Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Проектная и исследовательская деятельность школьников по биологии и химии. Монография

.pdf
Скачиваний:
0
Добавлен:
07.09.2026
Размер:
1 Мб
Скачать
☆
ГЛАВА 5. ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ШКОЛЬНИКОВ ПО ХИМИИ
Техника большинства химических опытов достаточно проста. Од­нако в исследовательской деятельности по химии школьникам бывает сложно подобрать соответствующую методику проведения химическо­го опыта. Например, при взаимодействии в пробирке растворов азотной кислоты (разной концентрации) с металлами (проявляющими разную активность) не выделяется водород, и образуются самые разнообразные продукты реакций.
Выполняя практические работы на
тему «Химия нашей пищи», обу­чающиеся 10–11-х классов используют в своих исследованиях методы качественного и количественного химического анализа, возможности цифровых лабораторий «Nova» и L-микро. Например, при получе­нии мясного бульона школьники могут с помощью титрования опре­делить его общую кислотность, а затем измерить активную кислот­ность, используя рН-метр лаборатории «Nova». Исследуя технологию тепловой обработкой пищи на сковороде, выяснить состав и свойства растительных масел и животных жиров. Одним из показателей тер­мической устойчивости масла и жира является их температура дымо­образования. С помощью термопары цифровой лаборатории L-микро школьники устанавливают опытным путем, что температура дымо­образования оливкового масла составляет +170º С, кулинарного жира – выше +230º С. На основании этих данных делаются выводы о том, какое масло и жир следует использовать при жарке тех или иных блюд из мяса, птицы, рыбы, овощей и др.
Интересны для школьников химические эксперименты, органи­зуемые во внеурочной деятельности по химии. Например, обучаю­щимся 9-х классов можно предложить в рамках занятий научного кружка «Юный химик» или школьного научного общества провести химический опыт «Дым на столе». В плоскодонную коническую кол­бу, поставленную на стол, насыпают слоем в 1–2 см карбонат каль­ция и осторожно приливают 10%-й раствор нашатырного спирта так, чтобы он возвышался над солью на 2–3 мм. После этого добавляют немного концентрированной соляной кислоты. Из горлышка колбы
191
ПРОЕКТНАЯ И ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ШКОЛЬНИКОВ ПО БИОЛОГИИ И ХИМИИ
сразу начинает вырываться плотная струя густого белого дыма. Он бу­дет сползать по наружным стенкам колбы, стелиться по поверхности стола и, добравшись до края, плавно падать вниз. Образующийся эф­фект напоминает эстрадный дым, получаемый с помощью дымовых машин. Школьникам предлагается объяснить наблюдаемые химиче­ские реакции, т.е. взаимодействие паров аммиака и
хлороводорода с образованием хлорид аммония – белого дыма и реакции соляной кислоты с карбонатом кальция с образованием углекислого газа. Обе химические реакции протекают бурно, образующийся углекислый газ с силой выталкивается из колбы и увлекает за собой белый дым хлори­да аммония. Для сравнения можно провести опыт без карбоната каль­ция, но тогда эффект дыма будет значительно слабее.
Решение химических задач является специфическим методом обу­чения химии, обеспечивающим закрепление, обобщение и система­тизацию знаний обучающихся, осуществляющим перенос знаний в новые нестандартные учебные ситуации, способствующим уста­новлению в содержании учебного предмета «Химия» межпредметных связей с математикой, физикой, биологией, географией, обществозна­нием и др.
Принято различать расчетные, экспериментальные и комбиниро­ванные химические задачи. Расчетные химические задачи предпо­лагают уже у обучающихся 8-х классов умение вычислять относи­тельную молекулярную массу вещества по его химической формуле; определять по уравнению реакции массу по известному количеству одного из реагентов или продуктов; вычислять по уравнению объем газов, массовую долю и массу вещества в растворе и др. Применитель­но к исследовательской деятельности по химии, школьники должны уметь решать следующие экспериментальные задачи: 1) получить за­данное вещество опытным путем; 2) провести химические реакции, характерные для данного вещества; 3) обнаружить данное вещество с помощью качественных реакций; 4) подтвердить качественный со­став данного вещества; 5) распознать данное вещество среди двух-
192
ГЛАВА 5. ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ШКОЛЬНИКОВ ПО ХИМИИ
трех других веществ; 6) определить принадлежность данного веще­ства к определенному классу химических соединений. Как видно из перечня, экспериментальные задачи позволяют не только проверить у обучающихся уровень владения теоретическими и практическими знаниями по химии, но и закрепить, углубить и расширить знания о химических веществах и реакциях, применить теоретические хими­ческие знания на
практике, развить самостоятельность и способность
к исследовательской деятельности по химии.
Выполнение школьниками исследовательской деятельности по хи­мии ориентирует их на выбор среднего специального или высшего об­разования в области химической технологии, фармацевтики, пищевой промышленности, медицины, биотехнологии, т.е. обеспечивает проф- ориентацию по химии. Например, Г.А. Пичугина и А.В. Сидоренко считают, что наряду с изучением химических свойств веществ особое внимание следует уделить способам их получения в промышленно­сти и познакомить школьников с «химическими» профессиями [93]. Так, для ознакомления с профессией химика-технолога школьникам следует рассказать о производстве химических товаров на предпри­ятиях нефтегазовой и химической промышленности. Эта профессия направлена на разработку и совершенствование технологии производ­ства продуктов органического и нефтехимического синтеза, использо­вание методов очистки и контроля сырья, готовой продукции, режи­ма работы технологических аппаратов, оценки уровня автоматизации и механизации производства. Химик-технолог занимается также науч­но-исследовательской, проектно-конструкторской и инженерно-тех­нологической деятельностью.
Родственной является другая специальность – химик-технолог пище­вого производства. Для ознакомления с этой профессией обучающимся 10–11-х профильных химических классов предлагается провести ис­следование процессов, протекающих при приготовлении пищи с точки зрения биохимии, технологии приготовления кулинарных блюд и во­просов здорового питания человека. Благодаря работам целой плеяды
193
ПРОЕКТНАЯ И ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ШКОЛЬНИКОВ ПО БИОЛОГИИ И ХИМИИ
выдающихся химиков-органиков А.Н. Баха, А.Л. Курсанова, Я.Я. Ники­тинского, А.И. Опарина, А.Н. Несмеянова зародилось самостоятельное научное направление – техническая биохимия, обогатившая науку о про­дуктах питания химическими знаниями.
Велико значение исследовательской деятельности школьников по химии для ее применения в быту. Так, обучающимся 8–9-х классов можно предложить
провести исследование наиболее распространен­ных в нашей повседневной жизни химических соединений. Напри­мер, при изучении темы «Классы неорганических соединений» сле­дует обратить особое внимание на гидрокарбонат натрия (питьевую соду), способную к гидролизу с образованием щелочной среды. Это свойство позволяет применять питьевую соду при повышенной кис­лотности желудочного сока, язвенной болезни желудка, изжоге, ката­рах верхних дыхательных путей. Приобретенный в аптеке желудоч­ный сок в реакции с питьевой содой позволяет школьникам наглядно убедиться в ее способности изменять рН среды. Другое химическое соединение – гидроксид кальция – часто применяют наружно в каче­стве противовоспалительного и дезинфицирующего средства. Если его смешать с любым растительным маслом, то можно использовать в виде мази при некоторых кожных заболеваниях. Школьникам пред­лагается составить список лекарственных препаратов, содержащих в своем составе гидроксид кальция, и перечень заболеваний, для лече­ния которых они применяются.
Таким образом, с точки зрения усвоения химических знаний иссле­довательская деятельность по химии существенно превосходит другие известные способы учебной работы: чтение, прослушивание, наблю­дение, обсуждение. Особенностью исследовательской деятельности по химии является то, что она направлена на получение неизвест­ного заранее результата. Кроме того, понимание фундаментальной или практической значимости результатов исследовательской работы по химии приводит к максимальной реализации творческих способ­ностей ученика.
194
ГЛАВА 5. ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ШКОЛЬНИКОВ ПО ХИМИИ
Как правило, до начала погружения в исследовательскую деятель­ность по химии ученику бывает мало знаком материал темы. Таким об­разом, от учителя химии требуется адаптировать и доносить в доступной форме информацию, почерпнутую из довольно сложных публикаций. На этом пути важно поэтапно контролировать усвоение новых сведений, составление конспектов, фиксирование данных в виде
записей, таблиц,
комментариев.
Как отмечалось ранее, исследовательская деятельность обучающихся отличается от научной работы ученых, несмотря на существование об­щих черт. Действительно, и та и другая деятельности могут иметь оди­наковые цели, задачи и предметы исследования в области конкретной химической дисциплины. Тем не менее научная работа выполняется спе­циалистами, имеющими профессиональную подготовку. Осуществляется такая работа на специализированном оборудовании в научно-исследова­тельских химических лабораториях. Ученики школ не могут самостоя­тельно выполнить подобные исследования. Однако школьники могут осуществлять исследовательскую деятельность, примкнув к коллективам ученых-химиков в рамках внеурочной деятельности по химии или непо­средственно на самих уроках химии при должном консультировании со­ответствующих специалистов.
Следовательно, главным достоинством исследовательской деятель­ности школьников по химии является не столько получение ими новых знаний, сколько развитие творческого потенциала их личности, миро­воззрения и коммуникативных средств при сотрудничестве с коллегами­химиками. Это кардинально отличает исследовательскую работу школь­ников от других видов учебно-познавательной деятельности. Привитие этих качеств обучающимся 8–11-х классов играет особую роль в выборе направления дальнейшего образования, определении себя в будущей про­фессии и места в социуме. Коллегой-химиком может выступать учитель химии, который в данном случае выполняет несколько функций в качестве квалифицированного источника знаний, ученого-консультанта, научного руководителя работы, помогающего с поиском литературных данных,
195
ПРОЕКТНАЯ И ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ШКОЛЬНИКОВ ПО БИОЛОГИИ И ХИМИИ
планированием эксперимента, обобщением и представлением получен­ных результатов.
Структура исследовательской работы, как отмечалось ранее, со­держит обязательные разделы, такие как введение (где отмечается цель и задачи работы, обосновывается актуальность, научная и прак­тическая значимость выбранной тематики), план работы (логический или календарный по усмотрению преподавателя), описание экспери­ментальных и теоретических подходов,
развернутое представление результатов работы и их обоснование, заключение и перечень анали­зируемой литературы по теме исследования. Оформлена работа мо­жет быть в виде реферата, научного эссе, доклада на конкурсе, лабора­торного отчета, статьи в журнале, электронного ресурса, доступного для других учеников.
Формулировке цели должно предшествовать раскрытие и обо­снование актуальности темы исследования. Описывается научная или техническая проблема, существующий пробел в информации, неоднозначность в понимании литературных данных, их противоре­чивость. Цель работы, таким образом, логически вытекает из пред­ставленных актуальных и не решенных до начала предстоящего исследования вопросов. Вслед за целью работы перечисляются кон­кретные ее задачи, поставленные в рамках достижения цели иссле­дования. Фактически задачи работы являются и ее планом с логи­ческими шагами. Далее следует обзор существующих литературных данных по теме исследования. Литературный обзор показывает, на­сколько свободно и глубоко ученик владеет информацией по разра­батываемой химической теме, насколько ему знакомы отечественные и зарубежные научные коллективы, работающие по схожей тематике, каков в целом его кругозор. Полнота и объективность составления обзора литературы напрямую определяет новизну направления ис­следовательской работы.
Следующим разделом работы является методическая часть. В ней описываются химические вещества (объекты исследования и вспомога-
196
ГЛАВА 5. ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ШКОЛЬНИКОВ ПО ХИМИИ
тельные соединения, в том числе растворители), методики синтеза и при­готовления образцов, методы исследования и анализа, использованные в эксперименте приборы и установки, математические программы ком­пьютерных расчетов.
После методической части идет описание собственных результатов исследовательской работы ученика. Этот раздел может быть перегру­жен монотонным перечислением досконально всех полученных дан­ных, что
серьезно затруднит чтение и оценивание такой работы. По­этому изложение оригинальных результатов рекомендуется приводить в обобщенных формах, например в виде диаграмм или гистограмм, гра­фиков, схем, таблиц, сравнительных рядов. В этом случае существен­но проще выявлять закономерности, проводить сравнительный анализ полученных результатов и сопоставлять их с литературными данными. Завершающими разделами работы являются заключение (выводы) и пе­речень использованной литературы. Из того, как написано заключение, должно быть ясно, выполнена ли цель исследования, все ли задачи реа­лизованы, остается ли потенциал для дальнейшего изучения выбранной химической темы.
Введение исследовательской деятельности по химии в образо­вательный процесс является обязательным шагом в создании совре­менной модели общеобразовательной школы, в которой образование должно содержать инновационную составляющую. Исследователь­ская работа делает уроки химии интереснее и понятнее, обеспечивает мотивацию к изучению учебного предмета «Химия», создает позитив­ный эмоциональный настрой и повышает самооценку, что во многом определяет дальнейшие профессиональные намерения обучающихся. Так, известно, что многие студенты университетов с химической на­правленностью в период обучения в школе проводили исследователь­скую работу по химии.
В школе ученики постоянно слышат, что роль химии в жизни чело­века исключительно важна. В то же время в образовательном процессе химия зачастую вызывает незаслуженно мало интереса, ей отводится
197
ПРОЕКТНАЯ И ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ШКОЛЬНИКОВ ПО БИОЛОГИИ И ХИМИИ
относительно немного времени, несмотря на то что без знаний по хи­мии невозможно полноценно представлять себе научную картину мира. Именно по этой причине и важна исследовательская работа школьников по химии. Такой вид деятельности позволяет соотнести учебу с жиз­нью, наполнить процесс образования смыслом. Непосредственное уча­стие ученика в химическом эксперименте позволяет
ему побыть в роли ученого, в роли организатора исследовательской работы, почувствовать свою ответственность. Результаты, полученные собственными рука­ми, вызывают доверие и осознание их справедливости и надежности и в целом формируют адекватное представления о химических объектах окружающего мира.
По уровню сложности исследовательская работа по химии может быть трех видов: 1) в наиболее простом случае направлена на решение чисто химического вопроса и требует для этого лишь знаний, получен­ных на уроках химии; 2) в более сложном варианте исследование задей­ствует знания ученика в области химии и смежных предметов (например, физики, биологии, истории); 3) наиболее трудоемким и ответственным видом исследования является работа над темой, выходящей за рамки со­держания учебного предмета «Химия» и других общеобразовательных предметов.
Исследовательская деятельность по химии может осуществляться учеником как на уроке, так и в форме внеклассной работы. В случае ра­боты на уроке это может быть открытый урок, практикум, демонстра­ционный опыт, экспертное мнение, история открытий, биографическое путешествие и т.п. Однако значительно больший эффект достигается при проведении более масштабной внеурочной исследовательской дея­тельности. Такая работа может быть выполнена на базе научно-иссле­довательских лабораторий, химических кафедр, а в некоторых случаях и в домашних условиях. Наиболее часто этот вид творческой деятельно­сти обучающегося сопряжен с его участием в конференциях, олимпиадах, конкурсах, фестивалях, а также связан с посещением химического круж­ка, факультатива, участием в работе ШНО.
198
ГЛАВА 5. ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ШКОЛЬНИКОВ ПО ХИМИИ
Одна из тенденций развития современного общего образова­ния – гармоничное развитие личности ученика, формирование его мыслительных и творческих способностей, раскрытие его природных потенциалов. В связи с этим важной становится исследовательская ориентированность изучения учебного предмета «Химия». Отметим, что на этом пути может возникнуть ряд сложностей. Одной из них яв­ляется нехватка рабочего времени
учителя химии на данный вид дея­тельности. Другой трудностью может оказаться слабая или устаревшая оснащенность школьных кабинетов химии реактивной базой, лабора­торным и приборным оборудованием.
Введение исследовательской деятельности в образовательный про­цесс по химии происходит поэтапно. К моменту начала выполнения ис­следований ученики уже знакомы с методами научного познания: на­блюдением, экспериментом, описанием, измерением и т.п. Они имеют определенные знания по химии – как правило, это материал из общей хи­мии и некоторых разделов неорганической химии. Приобщение учеников к исследовательской деятельности по химии следует вести по следующей линии усложнения:
• коллективное выполнение обучающимися практико-ориентирован­ных химических экспериментов на уроках химии;
• групповая исследовательская работа, связанная с исследовани­ями-наблюдениями и химическими экспериментами на уроках химии;
• индивидуальная работа на уроках химии с элементами планирова­ния химического эксперимента, выбора методов исследования;
• индивидуальная работа во внеурочное время на базе химических лабораторий, кванториумов, научных кружков и в домашних ус­ловиях с последующей защитой исследования и проведением дискуссии.
Как отмечалось ранее, ключевым моментом в исследовательской деятельности школьников является выбор темы. Она должна обязатель­но заинтересовать ученика, соответствовать его возрасту, соотноситься
199
ПРОЕКТНАЯ И ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ШКОЛЬНИКОВ ПО БИОЛОГИИ И ХИМИИ
с уровнем оснащенности школьного кабинета или привлекаемых к сотрудничеству научных лабораторий, а также обладать выражен­ной значимостью. Ученик должен отчетливо осознавать и принимать тот факт, что он либо обогащает багаж фундаментальной химической информации в случае выбора темы для теоретического исследования, либо решает пусть и небольшую, но практически важную прикладную или технологическую
задачу при выборе экспериментального типа ис-
следовательской работы.
Основная часть исследовательской деятельности школьни­ков по химии – это организация и осуществление теоретического или экспериментального химического исследования. Исследователь­ская часть требует времени, ответственности, продуманности дей­ствий как от ученика, так и от учителя. Большинство химических опытов, с которыми ученики были знакомы до начала исследователь­ской работы, такие как цветные реакции, реакции с выпадением осад­ка или выделением газа, имели репродуктивный характер и практиче­ски не требовали способности к самостоятельной творческой работе. Химический эксперимент, выполняемый в рамках исследовательской деятельности по химии, сочетает самостоятельное решение разнооб­разных задач с консультированием учителем. Такой тип учебно-позна­вательной работы, безусловно, прививает школьникам способность к созидательной деятельности, формирует интерес к изучению химии как науки и решению экспериментальных химических задач, закре­пляет приобретенные ранее навыки выполнения химических опытов в лаборатории школьного кабинета химии. Ученик обязательным об­разом познает основы научной работы в области химии, публичного представления полученных экспериментальных данных, учится заяв­лять о себе, правильно выражать свои мысли и оценки. Нельзя не от­метить, что исследовательская деятельность школьников по химии позволяет им в дальнейшем выстоять и оперативно ориентироваться во все нарастающем потоке научной и научно-технической информа­ции, усваивать ценное, отсеивать ненужное.
200
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]