Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Проектная и исследовательская деятельность школьников по биологии и химии. Монография
.pdf
ГЛАВА 5. ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ШКОЛЬНИКОВ ПО ХИМИИ
Перечислим основные направления исследований в области химии,
которые могут служить ориентирами для организации исследовательской
деятельности школьников по учебному предмету «Химия».
Первостепенной задачей сегодняшних исследований является поиск методов контроля химических реакций на уровне отдельных молекул, который является основой практического использования химического знания, от медицинского анализа до разработки химических
производств
. Другая задача химии – это установление химических
механизмов появления жизни и процессов, протекающих в живых
системах. Изучение химии мышления и памяти живых систем, тесно связанное с разработкой искусственного интеллекта и развитием
бионических технологий, которое будет иметь в ближайшем будущем
приоритетное значение. Фундаментальное изучение химической природы живых систем – основа разработки лекарственных средств и методов лечения заболеваний человека, сельскохозяйственных животных и растений.
Возрастающую роль играют химические исследования, нацеленные на охрану окружающей среды и снижение антропогенной нагрузки на экосистемы. Понимание химических взаимосвязей планетарного
комплекса позволит эффективно поддерживать сложный экологический
баланс и жизнеспособность биосферы нашей планеты. Одно из направлений «зеленой химии» – это создание биоподобных химических технологий с использованием самособирающихся сложных систем и материалов. Динамическая самоорганизация смесей химических компонентов
в сложные системы от наноразмерных до макроскопических по аналогии
с биологической сборкой станет основой технической революции в химическом производстве.
Важной задачей остается разработка новых материалов и технологий их производства, создание эффективных систем защиты граждан от терроризма, несчастных случаев, преступлений и минимизации урона в случае техногенных катастроф. Химические исследования
в этой области нацелены на создание высокоселективных сенсоров
201
ПРОЕКТНАЯ И ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ШКОЛЬНИКОВ ПО БИОЛОГИИ И ХИМИИ
и тест-систем для идентификации и быстрого обнаружения токсичных
и опасных веществ.
Одним из направлений исследований в области химии являются
химические способы получения и преобразования энергии, использования альтернативных и возобновляемых источников энергии. Эффективной альтернативой ископаемому топливу, наряду с атомной
энергетикой, станет использование топливных элементов различных
типов на основе
водорода, использование неисчерпаемой энергии солнечного света и применение сверхпроводников, которые позволят существенно снизить потери при передаче и повысить эффективность
распределения энергии.
Организация и проведение исследовательской деятельности по химии требует определенных качеств как от ученика, так и от учителя.
Будущему исследователю необходимо уметь искать научную литературу и правильно с ней работать. Многие литературные источники могут быть на иностранных языках, в связи с этим становится обязательным для исследователя хорошее знание минимум одного иностранного
языка. Литературу необходимо читать тщательно и критически, уметь
сопоставлять данные источников разных авторов и лет. Основные выкладки при чтении статей и книг следует оформлять в виде опорного
конспекта. При обсуждении собственных результатов и сравнении их
с ранее известными данными требуется умение четко и ясно аргументировать свою точку зрения, грамотно обосновывать выводы и объективно подходить к высказыванию гипотез.
Определенные требования предъявляются и к учителю химии, курирующему исследовательскую деятельность школьников. Он своим примером должен показывать, что сам является творческой личностью. Химия – наука, постоянно развивающаяся и пополняющаяся
знаниями. Поэтому учителю необходимо заниматься самообразованием. На своем примере учитель должен демонстрировать, как правильно вести научную дискуссию, обосновывать собственную точку
зрения, отстаивать свое мнение. Учителю химии следует научиться
202
ГЛАВА 5. ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ШКОЛЬНИКОВ ПО ХИМИИ
распознавать в ученике заинтересованность в освоении определенных
направлений химических исследований и предложить ему захватывающую тему.
В исследовательской деятельности по химии учителю следует уделить отдельное внимание пошаговой отработке исследовательских действий. Для этого разумно посвятить часть уроков химии правильному
выбору темы исследования, формулировке цели и задач работы, обоснованию актуа
льности и значимости, использованию электронных ресурсов и научной литературы. Кроме того, следует ознакомить школьников
со сферами применения химических знаний, практического их использования в жизни.
Таким образом, методическими условиями для организации исследовательской деятельности школьников по химии являются непрерывное
химическое образование, воспитание личности средствами учебного
предмета «Химия», развитие индивидуальной творческой активности,
объективное оценивание и поощрение результатов работы, повышающие
самооценку ученика и его роль в коллективе.
5.2. Формы и результаты
исследовательской деятельности школьников по химии
Исследовательская деятельность школьников по химии может быть
организована как часть классно-урочной работы или в качестве внеурочной деятельности по учебному предмету. В зависимости от этого существуют разные способы представления результатов ученических исследований.
Наиболее распространенным вариантом является исследовательская деятельность школьников на уроках химии. Как отмечают
И.Н. Подкопаева [94], Е.В. Тяглова [130], М.А. Шишлова и Т.А. Бойчук [151], урок химии, проведенный с использованием элементов исследовательской деятельности, может стать стимулом развития познавательного интереса обучающихся к химии. Будучи сложным
203
ПРОЕКТНАЯ И ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ШКОЛЬНИКОВ ПО БИОЛОГИИ И ХИМИИ
и насыщенным специальной информацией учебным предметом, химия может изначально не пробудить у учеников 8-го класса познавательного интереса. В таких случаях необходимо его стимулировать,
создавать на основе непроизвольного внимания интерес-возбуждение,
связанный с сообщением школьникам занимательных фактов из истории химии, наглядной демонстрацией на уроке химического опыта,
химического эксперимента и
др. Но наибольший эффект для пробуждения познавательного интереса к химии дает организация и проведение ученических исследований. В них всегда присутствует творческая
активность, мотивационная и эмоциональная составляющие процесса
познания, что снижает утомляемость учеников, усиливает их внимательность и мыслительную деятельность.
Эффект от исследовательской деятельности по химии достигается пошагово. Первый шаг – организация совмещенного теоретического и экспериментального исследования на уроке химии, направленного
на стимулирование познавательного интереса к исследовательской работе. Школьники, как правило, занимаются исследовательской деятельностью с высокой степенью предугадывания выводов. Учитель задает
магистральное направление химического эксперимента, во многом предполагая ожидаемый результат. Из такого рода работы школьник получает
знания о взаимосвязи предметов и явлений в мире, о познаваемости мира,
его материальности, о значимости химических знаний и умений. Такие
результаты деятельности хорошо усваиваются, поскольку они получены
самостоятельно.
Второй шаг – организация исследования с элементами научного поиска, когда требуется получение новой информации. Учитель определяет общее направление такого поиска, но при этом конкретный результат
работы ему неизвестен. Такая работа относится к полноценной исследовательской деятельности. При выполнении исследования меняется отношение ученика к собственным способностям, возрастает его самооценка.
Учитель лишь направляет ученика, само же исследование выполняется
самостоятельно. Уже на данном шаге ученику потребуется представить
204
ГЛАВА 5. ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ШКОЛЬНИКОВ ПО ХИМИИ
результаты работы. Таким образом, приобретается способность правильно сделать доклад, грамотно презентовать результат, адекватно отвечать
на вопросы.
Третий шаг – организация собственно исследовательской деятельности школьника, который сам выбирает направление исследования,
формулирует его цель и задачи, определяет методы и средства, прогнозирует вероятный результат. В процессе такой работы происходит совершенствование познавательной
способности обучающегося. Такой
тип исследовательской деятельности, как правило, характерен для старшеклассников. На данном этапе исследовательская работа по химии
стимулирует развитие у учеников созидательности, инициативности
и ответственности за выполняемую работу. Исследовательская деятельность в таком формате полностью согласуется с идеями личностно ориентированной педагогики, предусматривающей, что ученик
вправе выбирать направление своей учебно-познавательной деятельности, соответствующее его интересам, склонностям и способностям.
И, главное, нужно помнить, что основной результат исследовательской
деятельности по химии не научный, а педагогический, т.е. связан с приростом познавательной, коммуникативной и эмоционально-ценностной
сфер личности обучающегося.
Исследовательская деятельность школьников в классно-урочной работе по химии организуется как урок-эксперимент. Так, обучающимся
8-го класса можно предложить на уроке провести химический эксперимент на тему «Взаимодействие веществ». Объектами исследования
являются следующие вещества: вода, раствор соляной кислоты, масло, алюминий, мел, соль и кусочки фарфора. В распоряжении учеников необходимая лабораторная посуда, шпатели, весы, мерные цилиндры, ступки для растирания веществ, спиртовки. Ученики составляют
максимально возможное число двойных смесей из предложенных веществ. В лабораторном журнале описывается метод смешения и результат взаимодействия. По окончании эксперимента школьникам предлагается разделить результаты всех опытов по типам наблюдаемых
205
ПРОЕКТНАЯ И ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ШКОЛЬНИКОВ ПО БИОЛОГИИ И ХИМИИ
взаимодействий: «механическое смешивание», «растворение», «химическая реакция», «отсутствие взаимодействия». Необходимо также
в исследовании отразить, сказывается ли изменение температуры среды
на результатах проведенных опытов. Выводам из эксперимента требуется дать теоретическое обоснование. Такой урок-эксперимент полезен
для освоения обучающимися следующих тем учебного предмета «Химия»: «Свойства растворов», «Окислительно-восстановительные реакции», «Реакции
обмена», «Гидролиз», «Гидрофильные и гидрофобные
вещества». Организационно такой урок-эксперимент может быть проведен как в форме индивидуальных заданий ученикам, так и при разделении класса на группы. Также эффективны уроки-эксперименты
в форме обобщающих практикумов [143].
Старшеклассникам целесообразно предлагать исследовательскую
деятельность практической направленности, например, по следующим темам: «Качество питьевой воды в городе», «Вода городских
рек», «Моющие средства», «Мыла и шампуни – польза или вред»,
«Наночастицы: синтез и свойства». Пример последней исследовательской работы – эксперимент с фотохимическим получением наночастиц серебра. Школьники растворяют в 50 мл дистиллированной
воды 40 мг крахмала (стабилизатора наночастиц), после чего к раствору прибавляют 30 мг нитрата серебра и полученный бесцветный прозрачный раствор облучают светом лампы мультимедийного проектора
при перемешивании раствора. Расстояние между раствором и источником света должно составлять не более 30 см. Минимальное время
облучения в описанных условиях составляет 30 мин. При этом наблюдается появление окраски, характерной для коллоидных растворов
наносеребра. В течение дальнейшего времени происходит изменение
и нарастание интенсивности окраски раствора. В зависимости от длительности опыта получают красные, синие или фиолетовые растворы.
При наличии спектрофотометра можно зафиксировать, что образующиеся со временем наночастицы серебра имеют различные спектры
поглощения света, а при помощи современных микроскопов опреде-
206
ГЛАВА 5. ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ШКОЛЬНИКОВ ПО ХИМИИ
ляют динамику изменения размера наночастиц. Имеет смысл также
провести параллельные опыты без освещения или без стабилизатора
и сравнить полученные результаты.
До выполнения данной исследовательской работы обучающимся
предлагается найти в литературных источниках сведения о бактерицидной активности серебра и преимуществах использования наночастиц
по сравнению с обычными соединениями серебра. Системы наносеребра, синтезированного
в ходе работы, можно испытать на активность
доступным способом. Например, оценить их влияние на скорость зацветания обычной водопроводной воды (размножения в ней одноклеточных водорослей).
Как отмечалось ранее, одной из форм исследовательской деятельности школьников является химический эксперимент в домаш-
них условиях. В качестве примера рассмотрим исследовательскую
работу на тему «Катализаторы и ферменты». Объект исследования
в ней – химическая реакция разложения (диспропорционирование)
пероксида водорода в водном растворе. Наблюдение за процессом
осуществляется по интенсивности выделения пузырьков кислорода.
Фермент каталаза, обеспечивающий протекание реакции разложения
пероксида водорода, присутствует в соке различных овощей. Ученикам предлагается изучить этот процесс при добавлении веществ-катализаторов и описать наблюдаемые реакции. Среди катализаторов
школьники могут испытать в опытах действие железных стружек, серебряной ложки и уксусной кислоты. Хорошим в организационном
плане вариантом представления результатов будет сведение отдельных данных в общую таблицу. В качестве дополнительного задания
обучающимся предлагается придумать способ определения в опыте
объема кислорода, выделяющегося при разложении каталазой пероксида водорода.
Таким образом, в ходе исследовательской деятельности по химии в домашних условиях ученики знакомятся с методами познания,
развивают у себя способность к самостоятельной поисковой работе
207
ПРОЕКТНАЯ И ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ШКОЛЬНИКОВ ПО БИОЛОГИИ И ХИМИИ
как при изучении химической теории, так и при проведении химического эксперимента.
Внеурочная исследовательская деятельность школьников по химии
неразрывно связана с развитием системы учебно-исследовательских
и научно-технических мероприятий. Школьники разных возрастов
имеют возможность выполнять научные эксперименты в присутствии
ученых-химиков на базе лабораторий и кафедр учреждений высшего
образования. Так,
включение обучающихся 8–11-х классов в научный
процесс осуществляется в рамках интеграции образования и науки,
которая предполагает взаимовыгодное сочетание учебного процесса
и научной деятельности в научно-исследовательских, в том числе академических институтах. Это сочетание ни в коем случае не является
принудительным, а представляет собой естественное взаимодействие обоих процессов, диктуемое современными потребностями развития общества. Тому есть несколько причин. Образовательный процесс при соблюдении всех традиций обязан быть современным. В нем
должны адекватно отражаться новейшие взгляды, подходы, представления о научной картине мира. В то же время научная работа требует постоянного вливания молодых ученых, в том числе из обучающихся общеобразовательных организаций. Названные потребности
зачастую не выполняются полностью. Но на решение этой проблемы
направлен ряд положений обновленного ФГОС общего образования
[133], в которых впервые специально сделан акцент на усиление взаимодействия общеобразовательных организаций с научными учреждениями и вузами.
В качестве эффективных организационных форм интеграции учебного и научного процесса следует отметить такие структуры, как базовые
кафедры, научные школы, учебно-научные и научно-образовательные
центры. Общими принципами функционирования таких подразделений
является, во-первых, вовлечение сотрудников научного института в образовательный процесс в вузе. При этом обучающиеся получают возможность узнавать о последних достижениях в той или иной области знания,
208
ГЛАВА 5. ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ШКОЛЬНИКОВ ПО ХИМИИ
современных методах исследования, открытиях, именах отечественных
и зарубежных ученых. Нельзя не отметить и тот факт, что общение со
школьниками, интересующимися наукой, призывает самих научных сотрудников следить за новостями на научной ниве. Во-вторых, практические и лабораторные занятия в рамках таких интеграционных структур развивают познавательный интерес обучающихся к научной
работе
и предоставляют им возможность знакомства и получения опыта работы на новейшем оборудовании, установках и приборах. Нередко такой
опыт приводит в дальнейшем к организации научного сотрудничества,
участию школьников вместе с учеными в подготовке совместных публикаций в научных журналах.
В качестве примера успешного взаимодействия академического института, вуза и школ можно привести работу базовой кафедры химии инновационных материалов и технологий, а также научной школы «Химия
и технология полимерных материалов» на базе РЭУ им. Г.В. Плеханова
и ИБХФ РАН (руководитель А.А. Попов). Благодаря организации этих
подразделений школьники получают доступ к работе в химических лабораториях, оснащенных приборами для физико-химического анализа,
таких как микроскопы высокого разрешения, спектрометры, разрывные
машины для получения механических характеристик полимерных материалов и др.
Школьники, участвующие в исследовательской деятельности по химии, имеют возможность представлять результаты своей работы на конференциях различного уровня, профильных семинарах, конкурсах и фестивалях. Например, значимым в жизни столицы мероприятием является
Городской фестиваль научно-технического творчества молодежи «Образование. Наука. Производство», ежегодно проводимый Городским методическим центром Департамента образования и науки г. Москвы. Участие школьников в этом фестивале способствует развитию химического
и экологического образования в городе, сочетает образовательную и научную деятельность учеников разных классов. Фестиваль стимулирует
творческую инициативу его участников, создает условия для развития
209
ПРОЕКТНАЯ И ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ШКОЛЬНИКОВ ПО БИОЛОГИИ И ХИМИИ
у обучающихся разного возраста навыков исследовательского мышления,
расширяет их кругозор и обеспечивает ориентирование в актуальных химических проблемах.
Проведение Фестиваля играет существенную роль в проектировании и реализации инновационных методик преподавания учебного
предмета «Химия», создании условий для развития конкурентоспособных качеств у современной молодежи, а также детско-взрослой
общности из
обучающихся общеобразовательных организаций и пре-
подавателей вузов.
В рамках фестиваля «Образование. Наука. Производство» ежегодно
проводятся несколько конкурсов, например: «Ресурсосбережение: инновации и таланты», «Юные техники и изобретатели» и «Школа будущего».
Конкурс «Ресурсосбережение: инновации и таланты» играет ведущую
роль в формировании экологического мышления и химического мировоззрения современных школьников. На него ученики представляют результаты своих исследований, выполненных по следующим социально значимым и практико-ориентированным направлениям: «Энергосбережение»,
«Водосбережение», «Утилизация и переработка отходов». Из года в год
растет количество участников конкурса и качество выполненных исследовательских работ, в том числе и по химии. Например, в конкурсе «Ресурсосбережение: инновации и таланты – 2020» приняли участие более
500 обучающихся. На защиту было представлено более 300 ученических
исследований, тематика которых была посвящена только социально значимым и практическим вопросам.
С целью привлечения внимания специалистов к изучению и внедрению перспективных результатов исследовательской деятельности
школьников и дальнейшего развития творческой инициативы обучающихся в качестве экспертов и консультантов конкурсных работ
привлекаются постоянные представители партнерских организаций.
В 2019/2020 гг. 120 экспертов приняли участие в оценке проектов
на городском (очном) этапе конкурса «Ресурсосбережение: инновации и таланты». Экспертное жюри было представлено научными со-
210
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]