Актуальные проблемы химического и биологического образования

Актуальные проблемы химического и биологического образования Материалы X Всероссийской научно-методической конференции с международным участием, г. Москва 15–16 апреля 2019 г

Становление субъектности в методической подготовке учителей биологии: синергетический подход

И.Ю. Азизова

Российский государственный педагогический университет им. А.И. Герцена, Санкт-Петербург, Россия

Точно так же, как в точке бифуркации поведение одной частицы может сильно изменить конфигурацию системы на макроскопическом уровне, творческая личность, а не безликие восставшие массы будет все сильнее влиять на исторические события на новом этапе эволюции общества.

И. Пригожин

Синергетика играет «роль нового мировоззренческого ориентира», так как дает возможность оперировать вероятностными категориями и традиционно считавшимися иррациональными принципами познания.

Синергетический подход затрагивает сущностный уровень феномена человека, по-разному толкуемый философией, научным и вне-научным (мифологическим, религиозным, художественным, политическим и т.д.) знанием, и может представлять методологическое основание нового понимания психической деятельности личности.

Ключевые идеи синергетики – самоорганизация открытой системы, нелинейность, хаотичность, когерентность, движение к аттрактору – обеспечивают базис для рассмотрения в новом свете проблемы формирования субъектности человека.

Субъектность означает активный процесс организации, формирования, построения, преодоления «обстоятельств» своей жизни индивидом [1]. К субъектным качествам относятся: самостоятельность личности, ее независимость, активность, инициативность, ответственность, саморазвитие и др.

Свойство синергетики снимать антиномическое содержание соотношений хаоса и порядка в любой саморазвивающейся нелинейной системе важно для понимания чрезвычайно сложных проблем, например, в состоянии мотивационного кризиса личности.

В данных случаях объективные обстоятельства, ситуации, толкающие личность на совершение парадоксального поступка (или, наоборот, на воздержание от действия), выступают в качестве управляющих «медленных» параметров системы макроуровня (среды). Мало осознаваемые мотивационные флуктуации выступают в качестве короткоживущих переменных микроуровня (психики человека). Являясь основой неравновесности (неустойчивости), они меняют моменты обострения, что проявляется в импульсивных эмоциональных, интеллектуальных, физических действиях личности, в «спонтанном» изменении ее отношения к действительности.

«Малые флуктуации, обусловленные хаосом на микроуровне, меняя моменты обострения, приводят к существенным различиям в процессах развития структур на макроуровне… Малое и случайное имеет прямой выход в макромир» [4].

Что же может выступать в качестве такого «малого»? И каким образом личность, поддерживая возбуждение именно этой малой структуры в своем внутреннем мотивационно-информационном пространстве, могла бы преодолевать жизненные или профессиональные противоречия, т.е. проявлять субъектные качества?

Известный отечественный психолог К.А. Абульханова отмечает, что способность субъекта затрачивать свои психические силы и возможности на внутреннюю борьбу противоречий, сомнения, выбор определяет такое качество личности, как цельность… Такое единство, максимальное устранение противоречия между сознанием и действием обеспечивается творческим типом личности [1].

Очевидно, основанием и одним из условий развертывания субъектности личности является ее творческая активность.

В статье «Интуиция как самодостраивание» известные исследователи синергетики Е.Н. Князева и С.П. Курдюмов отметили, что позитивную роль в творческом мышлении играют просмотр различных, альтернативных ходов развития мыслей, постоянное продумывание и варьирование ассоциаций на заданную тему. Тогда случайные блуждания по ментальному мицелию (полигону для свободного движения мысли) служат подготовкой к эмерджентному инновационному скачку мыслей, их выходу на иные уровни понимания [3].

Стимулировать творческую активность субъекта в условиях профессиональной подготовки призваны учебно-профессиональные задачи.

Задачи для будущих учителей биологии могут характеризоваться рядом свойств: проблемностью (например, когда рассматривается еще окончательно не решенная научная проблема в области биологии или методики обучения биологии); философскими аспектами представляемого материала; эстетически акцентированным материалом (о красоте объектов живой природы, о стройности, лаконичности научных теорий и т.д.); использованием широких ассоциаций; допустимостью метафор, фантастических аналогий, например, при моделировании эволюционных процессов; антитезисным изложением (например, механизмов развития явлений, их сущности и смыслов); признанием совместимости логических и смысловых альтернатив в описании педагогических явлений или ситуаций; демонстрацией негативных и позитивных последствий описываемых явлений в биологическом образовании, обнаружением позитивного в негативном и наоборот; соотнесением научных и вненаучных смыслов изучаемых явлений; включением дополнительного смыслового контекста.

В частности, демонстрация дополнительного контекста, а значит, смысла представляемой информации приводит к усложнению исходной семантической структуры. С точки зрения синергетики такое действие приводит к возникновению колебательного режима в когнитивно-аффективной сфере личности, что может привести к отказу от стереотипного хода мысли или чувства.

Важен подбор не только содержания учебно-профессиональных задач, но и методов их представления, например, предложением самостоятельного нахождения недостающих компонентов условия задачи; провоцированием студентов на столкновение с познавательными противоречиями; использованием различных приемов организации рефлексии; переводом студентов в позицию эксперта; организацией смыслопоискового диалога с автором текста (интерпретация смыслов предложенных для анализа фраз, высказываний, цитат); организацией учебных дискуссий; анализом ситуаций личностно-смыслового переживания и т.д.

На общем подъеме умственной работоспособности и настраивании на творчество весьма благоприятно сказывается практика публичных лекций эстетической тематики.

На таких лекциях материал предлагается не только традиционно детализированно, но и в глобальных, обобщенных единицах, представляемых посредством философских категорий и произведений искусства, совместно выполняющих функцию трансляции культурных значений и смыслов.

Философские рассуждения, мировоззренческие выводы, ценностные оценки сложны для восприятия. Поэтому помимо основной информации на лекциях практикуется введение дополнительных (часто образных) аргументов, которые с точки зрения синергетики служат «джокером» – тем случайным фактором, который способен изменить вектор функционального состояния когнитивной системы. Действие джокера опирается на сочетание содержания и формы подачи информации, единство сознательного и подсознательного, двустороннюю связь, поддержание у обучаемых чувства приподнятости и уверенности в успехе, стимулирование большей концентрации внимания.

Таким образом, достижение синергетического эффекта в становлении субъектных качеств личности возможно на основе применения в методической подготовке специальных средств, среди которых учебно-профессиональные задачи, активизирующие творческий поиск студентов, лекции эстетической проблематики, оказывающие выраженное образное и эмоциональное влияние.

Завершая статью, приведу слова отечественного математика и философа Р.Г. Баранцева: «Самоорганизация происходит в сфере самопонимания. Раздвигая границы, человек не хочет терять определенность. Хлебнув хаоса, он спешит достроить дом своего бытия по интуиции. Всегда есть надежда, что этот рубеж – относительный и человек в силах его преодолеть. Надо только нащупать аттрактор, влекущий в узкий коридор будущего» [2].

Список литературы

1. Абульханова К.А. О субъекте психической деятельности. Методологические проблемы психологии. М.: Наука, 1973.

2. Баранцев Р.Г. Асимптотичность человека [Электронный ресурс] // Академия тринитаризма. 12.12.2002. URL: http://www.trinitas.ru/rus/doc/0012/001a/00120031.htm

3. Князева Е.Н., Курдюмов С.П. Интуиция как самодостраивание // Вопросы философии. 1994. № 2. С. 110–122.

4. Князева Е.Н., Курдюмов С.П. Основания синергетики: Синергетическое мировидение. 3-е изд., доп. М.: Либриком, 2010.

Методика обучения студентов педагогического университета разработке компетентностно-ориентированных заданий по химии

Е.В. Александрова

Ярославский государственный педагогический университет им. К.Д. Ушинского, Ярославль, Россия

В настоящее время одной из наиболее актуальных методических проблем стало усиление практической ориентации курса химии. Возможным решением возникшей проблемы является использование компетентностно-ориентированных заданий.

Однако в методике преподавания химии в школе не разработана система подобных заданий и отсутствует литература, которая помогла бы учителю самостоятельно их сконструировать.

Исходя из этого, целью работы является разработка методики обучения студентов педагогического вуза составлению и использованию компетентностно-ориентированных заданий на уроках химии.

При составлении компетентностно-ориентированных заданий студенты использовали следующий алгоритм [1].

• Определите место задачи в структуре урока (темы).

• Сформулируйте цель компетентностно-ориентированного задания.

• Подберите материал (текст) для составления условия задачи.

• Определите стимул (проблему задачи).

• Сформулируйте условие и вопрос задачи (возможно составление системы связанных единым сюжетом заданий).

• Продумайте инструмент проверки решения задачи.

• Задайте форму представления готового продукта и оценки решения задачи.

Компетентностно-ориентированная задача может быть объемной, содержать большой пласт информации. В этом случае ее решению может быть посвящен целый урок. Примером может служить урок-игра «Тайна озер-хамелеонов», разработанная в рамках практических занятий по дисциплине «Методика обучения и воспитания в области химии».

Урок может быть рекомендован для изучения тем: «Сера и ее соединения», «Железо и его соединения», «Взаимосвязь между классами неорганических соединений».

Компетенции: коммуникативная, информационная, в разрешении проблем.

Планируемые образовательные результаты:

• развитие умения работать с текстом, составлять уравнения химических реакций на основе их описания;

• определять тип химической реакции, на основе анализа состава и строения исходных и конечных продуктов;

• применять знания о химических и физических свойствах соединений серы и железа для объяснения природных явлений.

Форма урока: игра-путешествие [2].

Стимул (на этом этапе может быть использована презентация).

Ребята, сегодня на уроке мы отправимся в далекую страну Индонезию. Нам предстоит совершить путешествие на остров Флорес. Почему? Скоро узнаете. А пока давайте выясним, где находится Индонезия и интересующий нас остров. Кто у нас лучше всех знает географию?

Вопросы по физической географии:

1. В каких полушариях расположена Индонезия? Ответ: По обе стороны от экватора, в Северном и Южном полушариях, а также в Восточном полушарии (к востоку от Гринвича).

2. В какой части света она находится? Покажите Индонезию на физической карте мира. Ответ: В Азии (Юго-Восточная Азия).

А теперь настало время выяснить, почему мы отправляемся именно на индонезийский остров Флорес. Дело в том, что на этом острове расположен знаменитый вулкан Келимуту. Последний раз вулкан просыпался в 1968 г., после этого он мирно спит вот уже полвека. Высота Келимуту составляет 1639 м, на его вершине застывшая лава осела, образовав три впадины, заполнившиеся атмосферными осадками и превратившиеся в озера. Озера эти непростые, они периодически изменяют свой цвет: вода в них то бирюзового цвета, то зеленого, а может быть красной, коричневой или черной. Глубина озер равна глубине кратера вулкана и составляет 1650 м.

Чтобы объяснить загадочное природное явление – смену цвета воды в озерах – местные жители сложили легенду. Один из водоемов называется «Озером душ предков», оно удалено от двух других на расстояние примерно 1,5 км. В настоящее время вода в нем черного цвета, но еще совсем недавно она имела очень чистый прозрачно-зеленый оттенок. Сюда, по легенде, попадают души праведников, проживших долгую жизнь, здесь собирается мудрость, накопленная поколениями. Второе озеро чаще всего бывает голубого или бирюзового (сине-зеленого) цвета, оно называется «Озером юных душ», поскольку местные жители считают, что в этом водоеме обитают невинные души людей, умерших очень рано. Третье – «Озеро грешников» или «Озеро злых духов», вода в нем, как правило, красного, коричневого или черного цвета.

Формулировка задачи: в современном мире красивая легенда уже не удовлетворяет полностью любопытство людей. Поэтому цель нашей экспедиции – предложить научное объяснение существования озер-хамелеонов как следствие определенных химических реакций, происходящих в их водах. Для того чтобы решить эту задачу, мы разделимся на три группы исследователей. Каждая группа исследователей отправится к одному из трех озер-хамелеонов. Задача исследовательской группы – подготовить отчет о химических превращениях в данном водоеме. Кроме того, нам необходимо сформировать группу экспертов, которая будет оценивать правильность представленных отчетов, исправлять и дополнять представленную в них информацию.

Источник информации: ученые установили, что твердая чаша озер выложена магматическими горными породами, богатыми карбонатами и силикатами железа (II). Из трещин в земной коре поднимаются газы: сероводород и хлороводород. Сероводород окисляется кислородом воздуха до серной кислоты. Кислоты переводят железо (II) в растворимую форму. Далее возможно несколько вариантов превращений: растворимые соли железа взаимодействуют с сероводородом, также соли железа (II) окисляются до соединений железа (III), которые частично разлагаются, а частично вступают в окислительно-восстановительную реакцию с сероводородом.

Решите цепочки превращений и определите, какой цвет воды обусловливает каждое из полученных соединений. Укажите тип, записанных вами реакций.

Превращения в «Озере стариков»:

H2S → SO2 → SO3 → H2SO4 → FeSO4;

FeCO3 → FeCl2 → FeS → FeSO4.

Превращения в «Озере юных душ»:

H2S → S → SO2 → SO3 → H2SO4;

FeSiO3 → FeSO4 → FeS → FeCl2.

Превращения в «Озере грешников»:

FeSiO3 → FeCl2 → FeCl3 → FeS → Fe2O3 → Fe2(SO4)3;

FeCO3 → FeO → Fe2(SO4)3.

Результаты занесите в таблицу.

Каждое верное уравнение реакции оценивается в 1 балл, указание типа химической реакции также оценивается в 1 балл. Таким образом, каждая команда может максимально набрать 14 баллов. Дополнительные баллы начисляются при условии написания нескольких верных уравнений реакций, приводящих к веществу, указанному в цепочке. Побеждает команда, набравшая максимальное количество баллов. Команда экспертов в соревновании не участвует.

Бланк решения и модельный ответ

Отчет экспедиции к «Озеру стариков»

Отчет экспедиции к «Озеру юных душ»

Отчет экспедиции к «Озеру грешников»

Таким образом, цвета озер вулкана Келимуту обусловлены окраской неорганических химических соединений, которые в них образуются.

Список литературы

1. Акулова О.В., Писарева С.А., Пискунова Е.В. Конструирование ситуационных задач для оценки компетентности учащихся. СПб.: КАРО, 2008.

2. Пичугина Г.А. Дидактическая игра как средство повышения эффективности обучения базового курса химии: автореф. … дис. канд. пед. наук. М., 2003.

Полигон естественных наук – образовательное мероприятие

И.Л. Амирова, В.С. Бойкова

Павловская гимназия, Московская обл., Россия

Полигон – внеклассное ежегодное мероприятие, проводимое в соответствии с принципами ФГОС. В рамках полигона осуществляется интеграция предметов естественнонаучного цикла для изучения естественнонаучных проблем и путей их решения в условиях полевой практики. Это системное мероприятие, охватывающее учащихся 5–10 классов. Оно способствует развитию метапредметных навыков, стимулирует логическое мышление, формирует навыки рефлексии, самостоятельной поисково-исследовательской деятельности. Результатом мероприятия является совершенствование навыков научно-исследовательской деятельности, повышение грамотности учащихся, понимание того, что предметы естественнонаучного цикла являются важным инструментом для решения жизненных проблем. Осуществляется развитие всех сфер личности ребенка: эмоциональной, познавательной, практической, – и отрабатываются навыки командной работы учащихся и педагогов.

В Стратегии развития воспитания в Российской Федерации на период до 2025 года, принятой распоряжением Правительства Российской Федерации от 29 мая 2015 г. № 996-р, обозначены основные направления развития воспитания, к которым относится и экологическое воспитание, включающее: развитие у детей и их родителей экологической культуры, бережного отношения к родной земле, природным богатствам России и мира; воспитание чувства ответственности за состояние природных ресурсов, умений и навыков разумного природопользования, нетерпимого отношения к действиям, приносящим вред экологии [1]. Проблемы недостаточного экологического воспитания существуют давно, но в последнее время они стоят наиболее остро. По словам социологов, изучавших экологическую культуру, у взрослого населения нашей страны, а тем более у детского, преобладает воспроизводящий тип экокультуры.

Экологическое образование дает теоретические и практические знания о природе и взаимоотношениях с ней человека, о состоянии окружающей среды и причинах ее изменения. Оно включает знания из разных наук и разделов современной экологии. Существуют разные способы формирования интереса к научным проблемам современности. Наиболее эффективными являются нетрадиционные формы обучения, в которых присутствуют игровые элементы, состязательные, ролевые. В результате поиска способов повышения мотивации и вовлеченности в образовательный процесс гимназистов проводится ежегодное мероприятие – полигон. Идея проведения полигона возникла после общения с Марией Миркис – директором «Школы антропоники», кандидатом философских наук, доцентом Сибирского федерального университета, экспертом Межрегиональной тьюторской ассоциации, экспертом Института проблем образовательной политики «Эврика». Были предложены ноогеновские задачи, решение которых выходило за рамки класса в прямом и переносном смысле. В результате опыт по решению таких задач трансформировался в полигон естественных наук. Полигон – это массовое внеклассное мероприятие, которое имеет не только теоретическое и практическое, но и утилитарное значение. Крайне важен образовательный потенциал учебного полигона. Он позволяет подбирать маршруты и отдельные объекты для изучения в каждой параллели классов, на которых учащиеся могли бы закреплять содержание изучаемых учебных предметов на практике.

Подготовка к мероприятию начинается с мозгового штурма команды преподавателей. Определяются тема мероприятия, количество команд, количество станций и принцип деления учащихся на команды. Составляется технологическая карта.

Полигон проводится в гимназии уже несколько лет, и команды делятся по разному принципу – команды класса, смешанные по параллели, разновозрастные, смешанные по классам. В зависимости от деления могут выполняться разные задачи. Формируются команды от 6 до 9 человек. Деление команд осуществляют классные руководители с классами. Возможно проведение не со всеми учащимися школы, например с одной параллелью классов или несколькими. Полигон проводится по разной тематике. Например: «Экологический полигон», «Наука и здоровье», «Гимназия – наш дом» и т.п. В 2019 г. планируется полигон, посвященный научным открытиям Д.И. Менделеева.

На сегодняшний день определились основные принципы работы команд. Команда подготавливает название, девиз и отличительные знаки (ленточки, козырьки и т.д.). Для каждой команды готовится маршрутный лист со списком участников и картой мест нахождения станций. Списки выверяются непосредственно перед мероприятием. Выполняется условие: работа на станции и обсуждение – командные, но решение представляет один участник. Каждый учащийся должен иметь возможность «отчитаться» на какой-либо станции.

В карточке отмечается учителем, кто ответил на вопрос на данной станции. В дальнейшем этот участник принимает участие в работе и обсуждениях в команде, но не может представлять решение (рассказ, вывод и т.д.). К прохождению станции команда допускается только при отсутствии не более одного участника (необходимость отойти).

Определяется количество станций, необходимых на полигоне, от каждого направления (биология, география, ОБЖ, физика, химия). Задания для команд должны соответствовать заявленной теме. На станциях работают все преподаватели гимназии. 10 класс может выступать в качестве помощников, экспертов или модераторов.

Мероприятие проводится 2 часа, из них 1,5 часа на прохождение станций. Каждая команда может пройти 7–9 станций (по предварительному решению методического совета). В маршрутном листе указано время прохождения конкретных станций. У каждой команды свой маршрут расписан по минутам. Они могут пройти станцию только в свое время. Это создает состояние «повышенной боевой готовности», активизирует мозговой штурм в команде, стимулирует четкое соблюдение тайминга мероприятия.

Мероприятие проводится на территории гимназии. Станции нанесены на карту гимназии (учитель географии). Стоит предусмотреть ситуацию, когда идет дождь. В этом случае мероприятие переносится в школу и на площадки под навесом. Наше мероприятие проходит в теплое время года.

В день проведения полигона выставляются все оборудование и вспомогательные таблицы, обеспечивается музыкальное сопровождение.

Мероприятие начинается с открытия. Произносится вступительное слово: название, цель мероприятия, задачи и принципы работы команд, критерии оценивания заданий и командной работы. Участникам выдается маршрутный лист.

На каждой станции за выполнение задачи выдается какой-либо предмет, соответствующий теме полигона. Если задание не выполнено, команда идет дальше, ничего не получая. На полигоне по экологии это были пазлы. Через 1,5 часа полигон заканчивает работу. Команды собирают свою часть картины из полученных пазлов. Выигрывает команда, набравшая наибольшее число пазлов, определяются 2-е и 3-е места. Если команды набрали одинаковое число пазлов, проходит баттл, команды отвечают на вопросы и определяется победитель. В нашем случае одинаковое количество набрали три команды. Было задано по три вопроса командам. Вопросов должно быть больше, чтобы можно было продолжить при необходимости борьбу за место. Команды, не набравшие необходимого числа карточек, могли их заработать, отвечая на вопросы у «Счетной палаты» – места для подсчета количества пазлов (баллов). Каждая команда собрала свою часть общей картины. Завершился полигон сборкой большой картины из пазлов.

Полигон важен для диагностирования готовности детей действовать в условиях неопределенности, мобилизационном событийном режиме ограниченного времени, умения работать в команде, навыков самоорганизации и самоконтроля. Полигон предоставляет возможность учащимся взглянуть на проблемы, в частности экологии, с точки зрения разных естественных наук. Организация и проведение полигона на первоначальном этапе, конечно, требуют много времени и усилий со стороны педагогического коллектива. Однако каждое последующее мероприятие организуется меньшими усилиями. Проводя мониторинг успешности мероприятия среди учащихся, можно прийти к выводу о значимости полигона для формирования мотивации к изучению естественнонаучных предметов и развитию школьного коллектива. Библиотека разработок «типовых» заданий для параллелей классов школы – полноценная методическая информация, свидетельствующая о возможностях учебного полигона.