Дипломная (вкр): Результаты эксперимента по способам формирования системных знаний

Таким образом, в теории есть рядоположенные (т.е. независимые, но однородные) и соподчиненные знания.

Структуру теории в сознании человека можно представить такой моделью. Рядоположенные элементы знаний (понятия, законы) представляются в виде отдельных «строк». Иерархическое отношение «строк» условно представляется «столбцами». Сбоку находятся дополнительные знания (схема 1).

Схема 1

Если совокупность знаний по теории в сознании обучаемого представляет собой подобную модель с объемными связями, то, по - мнению Зориной Л.Я., знания ученика, студента являются системными. Другими словами, если совокупность знаний в сознании обучаемого образует систему (понятия, основные положения, следствия), то можно говорить о системном характере усвоения знаний [3, 13].

По Зориной Л.Я. учебный материал в учебнике принципиально не может быть представлен в таком виде, чтобы ученику, студенту не надо было преобразовывать его в своем сознании, т.е. разносить знания по элементам теории в разные строки и столбцы. Эта перестройка знаний сопровождается преобразованием линейных связей, возникающих при первичном ознакомлении с материалом, в объемные. А, излагая материал, обучаемый должен опять перестраивать знания, преобразуя уже объемные связи в линейные (ибо устное изложение может быть только линейным). В связи с этим, для того чтобы у обучаемого формировались системные знания, ему самому необходимо дважды перестроить первично полученные знания: свертывая их вначале в своем сознании за счет преобразования линейных связей 1 (содержательно-логических) в объемные 1 (структурно - функциональные) и затем развертывая знания, преобразовывая объемные связи 1 в линейные связи 2 (структурно-логические) (схема 2) [3].

В работах кандидата педагогических наук, доцента кафедры химии НГПУ (г. Новосибирск) Качаловой Г.С. системный подход, способствующий формированию системных знаний и совершенствованию обучения, реализуется через использование логических схем и соответствующих им перечней (таблиц) понятий.

Схема 2

Название данного подхода происходит от слова «система», которое методисты применяют в двух значениях. Во-первых, - это система химических понятий, во-вторых, - это работа преподавателя и обучаемых по изучению понятий.

В модели процесса формирования систем понятий при изучении химии, последняя рассматривается как учебный предмет, базирующийся на знаниях из других предметов (схема 3).

В данную модель, кроме математики, физики и географии, включены такие блоки, как биохимия, химическая экология, геохимия. Это обусловлено тем, что на занятиях по химии обязательно раскрываются межпредметные связи с этими предметами. Такой подход помогает учащимся понять, что химия не является обособленной наукой.

Знания, которые учащиеся должны усвоить в рамках отдельных излагаемых тем, представляются в виде логических схем, включающих основные понятия по данной теме. Построение данных схем базируется на таких принципах системного обучения, как целостность, иерархичность, структурность, множественность описания, взаимосвязь системы и среды [23, 24].

Схема 3

По Епифановой С.С. в процессе изучения химии знания не приобретают системный характер, так как учащиеся, студенты не могут увидеть логику изучаемой науки, ее внутреннюю структуру из-за новых, незнакомых им понятий и определений. Поэтому очень важно при формировании знаний не только излагать новые понятия и законы, но и раскрывать логические связи между ними, устанавливая вектор усложнения понятий. Раскрытие этих связей и определений обеспечивает успех обучения, пренебрежение же приводит к формализму знаний, когда учащиеся, студенты, владея предметными понятиями и законами, не понимают ни их внутренней структуры, ни границ преемственности.

С целью установления логических связей между понятиями учебной дисциплины необходимо в каждом из предметных ее разделов проводить классификацию изучаемого объекта на различных основаниях и составлять иерархию понятий по мере их усложнения [25].

На современном этапе развития методологии, данные подходы организации деятельности по формированию системных знаний называют системно-структурным подходом, или просто системным подходом.

Системный подход - это главное методологическое направление современной науки, которое определяется установкой рассматривать предмет как систему и предполагает соответствующую логику исследовательской программы [5].

Характерной чертой системного подхода является общенаучность этого метода. В настоящее время он охватил весь спектр научных дисциплин.

Важной особенностью системного подхода является также то, что он позволяет науке в целом и отдельным ее отраслям построить соответствующую данному уровню познания системную картину мира. Объектом его изучения становится сложная система - множество взаимосвязанных элементов. Причем каждая система является элементом по отношению к системе более высокого уровня организации, а каждый элемент выступает системой на более низком уровне организации. Установление уровней организации на этой основе является важным моментом. Между структурными элементами, образующими систему, устанавливаются определенные связи и отношения, благодаря которым набор элементов становится связным целым. Целостные свойства системы определяются как свойствами ее структурных элементов, характером системообразующей связи между ними, во взаимодействии с которой система формирует и проявляет свои свойства.

Таким образом, системный подход позволяет обеспечить анализ целостной сложности организованных объектов. Эти особенности системного подхода как метода познания позволяют при его использовании значительно обогатить познавательные возможности человека в плане совершенствования его теоретических знаний, сообщения им системности [12].

За долгие годы проведены множество психолого-педагогических и дидактических исследований, реализующих идее системного подхода при разработке содержания учебных предметов (Зайцев О.С., Быкова Г.В., Кузнецова В.И., Зорина Л.Я. и др.), а также при формировании спецкурсов [26, 27].

В развитии идеи системного подхода было несколько этапов. Первый шаг в химии в развитии идей системного подхода связан с рассмотрением объекта с точки зрения его состава, и далее от строения (теория Бутлерова, 1861 год).

Следующий шаг был связан с переходом в начале XX столетия от представлений о целостности и неделимости атома к представлениям о его внутренней дискретности, а потом и структуре.

Очередной этап в развитии системно-структурных представлений в химии связан с установлением качественного многообразия химических форм организации вещества и выявлением специфических особенностей их строения (Гарковенко Р.В.) [12].

Эти вехи в развитии химической науки способствовали объективному развитию идеи системного подхода.

Первый публичный шаг к формированию основных положений методологии «системного подхода» сделал австрийский биолог-теоретик Людвиг фон Берталанфи, который в 1941 году предложил этот термин, а в 1969 году опубликовал важнейший свой труд «Общая теория систем».

В настоящее время, когда химия получила и социальную функцию (охрана природы, здоровья человека, получение безотходных материалов, утилизация отходов и т.д.) идеями системного подхода проникнут анализ химического взаимодействия в целом. Химию перестали рассматривать как изолированный индивид и делать ее целиком ответственной за исход химической реакции. Важным представляется взаимодействие «реагент - компонент среды», поскольку среда оказывает подчас решающее значение на течение химической реакции.

1.3 Применение идеи системного подхода к формированию системных знаний на материале химико-экологических дисциплин

Для формирования системного качества знаний и мышления использовались два взаимосвязанных способа: во-первых, показ системы современной химической науки путем ее перенесения на систему изучаемой дисциплины; во-вторых, многостороннее рассмотрение изучаемого объекта (реакция и вещество), причем число сторон рассмотрения соответствует числу главных учений в системе науки. Требование многосторонности рассмотрения объекта обусловлено одним из принципов диалектического метода познания - принципом всесторонности, предписывающим анализировать в процессе познания изучаемый объект в условиях многообразия связей с другими предметами, т.е. в системе отношений с ними [4].

Системный анализ современной химической науки показал, что в химии могут быть выделены четыре основных учения:

1)  о направлении химических процессов (химическая термодинамика);

2)      о скорости химических процессов (химическая кинетика);

)        о строении вещества;

)        о периодическом изменении свойств элементов и соединений.

Схема 4. Системное построение курса «Химия»

Таким образом, схема идеального курса химии, представленная на схеме 4, предложенная академиком Зайцевым О.С., обеспечивает четырехстороннее (по числу учений) рассмотрение изучаемого объекта и показывает обучаемому систему современной науки.

Схема 5. Традиционное построение курса «Химия»

Традиционные курсы химии не отражают в должной мере систему изучаемой науки. В этих курсах объем материала, приходящийся на долю перечисленных учений, распределен неравномерно, связи между разделами или неодинаковы или почти не прослеживаются (схема 5).

Системное построение курса химии (схема 4) осуществляется в соответствии со следующими методическими принципами: из традиционного содержания удаляется не связывающий материал, т.е. не обладающий способностью соединять блоки учений внутридисциплинарными связями, и вводится связующий, т.е. показывающий внутринаучные связи между учением и внутридисциплинарные связи между блоками учений. Именно этот материал позволяет многосторонне рассматривать изучаемый объект [28, 29].

Представление химии в виде системы учений позволяет обосновать отбор включаемого в курс междисциплинарного материала: не просто отбирается материал из специальных дисциплин, имеющий какое - либо отношение к химии вообще, а лишь тот, который непосредственно связан с учениями науки и блоками содержания, т.е. термодинамикой, кинетикой, строением и периодичностью.

В ряде высших учебных заведений читаются курсы общей химии, в которых особое значение придается узким разделам науки, ориентированным на будущую специальность студентов, например курс «Общая химия с основами экологии», «Экологические проблемы в курсе химии», которые рассмотрены с точки зрения системного подхода.

Схема 6. Системное построение курсов, имеющих экологическую направленность

Материал каждого блока связан с материалом всех остальных (схема 6). Экология, которая рассматривается как пятое учение химии, также находится во взаимодействии с перечисленными блоками.

В целом можно отметить, что подобный подход - системный подход - позволяет формировать у студентов целостное представление о предметах химической направленности, открывает возможность системно изучить химию и получить достаточно полный объем экологических знаний [30].

Настоящая работа посвящена осуществлению методологического подхода к формированию системных знаний на материале дисциплин химико-экологической направленности с использованием некоторых способов и организационных форм.

2. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТА ПО СПОСОБАМ ФОРМИРОВАНИЯ СИСТЕМНЫХ ЗНАНИЙ

Эксперимент проводился со студентами 2-го и 3-го курсов химических специальностей при изучении дисциплин «Экология» и «Экологические проблемы в курсе химии» соответственно, а также с учащимися 11 класса средней школы №39 им. А.С. Ходжикова. Для формирования системных знаний использовались различные способы и приемы.

2.1 Результаты анализа химического сочинения при изучении курса «Экология»

Исследование проводилось с 2007-2008 учебные годы среди студентов второго курса химических специальностей при изучении дисциплины «Экология».

Главное в подготовке ученика, студента состоит не столько в том, чтобы дать им определенную сумму знаний, сколько в том, чтобы вооружить их умением самостоятельно усваивать новые знания, непрерывно совершенствоваться, мыслить критически, творчески подходить к решению возникших проблем. Отсюда основная цель современного образования - способствовать овладению методологией формирования системы знаний. И основной принцип ее решения - упор на самостоятельную работу.

С целью развития навыков самостоятельной работы и большего введения в процесс обучения речевой деятельности как важнейшего условия формирования системы знаний студентам было предложено написание домашнего химического сочинения по конкретным химическим реакциям, отражающим техногенное влияние на окружающую среду:

• 2SO₂ + O₂ ↔ 2SO₃

• 2NO + O₂ ↔ 2NO₂

• Cl₂ + H₂O ↔ HClO + HCl

• CO + NO₂ ↔ NO + CO₂

• CO + 2H₂ ↔ CH₃OH

• 3NO₂ + H₂O ↔ NO + 2HNO₃

В задачу контрольно-диагностического задания входило многостороннее описание веществ, вступающих в реакцию.

Студентам предлагалось пятистороннее описание химических объектов: об использовании их в экологии, о термодинамических и кинетических представлениях выбранных реакций, строении и свойствах вступающих во взаимодействие веществ.

Блок «Экология» отражает междисциплинарную направленность и взаимосвязь с четырьмя блоками химии, отражающих систему изучаемой науки «Химия», как совокупности ее элементов - основных четырех учений.

При оценивании результатов химического сочинения применялись следующие критерии:

) показатель научности описания - среднее число учений, привлекаемых при описании изучаемых объектов. Чем больше учений использовано при выполнении задания, тем более развиты у студента навыки многостороннего рассмотрения, выше научный уровень сформированных знаний, и, следовательно, показатель научности описания;

) число новых научных понятий - среднее число новых научных понятий, которые вводились в работу. Этот критерий свидетельствует об объеме понятийного аппарата, указывает на развитие речи студента.

Этот подход впервые был использован Зайцевым О.С. при системном описании химического объекта - воды [4].

Анализ результатов химического сочинения, подготовленного вторым курсом (2007-2008 год обучения) приведен в таблицах 1-18 и представлен в виде рисунков 1-17 , наглядно иллюстрирующих данные таблиц.

Таблица 1

Результаты анализа химического сочинения на тему 2SO₂ + O₂ ↔ 2SO₃, написанного студентами 2-го курса химического факультета для «SO₂»