Sample menu:

Содержательное ядро
дополнительной образовательной программы «Гидропоника»

В настоящее время образовательный процесс во внеурочной системе (системе дополнительного образования детей) осуществляется в соответствии с дополнительной образовательной программой.

Б.С.Клейнер, освещая вопрос о соотношении программного и внепрограммного материалов на внеурочных занятиях по химии, отмечает, что связь с программой по химии должна состоять не в расширении круга занятий, предусмотренного общеобразовательным стандартом, а в увеличении лишь количества наблюдений, сообщении дополнительных фактов, способствующих формированию этих понятий. Однако он замечает, что некоторые практические работы старшеклассников могут выходить за рамки общеобразовательного стандарта.

В связи с этим появляются расхождения с нормативными документами, определяющими правила по технике безопасности для кабинетов химии, а также с типовым перечнем химических реактивов и оборудования для общеобразовательных школ. Для разрешения этих противоречий требуется организация химической лаборатории для проведения внеурочных занятий по химии. Учебный процесс в ней должен осуществляться с соблюдением СанПиН 2.4.4.1251-03.

Критерии отбора учебного материала
для создания дополнительной образовательной программы «Гидропоника»

Необходимым условием проявления «интеллектуальной инициативы» старшеклассниками является наличие у них положительного эмоционального отношения к своей деятельности.

Б.С.Клейнер отмечал, что многих старшеклассников к изучению химии привлекают признаки протекания химических реакций при получении веществ, их очистке и само коллекционирование веществ. Одним из целесообразных направлений первого года обучения Б.С.Клейнер считает препаративную химию. При этом у школьников должна выработаться философия, что синтез веществ – это не дело случая, основанного на догадках и аналогиях, он имеет твёрдую теоретическую основу, осуществляемую планомерно.

Деятельность старшеклассников должна состоять из блоков, чтобы результаты, полученные в каждом из них, представляли некоторый практический интерес.

Отбора материала при составлении содержательного ядра дополнительной образовательной программы осуществлялся по следующим принципам:

  1. Для развития мотивации старшеклассников к дополнительным занятиям по химии их деятельность должна иметь практическую направленность, базироваться на достаточно большом экспериментальном материале.
  2. Приближение деятельности старшеклассников на дополнительных занятиях к профессиональной. Однако деятельность старшеклассников не должна базироваться на чисто научных задачах, т.к. подключение их к полноценным исследованиям приводит к тому, что, погрузившись в научную среду, они чаще всего превращаются в исполнителей, производящих операции, суть которых, как правило, им не ясна.
  3. Практическая деятельность старшеклассников не должна требовать применения сложного оборудования и труднодоступных реактивов.
  4. Учебный процесс должен осуществляться с соблюдением СанПиН 2.4.4.1251-03.

Двухслойная система задач, наиболее полно охватывающая все аспекты формирования творческих способностей старшеклассников, нами была связана с выращиванием растений без почвы. Программа нами была образно названа «Гидропоникой».

Следует отметить, что некоторый опыт использования во внеурочной работе тематики, связанной с выращиванием растений на искусственных средах уже описан в методической литературе. Однако он связан с ботаническим и сельскохозяйственным аспектами проблемы: основная задача заключается в установлении связи между дефицитом того или иного элемента питания и развитием растений. При этом химическая сторона работы почти не затрагивается. Выращивание растений без почвы в плоскости химии представлено пересечением трёх областей: состав питательных растворов; контроль качества воды, используемой для приготовления питательных растворов; состав сред для исследования органогенеза растений.

Первый и второй годы обучения в разработанной дополнительной образовательной программе связан с методами препаративной химии. Элементы питания растений делятся на две группы: макроэлементы и микроэлементы. К последним относятся, прежде всего, железо, марганец, бор, цинк, медь, кобальт и молибден.

На первом году обучения старшеклассники получают вещества, содержащие микроэлементы, из доступных материалов: сульфаты марганца(II) и цинка из отработанной батарейки, соли железа и молибдена из лома инструментальной стали и т.д.; выполняют простейшие аналитические операции с целью установления качественного состава полученных веществ. Синтезы веществ многостадийны, приближены к профессиональной деятельности химика, но не требуют сложного оборудования.

Второй год обучения связан с получением веществ, содержащих макроэлементы питания растений. На этом этапе старшеклассник осуществляет выбор растения, которое требовательно к составу питательного раствора. Готовит питательные растворы для одной и той же культуры из различных солей. Параллельно старшеклассники расширяют свои знания в области биологии, в частности, изучают основные вопросы физиологии растений.

Методологической основой обучения старшеклассников на первом и втором годах обучения является учение о генетической связи веществ. На втором году обучения методологическим принципом также является теория электролитической диссоциации.

На третьем году обучения основное внимание уделяется вопросам аналитической химии. Старшеклассники овладевают основными методами количественного анализа водных растворов неорганических соединений. Методологической основой обучения старшеклассников на третьем году обучения являются учения о скорости химических реакций и химическом равновесии.

Четвёртый и последующие годы обучения связаны преимущественно с биохимическим направлением тематики: исследование органогенеза растений на питательных средах, синтез ауксинов и цитокининов, и т.д.

Оценка деятельности старшеклассников
при рассмотрении интеллектуальной активности
как синонима интеллектуальной деятельности и её тонуса

В зависимости от целей, которые ставит перед собой педагог, соответствующими будут и средства достижения этих целей. Рассматривая интеллектуальную активность как синоним деятельности, достаточно при её формировании обеспечить операциональную сторону деятельности, способы и средства её осуществления: знания и умения.

В трудах отечественных методологов и историков химии В.И.Кузнецова, В.С.Вязовкина и др. показано, что концептуальные системы химии выступают в качестве теоретических основ решения двуединой проблемы этой науки: получение веществ с заданными свойствами, на достижение чего направлена производственная деятельность человека, и выявление способов управления свойствами вещества, на реализацию чего направлена его познавательная теоретическая деятельность.

В когнитивной психологии для описания процессов формирования человеком целостного образа мира используется понятие «конструкт». Под конструктом понимают субъективное средство, созданное самим человеком, проверенное им на практике, помогающее ему воспринимать и понимать окружающую действительность, прогнозировать и оценивать события. Система теоретических конструктов представляет собой свёрнутые функциональные зависимости, отражающие познанные закономерности предметной деятельности. Конструкт представляет собой единство теоретического содержания и формы его материализации, т.е. знака (текста, формулы, графического изображения).

Современную картину химических знаний объясняют с позиции четырёх концептуальных систем, которые схематично можно представить в виде:

4. Эволюционная химия

3. Учение о химических процессах

2. Структурная химия

1. Учение о составе

1660-е гг.1800-е гг.1950-е гг.1970-е гг.Наст. время

Качественный рост знаний в химии, последовательный переход от одной концептуальной системы к другой, более совершенной, опирался на предыдущие достижения, сохраняя в себе всё необходимое для дальнейшего развития. Концептуальные системы химии оперируют следующими зависимостями (фундаментальными конструктами):

  1. Свойства вещества зависят от его химического состава и строения.
  2. Химический процесс детерминируется составом и строением реагирующих веществ, а также условиями их взаимодействия.
  3. Процесс химической самоорганизации детерминируется организацией реакционной системы.

Каждому фундаментальному конструкту соответствует подсистема специальных конструктов, позволяющая реализовать его содержание. В эту подсистему входят специальные конструкты двух видов: химические эффекты и количественные отношения.

Химические эффекты, помогающие человеку воспринимать, понимать, прогнозировать и оценивать качественные стороны его химико-преобразовательной деятельности, подразделяются на три группы:

  1. Эффекты изменения химического состава или химического строения компонентов материальной системы.
  2. Эффекты, возникающие вследствие прохождения в системе химической реакции.
  3. Эффекты, появляющиеся вследствие прохождения в системе химической самоорганизации.

По содержанию специальных конструктов все количественные отношения, описывающие химико-преобразовательную деятельность можно также подразделить на три группы:

  1. Количественные отношения, описывающие связи между различными физическими величинами, характеризующими состав и свойства материальной системы.
  2. Количественные отношения между реагирующими веществами и продуктами реакции.
  3. Количественные отношения, описывающие кинетические и равновесные отношения между реагирующими веществами и продуктами реакции.

Освоение фундаментальных конструктов химико-преобразовательной деятельности

Рассмотрим освоение старшеклассниками фундаментальных конструктов химико-преобразовательной деятельности на примере получения пентагидрата сульфата марганца(II) (Тема1 Iгода обучения) из активной смеси отработанной батарейки (марганцево-цинковый химический источник тока, элемент Лекланше).

В табл.1 приведены примеры некоторых химических эффектов, реализующих фундаментальные конструкты. Уже в рамках первой темы первого года обучения предоставляется возможность раскрыть ведущие идеи и отдельные положения, важные в познавательном и мировоззренческом отношениях, которые указанны в обязательном минимуме содержания основного общего образования по химии.

Таблица1
Примеры химических эффектов, характеризующих фундаментальные конструкты

Фундаментальный конструкт

Химический эффект

Примеры

Свойства вещества зависят от его химического состава и строения.

Изменение кислотно-основных свойств.

Понижение степени окисления марганца с +4 до +2 для:

  1. Осуществления разделения смеси угля и пиролюзита,
  2. Для повышения выхода продукта реакции.

Изменение растворимости.
  1. Повышение степени окисления железа с +2 до +3 для проведения дробного осаждения гидроксида железа(III) в процессе очистки раствора сульфата марганца(II) от соединений железа.

Изменение оптических свойств.
  1. Окрашивание раствора, образовавшегося в результате растворения осадка при дробном осаждении в азотной кислоте, в красный цвет при добавлении роданид-ионов вследствие образования комплексов железа(III). Качественная реакция на железо.
  2. Окрашивание раствора, содержащего ионы марганца(II), в фиолетовый цвет при добавлении к нему оксида свинца(IV) и азотной кислоты вследствие образования перманганат-ионов. Качественная реакция на марганец.

Химический процесс детерминируется составом и строением реагирующих веществ, а также условиями их взаимодействия.

Выделение тепла.
  1. Разогревание реакционной массы при добавлении концентрированного раствора серной кислоты к взвеси активной смеси в воде.
  2. Разогревание реакционной массы при добавлении раствора сульфита натрия к взвеси активной смеси в растворе серной кислоты.

Образование новой фазы.
  1. Дробное осаждение гидроксида железа(III).
  2. Осаждение карбоната марганца(II).
  3. Выделение углекислого газа.
  4. Выделение кислорода при понижении степени окисления марганца для повышения выхода продукта реакции.

Зависимость скорости химической реакции от температуры.

Нагревание реакционной массы для ускорения:

  1. разложения гидрокарбоната марганца(II),
  2. образования перманганат-ионов (качественная реакция на марганец).

Процесс химической самоорганизации.

Рост кристаллов.

Переход открытой неравновесной системы от менее к более упорядоченной форме:

  1. рост кристаллов пентагидрата сульфата марганца (II) в процессе испарения воды при комнатной температуре.

Конструкты, описывающие количественные отношения:

  1. Определение относительной массы структурной частицы вещества и её аддитивное свойство.
  2. Определение количества вещества.
  3. Определение молярной массы.
  4. Массовая доля компонентов в системе.
  5. Растворимость.
  6. Плотность раствора.

Примеры описывающих количественные отношения конструктов, которые применяются старшеклассниками в рамках темы1 Iгода обучения:

  1. Объём воды, необходимый для растворения сульфита натрия.
  2. Масса гидрокарбоната натрия для осаждения карбоната марганца(II).

Из приведённых примеров следует, что старшеклассники практически полностью овладевают в рамках темы1 Iгода обучения фундаментальными и специальными конструктами, которые позволяют им воспринимать и понимать химико-преобразующую деятельность, прогнозировать и оценивать результаты этой деятельности.

Для обобщения знаний старшеклассников по первой теме следует разобрать с ними блок-схему их химико-преобразующей деятельности (рис.1).

Рис.1. Блок-схема получения пентагидрата сульфата марганца(II) из отработанного марганцево-цинкового источника электрического тока. Мария Дмитриевна Сорока, обучающаяся ГБОУ «Лицей «Вторая школа»

Оценка деятельности старшеклассников
при определении интеллектуальной активности
через интеллектуальную инициативу

Если интеллектуальная активность понимается как продолжение познавательной деятельности за пределами заданной ситуации, то в учебной деятельности старшеклассников выделяются два слоя.

Первый уровень – исполнительский, когда самая добросовестная и энергичная работа старшеклассника остаётся в рамках заданного или первоначально найденного способа действия. Исполнительский уровень не означает отсутствие умственной деятельности, а означает то, что эта деятельность каждый раз определяется действием какого-то внешнего стимула. Это не состояние бездеятельности, не стремление избежать умственного напряжения. У одних старшеклассников новая деятельность вызывает интерес и доставляет удовольствие, которое не иссякает на протяжении всего периода обучения. У других старшеклассников эта деятельность вызывает бурный интерес, пока она «нова». Как только они овладевают этой деятельностью, и она становится для них монотонной, интерес у них иссякает и интеллектуальную деятельность уже ничто не стимулирует.

Единое качество рассматриваемого уровня деятельности старшеклассников заключается в отсутствии интеллектуальной инициативы. В этом случае после усвоения определенного уровня знаний и овладении соответствующими умениями интеллектуальная деятельность трансформируется в интеллектуальные операции. Трудностей больше нет. Достижение высокого уровня профессионализма становится самым высоким психологическим барьером для продолжения анализа объекта мышления. Это происходит, когда осуществляется не познавательная деятельность, а решение задач на уровне познавательного действия, когда старшекласснику важна в первую очередь успешность выполнения задания, достижения определённого результата, соблазна «блеска». В этом случае появляется страх вследствие отступления от уже найденного надёжного алгоритма действия.

Второй уровень – инициативный. Старшеклассники на этом уровне отличаются проявлением интеллектуальной инициативы, не стимулированной ни внешними факторами, не субъективной оценкой неудовлетворённости результатами деятельности. Имея высокий уровень профессионализма, старшеклассник продолжает анализировать состав, структуру своей деятельности, сопоставляет между собой отдельные задачи, что приводит к выявлению скрытых закономерностей, которые содержит вся система задач, но открытие которых не требуется для их решения.

Рассмотрим это на примере системы из двух задач: получение сульфатов марганца(II) и цинка из отработанной батарейки.

На первом этапе получения сульфата марганца(II) производится очистка активной смеси из отработанной батарейки от соединений цинка. Для этого к ней добавляют хлорид аммония. Старшеклассники убеждаются в присутствии соединений цинка в активной смеси по образовавшемуся белому осадку гидроксохлорида цинка в фильтрате.

В дальнейшем производится очистка соединений марганца от соединений железа дробным осаждением. Аналитическими реакциями старшеклассники доказывают, что соединения железа в результате дробного осаждения были отделены от сульфата марганца(II): определяется наличие железа в осадке на фильтре и доказывается отсутствие его в маточном растворе сульфата марганца(II). Если дробное осаждение железа было произведено некачественно, то полученный препарат сульфата марганца(II) со временем приобретает ржавую окраску. Если же очистка активной смеси от соединений цинка была недолжной, то по внешнему виду готового препарата сульфата марганца(II) это определить не возможно.

Во второй теме старшеклассники подтверждают качественный состав препарата, полученного из цинкового стаканчика батарейки, т.е. изучают качественные реакции на цинк. Программой же не предусмотрено качественное определение цинка в маточном растворе сульфата марганца(II), но, самое главное, при разработке методики качественного обнаружения цинка не изучается вопрос о мешающем действии ионов марганца(II) на качественную реакцию на цинк.

После качественного подтверждения состава сульфата цинка старшеклассникам предлагается третья тема. Однако старшеклассники, для которых познавательная деятельность личностно значима, предлагают выделить занятие для разработки методики качественного определения цинка в маточном растворе сульфата марганца(II).

Ещё более высокий уровень познавательной деятельности, когда старшеклассники после качественного обнаружения цинка во всех имеющихся маточных растворах сульфата марганца(II) делают обобщение о влиянии примеси цинка на форму кристаллов кристаллогидрата сульфата марганца(II).

Старшеклассники, вышедшие на инициативный уровень интеллектуальной деятельности, каждую найденную новую закономерность (свою идею) оценивают и переживают как совершённое небольшое открытие, как творческую находку.

* * *

Для реализации дополнительной образовательной программы «Гидропоника» была разработана методическая система, представляющая собой совокупность взаимосвязанных друг с другом структурно-функциональных компонентов:

целевой: формирование творческих способностей старшеклассников;

содержательный: изменение интересов и мотивов у старшеклассников, определяющих причину выполнения познавательной деятельности; формирование у старшеклассников отношения к познавательной деятельности как к самостоятельной ценности;

технологический:

результативно-оценочный: