пробирки и запастись химическим стаканом. Что нужно сделать дальше? Как использовать простейший прибор для получения газов, чтобы можно было получать газ и прекращать реакцию, как в аппарате Киппа? Нарисуйте схему прибора, сделав пояснительные надписи, и составьте подробную инструкцию по его использованию.

4. Количественное измерение влажности газов, в том числе и воздуха, находит применение во многих областях промышленности. Для определения влажности используют целый набор различных приборов. Предложите наиболее простой способ определения влажности газа, если в качестве измерительного устройства у вас имеются только аналитические весы. Никаких химических реактивов у вас нет.

5. На графиках (см. рис. 2) показаны кривые кислотно-основного титрования. Какую подпись нужно сделать к оси абсцисс? В каком случае титровали щелочь кислотою, а в каком кислоту щелочью?

Рис.2. Кривые кислотно-основного титрования

6. Кристаллическая сода (Na₂CO₃'10H₂O) при длительном хранении превращается в белый порошок, и при этом ее масса уменьшается более чем в 2,5 раза. Используя этот факт, напишите небольшой детективный рассказ.

В предлагаемой работе ученика 8 «Б» класса Новаковича В. новые, приобретенные обучением термины выделены жирным шрифтом, а в скобках отмечены использованные учения химии [С – строение; Т – термодинамика; К – кинетика; П – периодичность] и междисциплинарные связи [МДС]. Индексами (верхними) показана нумерация слов, относящихся к химическим понятиям, терминам, названиям веществ, посуды и т.д. (для определения доли химического аппарата). После каждого ответа на вопрос приводится дробная величина (например, 14/42, которая показывает: в числителе – число слов химического содержания, в знаменателе – общее число слов в ответе).

ОТВЕТЫ НА ВОПРОСЫ ПО РАБОТАМ ВТОРОГО ПРАКТИКУМА

Выполнил: ученик 8 «Б» класса Новакович В.

1. Практический¹ выход² продукта³ [К] не совпадает с теоретическим⁴ выходом⁵ [К], так как последний рассчитывается при условии 100 % взаимодействия исходных⁶веществ⁷ [К]. А так как в реакцию⁸ вступает менее 100 % исходных⁹ веществ¹⁰ (имеются потери, примеси¹¹ и пр.), то практический¹² выход¹³ всегда оказывается меньше теоретического¹⁴. ___________ 14/42

2. Задание:

1) вырастить кристалл¹ определенной формы; 2) определить жесткость² воды³ [С] источника; 3) определить минеральный⁴ осадок⁵ (минерализацию⁶, соленость⁷) [МДС]; 4) определить плотность⁸ [МДС] раствора⁹; 5) определить электропроводность¹⁰; 6) определить количество¹¹ растворенного¹² в воде¹³ кислорода¹⁴; 7) приготовить раствор¹⁵ заданной концентрации¹⁶ [К]; 8) определить рН¹⁷ раствора¹⁸ [С] индикаторами¹⁹ [С]; 9) определить, взаимодействует ли раствор²⁰ с щелочами²¹ [С], кислотами²², оксидами²³, солями²⁴; 10) определить качественный²⁵ состав²⁶ [С] источника; 11) предложить способ очистки²⁷ воды²⁸от солей²⁹; 12) получить пересыщенный³⁰ раствор³¹ [С]. __________ 31/55

3.

Рис.3. Прибор для получения водорода: 1 – пробирка1 (с отверстием в дне); 2 – химический2 стакан3; 3 – гранулы4 цинка5; 4 – газоотводная6 трубка7; 5 – каучуковая8 пробка9; 6 – раствор10 кислоты11: 7 – отверстие в пробирке12.

Инструкция по работе с прибором¹³ для получения водорода¹⁴:

1. налить в химический¹⁵ стакан¹⁶ раствор¹⁷ кислоты¹⁸;
2. поместить в пробирку¹⁹ несколько гранул²⁰ цинка²¹;
3. закрыть пробирку²² каучуковой²³ пробкой²⁴ с газоотводной²⁵ трубкой²⁶;
4. опустить пробирку²⁷ в стакан²⁸ с кислотой²⁹;
5. наблюдать выделение водорода³⁰ (при необходимости собирать методом³¹ вытеснения³² воды³³ или воздуха³⁴) [МДС];
6. для завершения химической³⁵ реакции³⁶ вынуть пробирку³⁷ из химического³⁸ стакана³⁹ (при этом раствор⁴⁰ кислоты⁴¹ вытечет и реакция⁴² остановится);
7. при необходимости получения водорода⁴³ снова опустить пробирку⁴⁴ в химический⁴⁵ стакан⁴⁶. __________46/89

4. Для определения влажности¹ воздуха² [МДС] необходимо набрать образец в стеклянную³ емкость (например, в колбу⁴) и охладить ниже 0 0С, чтобы пары⁵ воды⁶ перешли в твердое состояние. Далее определить массу⁷ воды⁸ (использовать аналитические⁹ весы¹⁰). Рассчитать количество¹¹ вещества¹² воды¹³ и объем¹⁴ паров¹⁵ воды¹⁶. Объем¹⁷ всего воздуха¹⁸ равен объему¹⁹ колбы²⁰, тогда объемная²¹ доля²² (φ²³) [С] паров²⁴ воды²⁵ в воздухе²⁶ будет равна:

__________ 32/61

5. На рисунке А рН¹ возрастает от ≈ 1,2 – кислый² раствор³ [С] (рН⁴ < 7) до ≈ 7,5 – щелочной⁵ раствор⁶ [С] (рН⁷ > 7). Следовательно, кислоту⁸ титруют⁹ [К] щелочью¹⁰ и к оси абсцисс подписываем объем¹¹ щелочи¹² – V¹³(щелочи¹⁴), мл¹⁵. На рисунке В рН¹⁶ убывает от ≈ 8,2 – щелочной¹⁷ раствор¹⁸ (рН¹⁹ > 7) до ≈ 1,5 – кислый²⁰ раствор²¹ (рН²² < 7). Следовательно, в этом случае щелочь²³ титруют²⁴ кислотой²⁵ и к оси абсцисс подписываем объем²⁶ кислоты²⁷ – V²⁸(кислоты²⁹), мл³⁰. __________ 30/65

6. Многие частные предприниматели (ЧП) скупают на оптовых складах товар, в том числе уксус¹, соль², сахар³, соду⁴ и пр., продавая их по розничной цене. Вот такой у них бизнес! Но не всегда все проходит гладко. Однажды, занимаясь своим обычным делом, ЧП Нехимиков попал в одну щекотливую ситуацию. Если бы не БТД (Бюро тайных дел), члены которого ходили на кружок юных химиков, то карьера Нехимикова потерпела бы крах. Дело заключалось в следующем. При продаже в один продовольственный магазин соды⁵, директор этого магазина очень удивился, увидев пачки соды⁶ с надписью «1 кг⁷». Даже невооруженным глазом (точнее рукой) можно было обнаружить, что сода⁸ весила значительно меньше. Таким образом ЧП не смог реализовать свой товар. И вот за дело берется БТД. Через несколько дней расследование было закончено. Оказалось, что при длительном хранении кристаллическая⁹ сода¹⁰ превращается в белый порошок¹¹ и при этом ее масса уменьшается более чем в 2,5 раза.

ЧП Нехимиков сменил сферу своей деятельности. Теперь он не торгует содой¹², а занялся продажей лекарств и даже открыл свою аптеку. Пока у него все нормально. Поживем – увидим! __________ 12/172

Анализ химических понятий, использованных автором в работе и результаты анализа ответов на вопросы представлены в таблицах 1-2.

Таблица 1

Анализ химических понятий, использованных автором в работе

Помимо ответов на вопросы для диагностики уровня творческого химического мышления удобно использовать такую форму самостоятельной работы учащихся как сочинение. Определение параметров (научность описания; уровень развития письменной речи; доля химического аппарата и др.) производится как и в ранее описанном случае. Учащимся предлагается дважды написать сочинение (без использования какой-либо справочной литературы): в начале учебного года и в конце. Тема сочинения может быть сформулирована так: «Всё, что я знаю о …» Объектом описания могут стать конкретные вещества (и их свойства), которые хорошо знакомы учащимся. Так в 8 классе можно предложить учащимся написать сочинение о воде, в 9 классе – о поваренной соли, в 10 классе – об этаноле или уксусной кислоте.

Таблица 2

Анализ ответов на контрольные вопросы (работа Новаковича В.)

Для определения уровня творческого химического мышления (а это, безусловно, очень кропотливая работа!) целесообразно привлекать самих учащихся, а результаты по каждому ученику и по классу в целом (средние значения) позволят объективно оценить уровень сформированного творческого химического мышления.

ЛИТЕРАТУРА

1. Журин А.А. Сборник упражнений и заданий. Решение и анализ. – М., 1997.
2. Зайцев О.С. Методика обучения химии: Теоретический и прикладной аспекты: Учеб. для студ. высш. учеб. заведений. – М, 1999. – С.335-353.
3. Исаев Д.С. Система мониторинга сформированности творческого химического мышления и экспериментальных умений учащихся при обучении химии в средней школе//Мониторинг качества образования. – Тверь, 2006. – С.62-76.
4. Исаев Д.С. Практические работы исследовательского характера по неорганической химии: Учебное пособие для учащихся 8-х классов. -Тверь, 2001. – С. 35-36.
5. Исаев Д.С. Программа по химии для VIII-IX классов базового уровня образования с использованием видеодемонстраций, домашнего эксперимента и практикумов исследовательского характера. – Тверь, 2007. – С. 89-92.
6. Исаев Д.С. Из опыта организации ученических исследований по химии на внеклассных занятиях в общеобразовательной школе: Пособие для учителей и студентов. – Тверь, 2007. – 100 с.
7. Лисичкин Г.В., Бетанели В.И. Химики изобретают: Кн. для учащихся. – М., 1990.
8. Общая методика обучения химии в школе/Р.Г. Иванова, Н.А. Городилова и др.; под ред. Р.Г. Ивановой. – М., 2008. – С. 212-216.

* При расчетах исходили из предположения, что «предложение – уравнение», «слово – химическая формула», «буква – химический знак».