Гидропоника

Шульгин А.Т. Формирование интеллектульной активности личности // Химия в школе. — 2002. — 2. — С. 73-78.

А.Т. Шульгин

Дом научно-технического творчества молодёжи,

филиал Московского городского Дворца творчества детей и юношества

Формирование

ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ

АКТИВНОСТИ

личности

В настоящее время растёт интерес к работе с одарёнными детьми и исследованию проблемы творческих способностей. Творчество — многофакторный феномен, поэтому его можно изучать с разных сторон различными экспериментальными методами, обнаруживая каждый раз какую-нибудь новую закономерность.

Адекватной единицей системного анализа при изучении творчества предлагается считать интеллектуальную активность личности [1, 2].

Интеллектуальная активность — интегральное качество личности, которое позволяет ей осуществлять собственное целеполагание [2].

Внешней качественной характеристикой интеллектуальной активности личности является интеллектуальная инициатива. Интеллектуальная инициатива обусловлена не практическими нуждами, не внешней или собственной отрицательной оценкой своей деятельности, она представляет собой продолжение мыслительной деятельности за пределами ситуативной заданности.

Определение интеллектуальной активности в качестве единицы системного анализа творчества позволяет понять, почему не только лидер, имеющий самый высокий уровень развития общих умственных способностей, но и другие члены коллектива, у которых уровень этих способностей высокий и средний, становятся полноправными участниками творческого процесса.

Такой теоретический подход имеет и важное практическое следствие: обучение требует построения двухуровневой модели деятельности. Первый уровень — это деятельность по решению конкретных задач с известными условиями, второй — деятельность по выявлению скрытых закономерностей, которые содержит вся система задач, но открытие этих закономерностей не требуется для успешного решения предложенных задач. Это требование относится не к отдельно взятому заданию, а к системе задач в целом, которая предполагает возможность неограниченного движения в ней. Следует отметить, что второй уровень потенциально присутствует в любом виде деятельности.

Необходимость решить задачу служит стимулом мыслительной деятельности до тех пор, пока учащийся не найдет и не отработает надежный и оптимальный алгоритм решения предложенных задач. Дальнейший анализ материала, который не диктуется «утилитарной» потребностью решить задачу, и есть второй уровень. Поскольку переход на второй уровень осуществляется после требуемого решения задачи, по инициативе самого учащегося, то в этом и только в этом смысле можно говорить об отсутствии внешнего и внутреннего стимулов его деятельности, а также о проявлении им интеллектуальной инициативы.

Такая модель обучения реализована в программе дополнительного образования «Гидропоника» [3], разработанной педагогическим коллективом лаборатории физической химии (сектор химии) Дома научно-технического творчества молодежи (ДНТТМ), филиала Московского городского Дворца творчества детей и юношества. В данной статье речь пойдёт о том, как двухуровневая модель обучения была реализована в экспедиции «Саяны-2000», руководителем которой был Д.Л. Монахов, директор ДНТТМ.

«Саяны-2000»

В августе 2000 г. учебная группа «Экоаналитика», сформированная из учащихся лаборатории физической химии, вместе с другими группами ДНТТМ отправилась в экспедицию в Восточный Саян.

Географическая справка

Проникновению влажных западных ветров на Восточный Саян препятствуют другие хребты Восточно-Сибирской горной системы. По этой причине зимой в Восточном Саяне устанавливается незначительный снежный покров, который в теплый период быстро сходит, оголяя вершины гор. В связи с этим один из хребтов даже получил название — Тункинские гольцы. Талые воды быстро сбегают с гор, оставляя после себя каменистые русла временных рек. Часть вод, просачиваясь сквозь горные породы и взаимодействуя с ними, даёт начало минеральным источникам. Тункинская впадина — часть Байкальской рифтовой зоны с угасающей вулканической деятельностью, поэтому подземные воды насыщены углекислым газом.

В 60-е гг. XIX в. местные охотники в русле реки Кынгырги (в атласах река называется Кынгаргой) обнаружили газированный минеральный источник, который в народе стали называть «Глазным источником». Необычность вкуса воды в нём породила у людей поверье о том, что она является целебной (святой). Здесь стали строить временные избы и приходить в них на лечение. В настоящее время на этом месте расположен самый известный в Бурятии курорт «Аршан» (с 1920 г.).

Воды «Глазного источника» по составу близки к водам Нарзана, но значительно превосходят их по минерализации.

В июле-августе в Тункинских гольцах держится относительно сухая тёплая погода с периодическими осадками. Это самое благодатное время года. Мелеют реки, и минеральные источники становятся доступными.

* * *

Перед учащимися была поставлена система задач по определению основных показателей качества воды в районе экспедиции. Для её решения в лаборатории физической химии предварительно были разработаны и изготовлены тест-системы для определения щёлочности и общей жёсткости воды, содержания кальция, сульфат- и хлорид-ионов в воде [3].

Воды различных регионов страны отличаются по минерализации и содержанию микрозагрязнителей (например, железа, марганца), которые сильно влияют на точность определения макрозагрязнителей. Прежде чем решить поставленные задачи, учащиеся должны отработать надежный и оптимальный алгоритм (методику) определения качества вод в районе экспедиции: выбрать оптимальный объём проб, определить достаточные количества маскирантов, объёмы буферных растворов.

Основные сложности появились при определении качества воды «Глазного источника». Первоначально, выполнив анализ по стандартной методике, учащиеся отметили, что при увеличении объёма пробы анализируемой воды увеличение объёма титранта происходило не прямопропорционально. Причиной этого было нечёткое изменение цвета металлоиндикатора в точке эквивалентности. Таким образом, сложилась проблемная ситуация, которая характеризовалась несоответствием полученных результатов тому, что есть на самом деле. При её разрешении учащиеся выдвинули ряд идей: вместо привычного диапазона объёмов проб 5-20 мл они предложили выбрать диапазон 1-4 мл и, уменьшив объёмы проб анализируемой воды, увеличить количество маскирантов и объёмы буферных растворов.

Это позволило определить все показатели качества воды «Глазного источника» с относительной ошибкой не более 4% (табл. 1).

Таблица 1. Состав воды «Глазного источника»

Ионный состав	Нормальная концентрация, мэкв/л	Доля аниона (катиона), %	Содержание иона в растворе, г/л
Анионы: HCO₃^- SO₄^2- Cl^- Всего	24,0 ± 0,3 6,0 ± 0,2 Менее 0,5 30,0*	80 20 –	1,464 0,288 –
Катионы: Ca²⁺ Mg²⁺ Всего Me⁺(Na⁺)	12,7 ± 0,4 6,1* 18,8 ± 0,7 11,2*	42 20 37	0,254 0,073 0,258
Общая минерализация			≈ 2,3

^{________________}

* Расчётная величина

Итак, в традиционном понимании эта задача творческая и имеет оригинальный результат — методику определения общей жёсткости и кальция в воде «Глазного источника». Однако в данном случае у учащихся имелся внешний стимул: большая ошибка определения значения общей жёсткости и содержания кальция на начальном этапе. Этот внешний стимул вызвал у них поток внутренних мотивационных стимулов (самолюбие, престиж и т.д.). Следует принять во внимание и тот факт, что при организации учебного процесса нельзя точно определить, какой мотив является ведущим.

Цели и мотивы учащихся оказывают влияние на их деятельность. Если их цели лежат вне самой деятельности, то они осуществляют её только для того, чтобы их не ругали за невыполнение задания. В зависимости от того, рассматривают ли учащиеся решение задачи как средство для осуществления внешних по отношению к познанию целей или оно само есть цель, определяется и судьба познавательного процесса. В рамках данного подхода невозможно однозначно утверждать, что разработка методики является феноменом самодвижения деятельности, который приводит к выходу за пределы заданного, что и позволяет увидеть «непредвиденное».

Замечательным оказался тот факт, что часть учащихся продолжили исследование дальше. Они по разработанной методике проанализировали «дегазированную» воду из «Глазного источника». Дегазирование в экспедиции осуществляли встряхиванием 1 л воды из источника в пластиковой бутылке вместимостью 2 л. Итог оказался для учащихся неожиданным — уменьшилось содержание однозарядных ионов (табл. 2).

Таблица 2. Состав дегазированной воды из «Глазного источника»

Ионный состав	Нормальная концентрация, мэкв/л	Доля аниона (катиона), %	Содержание иона в растворе, г/л
Анионы: HCO₃^- SO₄^2- Cl^- Всего	11,6 ± 0,1 6,0 ± 0,2 Менее 0,5 17,6*	66 34 –	0,708 0,288 –
Катионы: Ca²⁺ Mg²⁺ Всего Me⁺(Na⁺)	5,2 ± 0,2 6,1* 11,3 ± 0,3 6,3*	29 35 36	0,580 0,073 0,145
Общая минерализация			≈ 1,8

В данном случае вновь наблюдалось несоответствие ожидаемого и того, что получилось на самом деле. Это несоответствие снова выступило внешним стимулом.

Уменьшилось и содержание кальция. На первый взгляд это можно было бы объяснить смещением равновесия в системе

Ca(HCO₃)₂ ⇄ CaCO₃↓ + CO₂↑ + H₂O

в сторону образования карбоната кальция. Однако такое объяснение противоречит другому факту: щёлочность при этом уменьшается значительно больше. Объяснить это недостаточной точностью определения нельзя, так как ошибка в этом случае будет составлять 65%. В свою очередь, данное несоответствие послужило основанием постановки нового эксперимента по анализу кипячёной воды (кстати, учащихся интересовало и как изменилось бы содержание магния). Результаты анализа кипячёной воды из «Глазного источника» приведены в табл. 3.

Таблица 3. Состав кипячёной воды из «Глазного источника»

Ионный состав	Нормальная концентрация, мэкв/л	Доля аниона (катиона), %	Содержание иона в растворе, г/л
Анионы: HCO₃^- SO₄^2- Cl^- Всего	2,6 ± 0,2 6,0 ± 0,2 Менее 0,5 8,6*	30 70 –	0,159 0,288 –
Катионы: Ca²⁺ Mg²⁺ Всего Me⁺(Na⁺)	≈ 0,5 6,1* 6,6 ± 0,2 2,0*	6 71 23	– 0,073 0,046
Общая минерализация			≈ 0,6

Уменьшение содержания щелочных металлов с 11,2 до 2,0 мэкв/л заставило основательно задуматься всех. В случае кипячения сохранилось и несоответствие между изменением содержания кальция и изменением значения щёлочности.

На этом учащиеся прекратили эксперимент и приступили к теоретическому осмыслению имеющейся проблемы. Они выдвинули предположение, что содержание ионов щелочных металлов в воде «Глазного источника» составляет 2,0 мэкв/л, тогда 9,2 мэкв/л составляет содержание какого-то другого катиона. На его присутствие указывал и своеобразный привкус воды. Учащиеся сразу предположили железо(II). Действительно, гидрокарбонат железа(II) при уменьшении концентрации углекислого газа разлагается аналогично гидрокарбонату кальция

Fe(HCO₃)₂ ⇄ FeCO₃↓ + CO₂↑ + H₂O

так же себя ведёт и гидрокарбонат марганца(II)

Mn(HCO₃)₂ ⇄ MnCO₃↓ + CO₂↑ + H₂O

С этими свойствами гидрокарбоната и карбоната марганца(II) учащиеся знакомятся при изучении темы «Получение пентагидрата сульфата марганца(II)» [3], но всё же марганец(II) они не предложили как альтернативу железу(II). Кроме того, им были известны и результаты экспедиции «Кенозеро-97», когда в природных водах было обнаружено значительное количество марганца(II).

Уменьшение щёлочности происходит и в результате окисления железа(II) до железа(III) кислородом воздуха

4Fe(HCO₃)₂ + O₂ + 2H₂O = 4Fe(OH)₃↓ + 8CO₂↑

Fe³⁺ - e^- + 3HCO₃^- = Fe(OH)₃ + 3CO₂	4
O₂ + 4e^- + 4CO₂ + 2H₂O = 4HCO₃^-	1

а также окисления марганца(II) до марганца(IV)

2Mn(HCO₃)₂ + O₂ = 2MnO₂↓ + 4CO₂↑ + 2H₂O

Mn²⁺ - 2e^- + 4HCO₃^- = MnO₂ + 4CO₂ + 2H₂O	2
O₂ + 4e^- + 4CO₂ + 2H₂O = 4HCO₃^-	1

В литературе встречается и другая форма марганца(IV) — MnO(OH)₂

Состав воды «Глазного источника», в соответствии с их предположением, приведен в табл. 4.

Таблица 4. Уточнённый состав воды из «Глазного источника»

Ионный состав	Нормальная концентрация, мэкв/л	Доля аниона (катиона), %	Содержание иона в растворе, г/л
Анионы: HCO₃^- SO₄^2- Cl^- Всего	24,0 ± 0,3 6,0 ± 0,2 Менее 0,5 30,0*	80 20 –	0,164 0,288 –
Катионы: Ca²⁺ Mg²⁺ Всего Me⁺(Na⁺) Fe²⁺(Mn²⁺)	12,7 ± 0,4 6,1* 18,8 ± 0,7 2,0* 9,2*	42 20 7 31	0,254; 0,073 0,046 0,258
Общая минерализация			≈ 2,4**

^{________________}

** Нижний предел общей минерализации минеральных вод этого региона

Исходя из первоначально поставленных задач, учащиеся сделали практические выводы: по степени минерализации вода из «Глазного источника» относится к лечебно-столовым водам; она должна оказывать выраженное физиологическое действие на организм человека, так как содержание железа в ней превышает бальнеологическую норму (20 мг/л); она может применяться как лечебное средство только по назначению врача; допускается её использование в качестве столового напитка, но не систематически.

Итак, был совершен переход от одной проблемной ситуации, связанной с изменением методики определения общей жёсткости и кальция в воде «Глазного источника», к другой, в которой учащиеся поставили дополнительный эксперимент по анализу этой воды с последующей формулировкой предположения и уточнения состава воды в источнике. Получили результат, который не является следствием первоначально поставленных задач.

Таким образом, учащиеся расширили пределы заданной ситуации, действовали вне её требований, выйдя за рамки внешне целесообразной деятельности, и осуществили собственное целеполагание.

Учащимися был найден и отработан надежный алгоритм решения поставленных задач (изменение методики анализа). Дальнейший анализ воды из «Глазного источника» не диктовался утилитарной потребностью решить предложенные задачи, так как погрешность определения показателей качества не превышала в итоге 4%. Для тест-систем погрешность определения допускается и свыше 20%.

Переход к новой проблемной ситуации осуществился после требуемого решения задач, по инициативе самих учащихся, поэтому можно говорить об отсутствии внешнего и внутреннего стимулов их деятельности, а следовательно, и о проявлении ими интеллектуальной инициативы. Этот ничем не стимулированный переход от проблемной ситуации первого уровня деятельности к проблемной ситуации второго уровня свидетельствует о формировании у учащихся интеллектуальной активности.

Успех экспедиции «Саяны-2000» состоит не в апробировании тест-систем, разработанных на базе лаборатории физической химии и изготовленных самими учащимися, не в определении ими шести показателей качества воды вместо пяти. Достижением этой экспедиции является то, что ее участники из группы «Экоаналитики» осуществили собственное целеполагание, которое и позволило получить оригинальный результат, снимающий мистический ореол с явлений, которые раньше представлялись как спонтанные.

Преодоление разрыва между образованием и воспитанием невозможно без рассмотрения этих понятий в органическом единстве. Нельзя ограничивать свою работу лишь составлением программ обучения (ускорения, усложнения и т.д.). Необходимо создавать условия для формирования внутренней мотивации деятельности и системы ценностей, которые создают основу становления духовности личности. История науки и особенно искусства знает массу примеров того, что отсутствие или утрата духовности оборачивались потерей таланта.

ЛИТЕРАТУРА

1. Богоявленская Д.Б., Богоявленская М.Е. Одарённость и проблемы её идентификации // Психологическая наука и образование. — 2000. № 4. — С. 5-13.

2. Богоявленская Д.Б. Интеллектуальная активность как проблема творчества. — Ростов-на-Дону: Издательство Ростовского университета, 1983.

3. Шульгин А.Т. Гидропоника // Химия в школе. — 2000. — № 3. — С. 68-78.

Sample menu:

Шульгин А.Т. Формирование интеллектульной активности личности // Химия в школе. — 2002. — 2. — С. 73-78.