Проблемное обучение на уроках химии

, учитель химии высшей категории,

МБОУ «СОШ № 89 с углубленным изучением отдельных предметов», г. Ижевск

Знания - дети удивления и любопытства. Луи де Бройль 

Проблемное обучение на уроках химии

Технология классно-урочной системы на протяжении столетий оказывалась наиболее эффективной для массовой передачи знаний, умений, навыков учащимся. Происходящие в современности изменения в общественной жизни требуют развития новых способов образования, педагогических технологий, имеющих дело с индивидуальным развитием личности.

К таким технологиям относится технология проблемного обучения.

Учение вообще, как отмечал , есть «совместное исследование, проводимое учителем и учеником»(1).

Проблемное обучение имеет длительную историю своего развития.

Ещё в древние времена было известно, что умственная активность способствует и лучшему запоминанию, и более глубокому проникновению в суть предметов, процессов и явлений. Так, постановка проблемных вопросов собеседнику и его затруднение в поисках ответов на них характерны для дискуссий Сократа, этот же приём был известен и в пифагорийской школе. В дальнейшем идею активного обучения развивали такие педагоги и философы, как , , .

Научное обоснование проблемному обучению как дидактической системе дал российский дидакт (2).

Теоретические основы проблемного обучения. Проблемное обучение - это тип развивающего обучения, содержание которого представлено системой проблемных задач различного уровня сложности, в процессе решения которых учащиеся овладевают новыми знаниями и способами действия, а через это происходит формирование творческих способностей: продуктивного мышления, воображения, познавательной мотивации, интеллектуальных эмоций.

Проблемное обучение - это такая организация учебных занятий, которая предполагает создание под руководством преподавателя проблемных ситуаций и активную самостоятельную деятельность учащихся по их разрешению, в результате чего и происходит творческое овладение профессиональными знаниями, навыками и умениями и развитие мыслительных способностей

Обучение учащихся готовым приемам умственной деятельности - это путь достижения обычной активности, а не творческой. Цель активизации путем проблемного обучения состоит в том, чтобы понять уровень усвоения понятий и обучить не отдельным мыслительным операциям в случайном, стихийно складывающемся порядке, а системе умственных действий для решения нестереотипных задач. Эта активность заключается в том, чтобы ученик, анализируя, сравнивая, синтезируя, обобщая, конкретизируя фактический материал, сам получил из него новую информацию. Другими словами, это расширение углубления знаний при помощи ранее усвоенных знаний или новое применение прежних знаний. 

Широкое распространение концепция проблемного обучения получила в 1960-80-х годах. Идея и принципы проблемного обучения в русле исследования психологии мышления разрабатывались советскими психологами , , а в применении к школьному обучению такими дидактами, как , . Много этими вопросами занимались , , и . Исследования в этой области ведутся сейчас и другими представителями педагогической науки. (3)

Необходимыми составляющими проблемного обучения являются следующие понятия: «проблема», «проблемная ситуация», «гипотеза», «эксперимент». Что же такое «проблема» и «проблемная ситуация»?

Проблема (от греч.– задача) – «сложный вопрос, задача, требующая решения» () (4). Проблема может быть научной и учебной. Учебной проблемой является вопрос или задание, способ решения или результат которого ученику заранее неизвестен, но ученик обладает определёнными знаниями и умениями, для того, чтобы осуществить поиск этого результата или способа выполнения задания. Вопрос, на который ученик заранее знает ответ, не является проблемой.

Проблемную ситуацию психологи определяют как психическое состояние личности, при котором возникает познавательная потребность в результате каких – либо противоречий (5). Для построения процесса проблемного обучения требуется создание соответствующих проблемных ситуаций, из которых наиболее характерными являются следующие:

Первый тип. Проблемные ситуации чаще всего возникают тогда, когда учащиеся сталкиваются с необходимостью использовать ранее усвоенные знания в новых практических условиях. При этом учащиеся часто сталкиваются с фактом недостаточности знаний, умений и навыков для решения практической задачи. Осознание этого факта учащимися возбуждает познавательный интерес и стимулирует поиск новых знаний.

Второй тип. Проблемная ситуация легко возникает в том случае, если имеется противоречие между теоретически возможным путём решения задачи и практической неосуществимостью избранного способа.

Третий тип. Проблемная ситуация возникает тогда, когда имеется противоречие между практически достигнутым результатом выполнения учебного задания и отсутствием у учащихся знаний для его теоретического обоснования.

Четвёртый тип следует считать самым распространённым. Проблемные ситуации возникают, если учащиеся не знают способа решения поставленной задачи, т. е. в случае осознания учащимися недостаточности прежних знаний для объяснения нового факта.

Создание проблемной ситуации и её осознание учащимися, как отмечает , возможно при изучении почти любой учебной темы, так как в большинстве случаев можно поставить перед учеником проблемный вопрос для самостоятельного его решения (2).

Проблемные ситуации могут создаваться на всех этапах процесса обучения: при объяснении, закреплении, контроле.

Технологическая схема проблемного обучения такова: учитель создаёт проблемную ситуацию, направляет учащихся на её решение, организует поиск решения и применение полученных знаний в решении практических задач.

При реализации проблемного обучения учитель строит взаимоотношения с классом так, чтобы учащиеся могли проявлять инициативу, высказывать предположения, даже неправильные, но их во время дискуссии опровергнут другие участники.

Особенности использования проблемного обучения на уроках химии.

Наиболее эффективны следующие три способа организации проблемного обучения: проблемное изложение, поисковая (эвристическая) беседа, самостоятельная поисковая и исследовательская деятельность учащихся.

Проблемное изложение. Этот способ организации проблемного обучения наиболее уместен в тех случаях, когда учащиеся не обладают достаточным объёмом знаний, когда они впервые сталкиваются с тем или иным явлением и не могут установить необходимые ассоциативные связи. В этом случае поиск осуществляет сам учитель. Так, например, формирование понятия об ароматической связи в молекуле бензола возможно, если проследить историю синтеза и изучение бензола через анализ формулы Кекуле. Таким образом, учитель не просто сообщает выводы науки, но и раскрывает путь, который привёл к этим выводам.

При изучении темы «Углеводы» можно задать такой проблемный вопрос: «Почему хлеб, если его долго жевать, приобретает сладкий вкус?» Или при демонстрации эксперимента по сравнению свойств глюкозы и фруктозы учащиеся сталкиваются с проблемой: глюкоза реагирует с гидроксидом меди (II), а фруктоза – нет. Почему?

В жизни проблемы есть всегда, а в учебной деятельности их иногда приходится моделировать. В 8 классе впервые учащиеся знакомятся с решением задач с использованием понятий «Количество вещества» и «Молярный объем газов». Это теоретические темы, зачастую плохо понимаемые учениками. Можно начать этот урок с демонстрации некоторых образцов на столе: навески определенной массы (64 г) серы, определенный объем воды в мерном цилиндре (45 мл), колбу с воздухом (50 мл). Эти образцы пригодятся нам для решения задач. Начинаем беседу с образца серы: «Можем ли мы измерить массу этой навески?» – «Да, с помощью весов». – «А посчитать число молекул с учетом состава S8? А число атомов серы?»– Нет, учащиеся еще не обладают необходимыми знаниями. Идет объяснение понятий «количество вещества», 1 моль вещества, знакомство с формулами расчета количества вещества, понятиями «число Авогадро», «молярная масса», «молярный объем газов» (см. приложение). Познакомившись с этим, учащиеся самостоятельно могут сформулировать цель урока и стратегию развития урока: «Научиться рассчитывать число формульных единиц (молекул, атомов, ионов), если известна масса вещества или объем (для газов). Это возможно с применением понятия «количество вещества», которое позволяет решать также обратные задачи – нахождение массы, объема, если известно число молекул или атомов».

Учитель при проблемном изложении материала руководит познавательным процессом учеников, ставит вопросы, которые заостряют внимание учеников на противоречивости изучаемого явления, и заставляет их задуматься. Прежде чем учитель даст ответ на поставленный вопрос, ученики уже могут дать про себя ответ и сверить его с ходом суждения и выводов учителя.

Как было отмечено выше, проблемное изложение применяется обычно в тех случаях, когда учащиеся не имеют достаточного запаса знаний, чтобы активно участвовать в решении проблемы. Если же школьники обладают минимумом знаний, необходимым для активного участия в решении учебной проблемы, то применяется следующий способ организации проблемного обучения: поисковая беседа.

Поисковая (эвристическая) беседа. Эвристической беседой называют систему логически взаимосвязанных вопросов учителя и ответов учащихся, конечной целью которой является решение целостной, новой для учащихся проблемы или её части. Основные ценности эвристической беседы (по - 6):

1.  Искусно поставленные вопросы задают стратегию творческого мышления. Проблема разбивается на подпроблемы: снижается уровень сложности до уровня соответствующих творческих возможностей ученика.

2.  Каждый новый вопрос формирует новую стратегию – цель деятельности.

3.  Стиль, манера, взгляды, убеждения учителя становятся достоянием его учеников.

Поисковая беседа обычно проводится на основе создаваемой учителем проблемной ситуации. При этом учащиеся самостоятельно намечают этапы поиска, высказывая различные предположения, выдвигая варианты решения проблемы.

Например, по темам «Основные сведения о строении атомов», «Изменения в составе ядер атомов химических элементов. Изотопы» очень удобно применить моделирование, предложенное в свое время (, «Химия. 8-9 классы» М., «Просвещение», 2000) на примере атома водорода; моделирование сопровождается рисунками и записями, а также беседой с учащимися, в которой они сами отвечают на вопросы и формулируют определения.

1. Мысленное изменение в атоме числа нейтронов приводит к образованию из протия дейтерия и трития, следовательно, можно сформулировать понятие «изотопы».

2. Мысленное изменение в атоме числа электронов приводит к определению понятия «ионы».

3. Мысленное изменение в атоме числа протонов приводит к объяснению понятия «химический элемент».

Беседа поискового характера является необходимой подготовительной ступенью к работе учащихся на уровне исследования.

Самостоятельная поисковая и исследовательская деятельность учащихся.

Самостоятельная деятельность учащихся исследовательского характера является высшей формой самостоятельной деятельности и возможна лишь тогда, когда школьники обладают достаточными знаниями, необходимыми для построения научных предположений, также умением выдвигать гипотезы.

Одним из путей осуществления данного способа организации проблемного обучения является постановка исследовательских заданий. Особенностью таких заданий является то, что сначала, как правило, выполняется практическая работа по сбору фактов (опыты, эксперимент, наблюдение, работа с книгой, сбор материала), а затем их теоретический анализ и обобщение. При этом проблема очень часто возникает не сразу, а в ходе обнаружения несоответствия, противоречия между выявленными фактами.

Так, при изучении свойств щелочных металлов можно предложить следующие задания: 1) «Выявить роль воды в реакциях взаимодействия щелочных металлов с растворами различных солей». 2) Выявить роль аниона в реакции алюминия с растворами солей меди – хлоридом меди (II) и сульфатом меди (II). Для создания проблемной ситуации учитель может предложить проблемный вопрос: «Каким образом будет происходить реакция между …?» При проведении эксперимента и дальнейшем анализе его результатов учащиеся приходят к пониманию сущности протекающих процессов.

При исследовательском методе обучения познавательная деятельность школьников по своей структуре приближается к исследовательской деятельности учёного, открывающего новые научные истины. Таким образом, исследовательский метод обучения – один из самых эффективных способов организации проблемного обучения, обеспечивающий наиболее высокий уровень познавательной самостоятельности учащихся.

Чтобы учащиеся приняли к решению учебную проблему, необходимо создание проблемных ситуаций. В методике обучения химии способы создания проблемной ситуации сформулированы следующим образом:

1.  Демонстрация или сообщение некоторых фактов, которые учащимся неизвестны и требуют для объяснения дополнительной информации. Они побуждают к поиску новых знаний. Например, учитель демонстрирует аллотропные видоизменения элементов (например, серы) и требует объяснить, почему они возможны.

2.  Использование противоречия между имеющимися знаниями и изучаемыми фактами, когда на основании известных знаний учащиеся высказывают неправильные суждения. Например, учитель задаёт вопрос: может ли при пропускании оксида углерода(IV) через известковую воду получиться прозрачный раствор? Учащиеся на основании предшествующего опыта отвечают отрицательно, а учитель показывает опыт с образованием гидрокарбоната кальция.

3.  Объяснение фактов на основании известной теории. Например, почему при электролизе раствора сульфата натрия на катоде выделяется водород, а на аноде кислород? Учащиеся должны ответить на вопрос, пользуясь справочными таблицами: рядом напряжений металлов, рядом анионов, расположенных в порядке убывания способности к окислению, и сведениями об окислительно-восстановительной сущности электролиза.

4.  Строится гипотеза и затем проверяется практикой. Например, будет ли уксусная кислота как органическая кислота проявлять общие свойства кислот? Учащиеся высказывают предположения, затем проверяют их в ходе лабораторной работы, а затем даётся теоретическое объяснение.

5.  Нахождение рационального пути решения, когда заданы условия и

дана конечная цель. Например, учитель предлагает экспериментальную задачу: даны три пробирки с веществами. Распознать эти вещества с помощью качественных реакций.

6.  Нахождение самостоятельного решения при заданных условиях.

Это уже творческая задача, для решения которой недостаточно урока. Нужно дать учащимся возможность подумать дома, использовать дополнительную литературу.

7.  Принцип историзма также создаёт условия для проблемного обучения. Например, поиск путей систематизации химических элементов, приведший, в конечном счёте, к открытию периодического закона. Многочисленные проблемы, связанные с объяснением взаимного влияния атомов в молекулах органических веществ на основе электронного строения, также являются отражением вопросов, возникших в истории развития органической химии. Не обязательно, чтобы на уроке использовались все этапы проблемного обучения.

Для того чтобы отыскать учебную проблему, необходимо проанализировать содержание, т. е. выделить элементы содержания и связи между ними. Например, при изучении свойств аммиака учащиеся вначале характеризуют строение атомов элементов водорода и азота, строение молекулы аммиака, определяют степени окисления атомов азота и водорода в аммиаке, а затем рассматривают химические свойства этого соединения.

Здесь решается несколько проблем. Даже на самом первом этапе урока при изучении состава аммиака можно не просто информативно сообщить, что его формула NН3, а связь между атомами полярная, а предложить учащимся обосновать состав этого соединения, т. е. установить связь между составом соединения и строением образующих его атомов.

При изучении химических свойств аммиака возможна постановка проблемного вопроса «За счёт чего аммиак может вступать в реакции присоединения, если все неспаренные электроны использованы на связи с водородом?»

Проблемная ситуация может возникнуть и при выполнении некоторых видов домашних заданий. Например, по теме «Углеводы» я традиционно задаю творческие задания, выполняя которые (в форме эссе), учащиеся обязательно применяют не только биологические, но и химические знания по теме:

1)  Почему после бега иногда колет в правом боку и болят мышцы?

2)  Почему марафонцы часто падают без чувств?

3)  Почему из маленького семечка может вырасти большое растение?

4)  Почему ствол дерева толстый?

5)  Почему мы дышим кислородом? и др.

Таким образом, этап создания на уроке проблемной ситуации требует от учителя большого мастерства. Обучающийся ставится в позицию субъекта обучения и, как результат, у него образуются новые знания.

1.  Рубинштейн общей психологии. М.: Учпедгиз, 1946, 704 с.

2.  Махмутов обучение. Основные вопросы теории. - М.: Педагогика, 1995. - 230 с., и др.

3.  Бабанский обучение как средство повышения эффективности учения школьников. - Ростов-на-Дону,1970. - 300 с.; Брушлинский мышления и проблемное обучение. - М.: «Знание», 1983. - 96 с.; Лернер обучение. - М.: «Знание», 1974. - 64 с.; Максимова подход к обучению в школе: Методическое пособие по спецкурсу. - Л., 1973. - 234 с.; Матюшкин вопросы проблемного обучения // Основы проблемного обучения / Пер. с польск. - М.: «Просвещение», 1968. - С. 186-203; Матюшкин ситуации в мышлении и обучении. - М.: Педагогика, 1972. - 198 с.; Махмутов проблемного обучения в школе. Книга для учителей. - М.: «Просвещение», 1977. - 240 с.; Основы проблемного обучения / Пер. с польск. - М.: «Просвещение», 1968. - 208 с.; , Пушкин В Н., К определению предмета эвристики // Проблемы эвристики. - М., 1969. - С. 34-42; Скаткин современной дидактики. - М.: Педагогика, 1980. - 214 с., и др.

4.  "Словарь русского языка" (1949, 22-е издание, 1990; с 1992 - "Толковый словарь русского языка", совместно с ).

5.  http://didacts. ru/dictionary/1009/word/problemnaja-situacija.

6.   Эвристическое программирование учебно-исследовательской деятельности: Методическое пособие. - М.: Высшая школа, 1981. – 240 с.

Приложение

8 класс.

Урок по теме «Количество вещества. Молярный объем газов»

Тема: Решение задач с применением понятия «Количество вещества»

Цель: …

Необходимые понятия и формулы:

Количество вещества – это порция вещества – n (моль).

1 моль – это такое количество вещества (такая порция вещества), которое содержит 6,02*1023 формульных единиц (молекул, атомов, ионов).

n=m/M, где m – масса, г; M – молярная масса, г/моль – численно равна Мr.

n = V/Vm, где V – объем газа, л; Vm – молярный объем, т. е. объем 1 моль газа, Vm=22,4л/моль.

n = N/NА, где N – число формульных единиц (молекул, атомов, ионов), NА – число Авогадро. NА = 6,02*1023 формульных единиц/моль (моль-1).

Задача: Какую навеску (г) железа надо взять, чтобы она содержала столько же атомов, сколько атомов содержит 11,2 л озона?

Д\з: параграфы «Количество вещества» (задачи 1,2) и «Молярный объем газов»