Психологический смысл и содержание программы формирующего эксперимента
В данном параграфе перед нами не ставится цель рассмотреть ведущие принципы дидактики и частные методики, используемые для освоения химии. Основная задача - раскрыть психологический смысл и содержание программы формирующего эксперимента, показать умственную деятельность подростков, направленную на формирование ментальных структур.
Цель программы формирующего эксперимента - формирование ментальных структур как основы химических знаний и химических способностей.
Основной замысел программы - реализовать естественный порядок формирования понятийной системы химии (глава 4): раскрыть зависимость свойств вещества от состава, строения и всей кинетической системы в целом, т. е. следовать в программе обучения от наименее дифференцированных ментальных структур к наиболее дифференцированным подструктурам, от оперирования глобальными, недифференцированными образами химической реальности к оперированию все более дробными их элементами, свойствами и отношениями.
Этапы формирования ментальных структур
1 этап - моделирование процесса зарождения понятийной системы химии - главный акцент на составе вещества, но в практических работах с веществом на наглядно-действенном уровне представлен не только состав (из чего состоит вещество), но и строение (внешняя форма кристалла как отражение его внутреннего строения) и вся кинетическая система (реакция горения).
Еще 1789 г. А. Лавуазье писал, что, «начиная впервые изучать какую-либо науку, мы находимся по отношению к ней в положении, очень близком к положению ребенка, и дорога, по которой нам приходится следовать, совершенно та же, по которой идет природа, создавая его представления» (Лавуазье, 2008, с. 225); в задачу начального курса химии входит научить лишь немногому, что едва хватает целого года, чтобы приучить ухо к языку, глаза к приборам и что немыслимо подготовить химика меньше чем в три или четыре года, поэтому на первом этапе освоения химии вводятся самые общие, существенные понятия, составляющие каркас химии как науки (химическая реакция, химическое соединение, химические свойства, химическая связь, химическое строение, взаимодействующий атом, элемент, молекула). Очевидно, такое концентрированное и опережающее введение понятий еще не приводит к их полноценному освоению. Однако ценность такого подхода обуславливается тем, что у подростка «ухо приучается к языку», глаза - к фиксированию особенностей химического процесса, возникает целостное и принципиально правильное представление об изучаемом предмете, его состоянии и проблемах, которое в дальнейшем будет последовательно дифференцироваться и на которое поэтапно будут нанизываться более частные теоретические и эмпирические знания, а также конкретные примеры, их подтверждающие. Происходит первичная адаптация ментальных структур иного по специфике предметно го характера к методам решения химических задач. Испытуемые в историческом аспекте на примере становления химии открывают действие принципа системной дифференциации. Формируется образ ученого-химика, образ химии как науки, который неразрывно связан с формированием своеобразного эстетического чувства, чувства красоты и изящества, гармонии химических превращений. Поэтому существенным моментом освоения химии является большое количество лабораторных работ, во время проведения которых происходит накопление опыта взаимодействия с веществом, развитие структур, обеспечивающих тонкое «ощущение материи» («чувство вещества и химического процесса»), формирование структур, отражающих в самой общей форме фундаментальные принципы науки (существование противоположностей, сохранение материи, пропорциональность, и т.д.). Начинает формироваться целостная комплексная структура, которую метафорически можно назвать «химические руки». Формирование практических действий осуществляется по пути от неловкости, нескоординированности, неорганизованности первоначальных действий с веществом, заострения внимания на второстепенных, несущественных моментах, неполных, расплывчатых фиксирований результатов практических работ к более организованной и целенаправленной деятельности, выделяются основные компоненты исследовательской деятельности; полученные факты и эмпирический материал начинают воспроизводиться в особых знаково-символических, предметных или графических изображениях-моделях, позволяющих изучать и анализировать существенные свойства данного объекта, явления в чистом виде.
Особенностью формирующего эксперимента является то обстоятельство, что формулы различных классов неорганических соединений вводятся не последовательно, один за другим, но на определенном отрезке работы все сразу. Становление иерархии химических понятий о простых и сложных веществах осуществляется по пути от простого их различения (глобальный уровень - различение простых и сложных веществ) к более сложному (базовый уровень - различение классов неорганических соединений: оксидов, кислот, солей и оснований), а затем к сложнейшему их различению (детализированный уровень - более тонкое различение оксидов: кислотные, амфотерные, основные; солей, кислот и оснований).
Параллельно с процессом дифференциации первоначально глобального представления о химическом веществе подростки учат ся кодировать качественный и количественный состав соединений при помощи химических знаков, индексов и коэффициентов. Для этого чисто формально вводятся понятия «степень окисления» и «валентность» как числа, с помощью которых можно составить формулы химических соединений. Завершается первый этап решением количественных задач: сравнивая схемы решения задач на растворы, в которых нет химического взаимодействия, и вычислительные задачи по формулам соединений, подростки приходят к открытию, что вещества реагируют между собой не в любых, а в строго определенных количественных отношениях. Таким образом, происходит дальнейшее уточнение представления о количественном отношении между компонентами системы применительно к химической форме движения материи.
Одновременно с формированием представления о веществе подростки знакомятся с химическими явлениями, для этого они выделяют существенные признаки явления, формулируют определение и усваивают его логическую структуру. Разнообразные практические занятия с веществом ведут к формированию предвосхищающих схем, подготавливающих подростков к восприятию и анализу не только состава и строения вещества, но и всей кинетической системы в целом. Но представления испытуемых о химических явлениях и превращениях еще диффузны, глобальны. Более дифференцированное восприятие данного понятия сформируется у подростков при изучении химических процессов (3-й этап). Последовательное выявление и постановка проблем, соответствующих логике развития понятийных систем химии, способствует формированию направленности ума на мир химических взаимодействий.
Второй этап - системная дифференциация понятийной системы химии, зарождение структур качественно-количественных отношений химии (главный акцент на состав и строение вещества).
На примере изучения предпосылок и основных этапов развития периодического закона и периодической системы Д. И. Менделеева, строения атома в историческом аспекте прослеживается действие принципа системной дифференциации. Подростки приобретают более четкое представление о системе. Анализ закономерностей, отраженных в Периодической таблице, позволяющих на основании состава и строения вещества предсказывать его свойства, способствует зарождению структур качественно-количественных отношений химии. Эти отношения определяются положением элемента в общей иерархии элементов, связями, которые данный элемент образует с другими элементами, взаимным влиянием атомов в соединениях, спецификой пространственного строения, а также влиянием всей кинетической системы в целом. Подлинное познание каждого элемента понятийной системы химии все время прогрессирует по мере овладения другими, последующими элементами предмета и осознания соответствующего целого вплоть до конца учебного курса. Формально введенные на первом этапе формирующего эксперимента понятия «степень окисления», «валентность», «связь», «строение» и др. приобретают свое конкретное содержание.
Третий этап - формирование структур качественно-количественных отношений химии в результате анализа и синтеза алгоритмов решения типовых задач химии (состав, строение вещества и вся кинетическая система в целом).
Особенностью данного этапа формирующего эксперимента является то обстоятельство, что химические свойства разных классов неорганических соединений изучаются не последовательно, как это принято в традиционной системе обучения, а выводятся все сразу на основе качественного и количественного анализа состава вещества и исходя из общих принципов: катион замещается катионом (или анион замещается анионом), положительный соединяется с отрицательным, окислитель реагирует с восстановителем, более сильный вытесняет более слабого, более активный - менее активного.
Первоначально на основе экспериментального опыта подростки знакомятся с понятиями электролиты и неэлектролиты, электролитическая диссоциация; оттачивают свои навыки составлять формулы, соединяя катионы и анионы, уравнения электролитической диссоциации, реакции ионного обмена (процесс формирования структур химического языка), исходя из которых, формулируем (выводим) химические свойства оксидов, оснований, солей, кислот и способы их получения.
В результате выполнения заданий испытуемые получают представление о своеобразном «каркасе» химических процессов. Поэтому, рассматривая химические свойства классов неорганических соединений, мы вначале представляем проблему в абстрактном виде, схематически. Дальнейшая конкретизация, уточнение и осознание изучаемых химических процессов направлены на постепенное заполнение промежутков в этом «каркасе» и происходят с опорой на чувственный и наглядный материал во время практических и лабораторных работ при исследовании неорганических веществ, динамических и кинетических особенностей химического процесса. Освоение понятия «химический процесс» по данной программе сильно растянуто во времени. Однако это способствует более глубокому осознанию принципов химических взаимодействий, формированию хорошо расчлененной когнитивной схемы, репрезентирующей систему химических взаимодействий с ее иерархическим строением и генетическими связями между классами неорганических веществ.
Завершается данный этап изучения химических процессов решением вычислительных задач. Сначала отрабатываются вычислительные задачи по уравнениям реакций между чистыми веществами; веществами, содержащими примеси; находящимися в избытке. Затем рассматриваются более сложные химические процессы, в которых протекают параллельные или последовательные реакции, происходят взаимодействия между компонентами растворов. Благодаря такому подходу происходит формирование хорошо расчлененных ментальных структур, в которых представлены и отдифференцированы друг от друга содержательные признаки различных типов задач и алгоритмов их решения.
Четвертый этап - проверка сформированности концептуальных структур, лежащих в основе химических знаний и химических способностей (формирование химической интуиции как результата высокого уровня дифференцированности и интегрированности концептуальных структур).
На этом этапе организуется деятельность по применению сложившихся понятийных систем химии для предсказания свойств конкретных соединений (периода, группы). Испытуемые выявляют основные закономерности изменения свойств соединений, выясняют причины различий, сравнивают с литературными источниками или проверяют экспериментально предсказанные данные, анализируют и, если прогноз не совпадает с реальностью, выясняют причины и то, какой существенный признак понятия или понятийного отношения не выявлен.
Пятый этап - формирование схем технологического процесса.
На этом этапе организуется деятельность по анализу химических технологий. Первоначально восприятие технологического процесса у подростков поверхностно, глобально. При анализе химических производств выделяется цель процесса; его народно-хозяйственное значение; законы и явления, лежащие в основе химического про цесса, начинают формироваться производственно-технологические схемы.
Организация деятельности, опирается на такие методические принципы как самостоятельность, работа на высоком уровне трудности, освоение теоретических понятий, что ведет не только к формированию понятийной системы химии, но и к развитию специальных химических способностей, интеллекта и личностных качеств испытуемых, необходимых для успешной деятельности в химии.
Для формирования самостоятельности, а также общеучебных умений работы с литературными источниками используются приемы предварительного, самостоятельного освоения учебного материала, «рецензирование ответа» и научная дискуссия (как форма творческого развития). Суть данных приемов состоит в том, что испытуемые предварительно самостоятельно знакомятся с параграфом учебника и составляют развернутый план-конспект в табличной форме или граф-схемы и т.д. в зависимости от содержания материала, при необходимости привлекают дополнительные источники. Прием «рецензирование» формирует способность «сворачивать» услышанную информацию (свернутость-развернутость), выявлять систему понятийных отношений (глубина), учит рассматривать различные точки зрения на исследуемую проблему (гибкость), оценивать ответ по следующим критериям: 1) полнота изложения (всели существенные признаки понятия выявлены, правильно ли определена система понятийных отношений, если нет, то дополнить, исправить и обосновать); 2) привлечение необходимого дополнительного материала; 3) культура речи (научность, стиль, оригинальность, образность, эмоциональность).
