Урок-исследование по химии как одна из форм инновационных технологий

Разделы: Химия

Важнейшим социальным заказом современного общества школе является формирование развитой творческой личности с активной жизненной позицией.

Современная педагогическая парадигма является парадигмой образовательных услуг в области удовлетворения образовательных потребностей личности: человеку нужно помочь в приобретении знаний, в приобретении навыков применять знания; в конечном счете, человек должен научиться учиться.

Формирование личности происходит в процессе освоения учащимися опыта и достижений всех предшествующих поколений. Однако, развитие личности не предполагает, что каждый учащийся будет одинаково способен во всех видах человеческой деятельности.

Оно означает сознание для всех без исключения людей равных реальных условий для развития своих способностей в любом направлении. Фундаментом такого развития должен закладываться высоким уровнем общеобразовательных знаний, широким политехническим кругозором, развитием творческого подхода к любой деятельности, наличием нравственных и моральных убеждений.

Остановимся кратко на вопросе о традиционном обучении в области естественно– научного образования. Этому обучению присущ следующий характер:

  1. Информационный: необходимые предметные знания учащиеся получают в изложении преподавателя, причем информация выдается учащимся в определенной последовательности, отвечающей логике изложения, и носит характер логически завершенного рассказа.
  2. Репродуктивный: учащемуся дают «готовые знания» и от него требуется их воспроизведение; показателем образованности человека при этом является вербальный ответ-сообщение.
  3. Алгоритмизированный: учащегося ориентируют на решение типовых предметных задач известным методами: основной целью практический лабораторных занятий является формирование способности работать с приборами, следовать указаниям, получить запланированные результаты, подтверждающие теоретический материал.

Такая форма обучения важна в плане освоения предметных знаний и умений, развития способностей к использованию теоретических знаний для решения конкретных задач и др. Она также часто необходима на первоначальном этпе обучения, предшествующего творческому.

Однако, традиционная форма обучения обладает весьма ограниченными возможностями в части развития творческих способностей, что предопределяет его целевой установкой. В этой связи отметим, что, как показывают результаты исследований международной лаборатории РАО.

Учащиеся российских школ обладают фактическими знаниями, значительно превосходящими знания учащихся ряда развитых стран, но существенно уступают им по способности к решению нестандартных творческих задач.

Здесь возникает известная проблема педагогики, связанная с подготовкой эрудитов, лишенных творческого начала. Весь накопленный к настоящему времени опыт свидетельствует о том, что при одном лишь увеличении количества сообщаемых знаний и даже повышения качества предметных знаний развития личности, необходимого для постановки и решения научных проблем, не происходит.

Именно поэтому на смену традиционному обучению, в основе которого лежит преемственность, воспроизведение и поддержание существующего уровня культуры, приходит обучение инновационное, как процесс и результат такой учебной и образовательной деятельности, которая позволяет вносить изменения в существующую культуру и социальную среду.

В рамках инновационного подхода образование не может быть суммой знаний. Оно должно стать целостным процессом формирования творческой личности с активной жизненной позицией. Поэтому эффективность каждого занятия, очевидно, следует определять тем, что дало это занятие развитию личности учащегося.

В настоящее время принципиально важно формировать на занятии личность, способную к творческому осмыслению знаний, освоению и применению научного опыта предшествующих поколений, умеющую адаптироваться в мире меняющейся техники, способную критически оценивать последствия своей деятельности, понимающую необходимость бережного отношения к природе, умеющую самостоятельно работать и проявляющую готовность к приобретению новых знаний.

Сейчас, когда объем знаний, накопленный человечеством, многократно возрос, а реальная продолжительность обучения химии сокращается, необходим переход к качественно новому типу образования, конечной целью которого является овладение универсальными навыками, развитие их способностей к творчеству, к восприятию и созданию нового.

Химия занимает особое место среди учебных дисциплин, являясь неотъемлемой частью как среднего, так и высшего образования. Как учебный предмет она создает у учащихся представление о научной картине мира. Курсы, посвященные изложению современных естественнонаучных представлений, включены и в программы гуманитарных факультетов университетов.

Логика и методология химии как науки несут важные предпосылки необходимых умений. Здесь можно выделить следующее:

  • фундаментальный и универсальный характер изучаемых проблем;
  • присущее теории внешнее и внутреннее совершенство: строгое соответствие экспериментальным данным, безупречная внутренняя логичность и самосогласованность, максимальная простота и элегантность, связь с фундаментальными концепциями в сопряженных областях знаний;
  • влияние химической теории на представление об окружающем нас мире и ее роль в создании единой картины мира;
  • возможность экспериментальной проверки результатов теории;
  • общность и окончательность установленных закономерностей в области применимости теории и, вместе с тем, открытость для дальнейшего развития;
  • необходимость интеллектуальной смелости, способности выйти за рамки существующих представлений, возможность прогнозирования явлений природы;
  • универсальность и совершенство выработанных химией приемов исследовательской деятельности.

Можно утверждать, что одной из наиболее подходящей области для развития творческого мышления учащихся является химия.

На лабораторных занятиях учащиеся видят, как на основе результатов наблюдений, экспериментов могут быть получены теоретические обобщения (индукция). Решение задач развивает дедуктивное мышление. Для воспитания же диалектического мышления преподаватель на ряде примеров может показать, как противоречие между теоретическими представлениями и экспериментом приводит в химии к новым научным открытиям

На протяжении многих десятилетий в мировой педагогике накапливался опыт организации поискового обучения. Поисковый подход в обучении преобразует традиционное обучение в обучение на основе исследовательской деятельности учащихся.

Вместе с тем следует отметить, что использование исследовательского метода на уроках по химии станет основой развития творческих способностей учащихся и окажет существенное влияние на уровень их знаний и умений, на развитие личностных качеств в том случае, если:

  • диагностически определено соответствие содержания учебного материала занятия, сущности метода его изучения;
  • планируемые пути решения проблемной задачи соответствуют уровню развития познавательного интереса учащихся и их индивидуальным возможностям.

Формирование и развитие творческой активности учащихся – активный, управляемый педагогический процесс, в котором большое значение имеет логика организации творческой деятельности.

В процессе выполнения исследования проявляется деятельность школьников. Им приходится сравнивать, анализировать явления, делать выводы о наблюдаемых закономерностях. Активный поиск решения поставленной учителем задачи приводит к созданию у учащихся устойчивых познавательных интересов, выросших на базе их ситуативной заинтересованности.

Использование исследовательского метода на уроках химии будет эффективным только в том случае, когда применение метода обеспечено определённым уровнем сформированности их исследовательских качеств.

Умение и привычка самостоятельно добывать новые знания, в конечном счёте, становится потребностью и определяют высокий уровень интеллектуального развития человека.

Учебное исследование является также и одним из определяющих условий волевого развития учащихся, поскольку преодоление познавательных затруднений обязательно сопровождается мобилизацией волевых усилий.

При исследовательском подходе к обучению учащийся ставится в ситуацию, когда он сам овладевает понятиями и подходом к решению проблем в процессе познания, организованного преподавателем.

Основу данной педагогической технологии, моделирующей процесс научного исследования, составляет урок-исследование. На таких уроках ставятся две цели: обучение предмету (дидактическая цель) и обучение исследовательской деятельности (педагогическая цель). Поставленные цели достигаются в ходе решения конкретных задач. Например, с целью обучения предмету, необходимо решить следующие задачи:

  • приобретение учащимися общеучебных умений (умение работать с учебником, составлять таблицы, оформлять наблюдение в письменном виде, формулировать мысли во внутренней и внешней речи, осуществлять самоконтроль, проводить самоанализ и т.д.)
  • приобретение учащимися специальных знаний и умений (умения анализировать, сравнивать, обобщать и т.д.)

Постановка целей обучения исследовательской деятельности требует решения других задач:

  • приобретение учащимися исследовательских знаний и умений (знания специфических особенностей процесса научного познания, ступеней исследовательской деятельности, методики научного исследования, умения выделять проблемы, формулировать гипотезы, планировать эксперимент, в соответствии с гипотезой, интегрировать данные, делать выводы).

По основной дидактической цели уроки-исследования можно разделить на следующие типы: изучение нового материала, повторение, закрепление, обобщение и систематизация знаний, контроль и коррекция знаний. Допускаются комбинированные уроки. По объёму осваиваемой методики научного исследования выделяют уроки с элементами исследования и уроки-исследование.

На уроке с элементами исследования учащиеся отрабатывают отдельные учебные приёмы, составляющие исследовательскую деятельность. По содержанию элементов исследовательской деятельности уроки такого типа могут быть различными, например: уроки по выбору темы или метода исследования по выработке умения формулировать цель исследования, уроки с проведением эксперимента, работы с источниками информации, заслушивание сообщений, защита рефератов и т.д.

На уроке-исследовании учащиеся овладевают методикой научного исследования, усваивают этапы научного познания. По уровню самостоятельности учащегося, проявляемой в исследовательской деятельности на уроке, уроки-исследования могут соответствовать начальному (урок «Образец исследования»), продвинутому (урок «Исследование») или высшему уровню (урок «Собственно исследование»).

Освоение учащимися исследовательских знаний и умений должно проходить, на мой взгляд, поэтапно, с постепенным увеличением степени самостоятельности ученика в его исследовательской учебной деятельности. Исходя из этого, я предлагаю начинать с подготовительного этапа – теоретического изучения учащимися этапов и ступеней исследовательской деятельности. Затем следует освоение ими процесса исследования на уроках «Образец исследования» (этап 1), отработка учебных приёмов исследовательской деятельности на уроках «Исследование», а также на уроках с элементами исследования (этап 2) и использования исследовательского подхода в процессе обучения на уроках «Собственно исследования» (этап 3).

На уроках-исследованиях возможно использование разнообразных форм обучения учащихся: индивидуальной, парной, групповой, коллективной.

В структуре урока-исследование выделяют несколько этапов:

  • актуализация знаний;
  • мотивация;
  • создание проблемной ситуации;
  • постановка проблемной ситуации;
  • определение темы исследования;
  • формулирование цели исследования;
  • выдвижение гипотезы;
  • проверка гипотезы (проведение эксперимента, лабораторной работы, чтение литературы, размышление, просмотр фрагментов учебных фильмов и т.д.);
  • интерпретация полученных данных;
  • вывод по результатам исследовательской работы;
  • применение новых знаний в учебной деятельности;
  • подведение итогов урока;
  • домашнее задание.

Исследовательская деятельность учащихся на уроке начинается с накопления информации. После этого следует постановка проблемы (теоретический или практический вопрос, требующий разрешения, исследование) и выбор темы исследования – определения аспекта рассматриваемой проблемы. Затем необходимо определить темы исследования, т.е. сформулировать ответ на вопрос: «Что нужно сделать для решения поставленной проблемы?».

Следующая ступень – выдвижение гипотезы – мысленное представление основной идеи, к которой может привести исследование, предположение о результатах исследования. При этом в своих рассуждениях учащиеся идут от следствия к причине: «Если …, то …». Проверка гипотезы заключается в определённых действиях по разработанному алгоритму. Полученные в результате этих действий данные учащиеся должны интерпретировать: «Анализ данных показывает, что …». В заключении необходимы оценка, оформление результатов работы и вывод из неё.

Вот некоторые учебные приёмы, составляющие исследовательскую деятельность учащихся на уроках-исследованиях:

  • выделение основной проблемы в предложенной ситуации;
  • определение темы цели исследования;
  • формулирование и отбор полезных гипотез;
  • определение пригодности выбранной для проверки гипотезы;
  • разграничение допущений и доказанных положений;
  • планирование эксперимента для проверки гипотез;
  • анализ планируемых опытов, выбор наиболее подходящих из них;
  • планирование результата;
  • проведение эксперимента;
  • конструирование нового варианта прибора для осуществления конкретного опыта, изготовление моделей по собственному замыслу;
  • составление таблиц, графиков, диаграмм для выявления закономерностей;
  • систематизация полученных результатов исследования, графическое изображение законов, правил;
  • установление связей полученных данных с поставленной проблемой и последовательности изучения данных;
  • систематизация фактов, явлений;
  • интерпретация данных;
  • использование обобщений и абстрагирования, методов анализа и синтеза, индукции и дедукции, принципов формализации;
  • установление аналогии;
  • формулирование определений и выводов на основе теоретических и фактических исследований;
  • решение задач в новой ситуации;
  • написание творческого сочинения, реферата.

Деятельность учителя и учащихся определяется уровнем урока-исследования.

Предлагаемая вашему вниманию разработка урока для 9-го класса относится к типу «Образец исследования» (начальный уровень).

Тема урока: «Водородный показатель. Определение реакции среды в растворах солей».

Тип урока: «Образец исследования» (начальный уровень).

Дидактические задачи урока:

  1. Помочь учащимся самостоятельно сделать вывод о взаимосвязи концентрации тех или иных ионов в растворе и т.н. «реакций среды».
  2. На основе этого ввести и рассмотреть новый термин – «водородный показатель».
  3. Показать взаимосвязь сформированных определений и понятий с различными областями знания (биология, экология, математика, медицина и т.д.).
  4. В ходе проведения лабораторного эксперимента отработать навыки определения реакции среды; навыки написания уравнений гидролиза.

Педагогические задачи урока:

  1. Познакомить учащихся с особенностями процесса познания, ступенями исследовательской деятельности.
  2. Научить различать проблемы, формировать и отбирать полезные гипотезы, интерпретировать данные, делать выводы.
  3. Заинтересовать учащихся исследовательской деятельностью, поиском новых проблем, вопросов.

План проведения урока:

  1. Определение задач урока, мотивация учащихся.
  2. Постановка проблемы.
  3. Определение темы и цели исследования.
  4. Выдвижение рабочей гипотезы.
  5. Подтверждение гипотезы (сбор, оформление, интерпретация данных).
  6. Формулирование выводов по результатам исследования.
  7. Подведение итогов урока.

На столах учащихся:

Литература по теме, тетрадь для лабораторных работ, набор реактивов и оборудования для лабораторного эксперимента; таблицы, заполняемые по ходу урока, итоговый отчёт исследовательской группы.

На доске записаны названия основных ступеней исследовательской деятельности. Учащиеся работают в группах по три-четыре человека.

Ход урока

Вступление.

Исследование – один из видов профессиональной деятельности человека. Учёный, рабочий, преподаватель – человек любой профессии при грамотном подходе к делу использует элементы исследовательской работы. Одна из задач этого урока – учится исследовательской деятельности. Другая задача – сделать очередной шаг по дороге химических знаний; выяснить как можно определить реакцию среды в растворах различных веществ.

Начинается работа в группах.

Каждая группа учащихся – маленькая научная лаборатория, которая выбирает своего научного руководителя, отвечающего за работу группы.

С чего начинается любое исследование? С накопления информации, постановки проблемы.

Теоретический материал:

I. Два процесса, происходящие в растворах:

  1. Эл. диссоциация (определение, примеры на доске: NaOH, HCl, BaCl2)
  2. Гидролиз (определение, примеры: Na2S) Al2(SO4)3).

II. Ионы. Свойства растворов. Свойства ионов. Какие ионы определяют свойства растворов кислот [ H ], щелочей [ OH ].

Определение кислотности среды. Мат. выражение. Введение понятия «водородный показатель»; занесение данных в таблицу. (см. приложение)

Как численно выразить (математически) концентрацию [ H ] и [ OH ] в растворе?

  1. [ H ] и [ OH ] образуются при диссоциации воды
  2. Установлено, что в одном литре при комнатной температуре диссоциации подвергается 10 моль воды и при этом образуется 10 моль/литр [ H ] и 10 моль/литр [ OH ]. В нейтральной среде [ H ] = [ OH ] = 10. PH = десятичный логарифм с противоположным знаком pH = -lg [ H ]. В нейтральной среде = 7.

Задания группам:

а) Попытайтесь, используя полученную и имеющуюся информацию, а также знания в области математики, связать химические и физические свойства растворов электролитов с концентрацией тех или иных ионов в них и определить математическую закономерность, выражающую эту взаимосвязь. Подтвердить предположения уравнениями реакций. Данные исследования внести в соответствующие графы таблицы. Группы представляют на доске полученные результаты. Учитель в ходе обсуждения, делает акцент на необходимости введения единой характеристики реакции среды – водородного показателя. Учащиеся предлагают различные варианты обозначения записи нового термина. Выбирается единый, математически обоснованный.

б) Группам предлагается исследовать на реакцию среды растворы, предложенный для лабораторного практикума, а результат практического исследования записать с помощью введённого ранее обозначения-понятия «водородный показатель». Запись производится в тетрадях для лабораторных работ.

в) Задание группами – назвать области применения введённого понятия (медицина, экология, биология, кулинария), проиллюстрировать примеры.

По итогам урока в таблице «Итоговый отчёт исследовательской группы» остаётся следующая запись:

Проблема – связать концентрацию ионов электролитов с термином «реакция среды». Необходимость введения нового понятия – показателя реакции среды.

Тема исследования – единое обозначение реакции среды раствора.

Цель исследования – вывод и введение нового, единого обозначения «водородного показателя».

Гипотеза – математическое обоснование вводимого термина.

Подтверждение гипотезы – результаты заносятся в таблицу.

Вывод: Определения и понятия, рассматриваемые ранее и служившие базой исследования и впервые введённые на уроке. Учитель подводит итоги урока, говорит о цепочке познавательной деятельности:

  1. Анализ факторов на основе проведённых наблюдений.
  2. Постановка проблемы на основе анализа фактов.
  3. Выдвижение гипотезы из исследования, возможных следствий, которые можно проверить в случае верной гипотезы.
  4. Эмпирическая проверка гипотезы – эксперимент.
  5. Анализ результатов эксперимента, теоретические выводы о справедливости (или нет) гипотезы, возможные практические применения результатов исследования.