Стаья на тему Математическое моделирование в процессе обучения химии

Никифорова Г.Н., учитель математики
МБОУ «Майская средняя общеобразовательная
школа им. Е.Л.Чистякова МР «Амгинский улус (район)»
Математическое моделирование в процессе обучения химии
Одной из приоритетных задач современного образовательного процесса является его переход от пассивного характера к активному, то есть получение знаний и их накопление, воспитание активной личности, способной к продуктивным решениям. Следовательно, межпредметные связи и реализующие их на практике межпредметные уроки становятся приоритетными в деятельности учителя химии. Сегодня ряд ученых (Дергач М. И., Хрусталев А. Ф., Кузьменко Н.Е., Рыжова О.Н., Белевцова Е. А.) предлагают корректное использование простых арифметических соотношений которые позволять решать химические задачи [2,3] . Метапредметный подход к решению расчётных задач открывает новые возможности в расширении и углублении содержания межпредметных связей. В практической деятельности при решении различных задач необходимо уметь применять весь запас знаний. Активное использование в процессе обучения связей между предметами способствует овладению учащимися обобщенным (метапредметным) умением оперировать знаниями из разных учебных дисциплин. Принцип метапредметности предполагает так же обучение общим (надпредметным) приёмам мыслительной деятельности, которые воспроизводятся при работе с любым предметным материалом [3]. Химию начинают изучать в 8 классе, когда познавательные интересы учащихся в значительной мере ослабевают. Последующее изучение химии на уроках для многих из них протекает не очень успешно. Пониманием и применением понятий ограничено сложившимися рамками школьных дисциплин: проценты изучают на уроке математики, а на уроке химии не могут их применить; орфографические правила используют в диктанте, но не в ответах на письменном зачете по химии. Данную проблему мы стали поднимать с 2003 года. Как помочь восьмикласснику понять новый предмет, с помощью уже приобретенного опыта на уроках математики? Как научить учащегося не бояться противоречий – одно из существенных качеств, творческого ума? Только тот, кто решается соединить в своем сознании противоречащие мысли, признавая истинность каждой из них и оперируя сразу обеими, может открыть новые пути в науке. Гипотеза, касающаяся минимальной совокупности правил вывода, формулируется следующим образом: если две задачи (математическая и химическая задачи) имеют одно и то же решение и если они предполагают две минимальные совокупности правил вывода, такие, что совокупность для первой задачи включена в совокупность для второй задачи, то тогда первая задача является более легкой по сравнению со второй. В настоящем исследовании, в качестве первой выступала классическая математическая задача, в качестве второй – химическая задача – более трудной. В эту задачу введены дополнительные ограничения, делающие минимальную совокупность правил вывода более значительной (т.е. включающую в себя минимальную совокупность правил вывода математической задачи). Что касается второй цели, то в случае, когда новая (химическая) задача оказывается значительно трудной, чем классическая задача, то задача химическая приобретает статус теста на уровень развития (при условии сопоставления ее с классической математической задачей). В основной школе, в которой происходит становление субъекта учебной деятельности, способного и готового к системному применению универсальных учебных действий в разных комбинациях адекватно ситуации, возможность учебного экспериментирования в области моделирования образовательной среды; самостоятельного проектирования средств и условий учебной деятельности и общения, включая их индивидуализацию [6]. Если выполняемая деятельность находится в зоне оптимальной трудности, то есть в пределах возможностей ученика, то она приводит к развитию его способностей. Такую деятельность в психологии называют зоной потенциального развития (Л.С. Выготский). Деятельность, не находящаяся в этой зоне, в меньшей степени ведет к развитию способностей [5]. Поддерживать интерес к деятельности необходимо через стимулирующую мотивацию, являющуюся актуальной потребностью для самого ребенка. Результаты многолетних психологических исследований показали, что у учащихся 8-9 классов хорошо развито образное и пространственное мышление, тогда как абстрактное мышление в достаточной степени еще не сформировано. Следовательно, учащиеся могли бы активно познавать химию как образную дисциплину, объясняющую фундаментальные явления окружающего мира. Изучив уровни активности детей, можно ответить на вопрос: почему в образовательных учреждениях постепенно падает интерес к изучению химии? Причина в том, что к 14-15 годам - формируется третий уровень активности. По данным Г. И. Щукина [10] это творческая активность, которая является высшим уровнем, поскольку ученик ставить и саму задачу, и самостоятельно избирает пути её решения. Показатели творческой активности даны в характеристике творчества в психологии: новизна, оригинальность, отход от шаблона, нарушение традиций, нестандартность, неожиданность, целесообразность [5]. А вот проявить свой творческий потенциал обычная школьная программа не позволяет: в основном изучение химии носит описательных характер, свойственный для первого – второго уровней активностей. Учитель должен развить интерес к предмету через активную познавательную деятельность. Структуру учебной деятельности учащихся, а также основные психологические условия и механизмы процесса усвоения на сегодняшний день наиболее полно описывает системно - деятельностный подход, базирующийся на теоретических положениях Л.С. Выготского, А.Н. Леонтьева, Д.Б. Эльконина, П.Я. Гальперина, В.В. Давыдова, А.Г. Асмолова, В.В. Рубцова [1,7,8,9]. Содержание курса химии и математики имеют широкие межпредметные взаимосвязи с содержанием других школьных дисциплин. Проведение межпредметных уроков – давняя традиция отечественной практики обучения химии, в условиях введения ФГОС [7] роль таких уроков еще более возрастает. Нами проведен сравнительный анализ качества выполнения учащимися Майской СОШ имени Е.Л. Чистякова Амгинского улуса контрольных работ по математике, проведенных в 5, 6, 7, 8 и 9 классах за несколько лет по определенным темам и степень их обученности по химии. Для проверки заложенности математических умений и навыков взяты следующие темы: 5 кл.-«Сложение, вычитание, умножение, деление натуральных чисел и дробей с одинаковыми знаменателями», «Решение уравнений», «Упрощение выражений», «Действия с десятичными дробями», «Процент». 6кл.-«Нахождение наибольшего общего делителя, наименьшего общего кратного чисел», «Умножение дробей», «Пропорция», «Решение уравнений». 7кл.-« Степень с натуральным показателем». 8кл.-«Преобразование алгебраических дробей», «Функция у = х», «Решение квадратных уравнений», «Запись стандартного вида числа». 9кл.-«Решение системы уравнений». Математическая составляющая химических задач достаточно разнообразна. Нами было установлено, что при решении химических задач - на вычисление массы, объема количества вещества, на расчет массовой доли элементов в веществе, постановку индексов и коэффициентов, на составление химических уравнений и их решении, на растворы - ученики должны знать и уметь применять из курса математики такие темы: 5кл –«Порядок выполнения действий», «Уравнение», «Доли», «Проценты», «Приближенные значения чисел. Округление чисел»; 6кл– «Наименьшее общее кратное», «Нахождение числа по его дроби», «Дробные выражения», «Пропорция», «Прямая и обратная пропорциональные зависимости», «Действия с рациональными числами»; из алгебры 7кл – «Степень с натуральным показателем»; 8кл – «Преобразование алгебраических дробей», «Решение квадратных уравнений», «Запись стандартного вида числа»; 9кл - «Решение системы уравнений». Нами изучены и определены основные типы химических задач, рассматриваемые при изучении предмета химии, а также разработаны инструкции решения химических задач для учащихся. Мы рассмотрели последовательность совместных действий учителя и учащихся при решений задач по химии. Как показало исследование, включение в содержание расчетных задач по химии метапредметных УУД приводит к ряду важных педагогических результатов. Значительно возрастает число доступных для учащихся вариантов действия при решении задач. На качественно новом уровне решается задача индивидуализации и дифференциации учебы учащегося через метапредметные связи. Как показало проведённое нами исследование, при формировании понятий лучше опираться на метапредметные универсальные учебные действия. На основе рассуждения [3] выводится математическая модель или формула, позволяющая сократить время, необходимое для решения задачи. В практической деятельности при решении различных задач необходимо уметь применять весь запас знаний. Активное использование в процессе обучения связей между предметами способствует овладению учащимися обобщенным (метапредметным) умением оперировать знаниями из разных дисциплин. Принцип надпредметности предполагаем также обучение общим (надпредметным) приёмам мыслительной деятельности, которые воспроизводятся при работе с любым предметным материалом. С помощью математических методов не только решают задачи. При этом математические понятия необходимо использовать корректно. С методом математического моделирования учащиеся сталкиваются еще в начальной школе: при решении любой задачи сначала записывают её условие, а затем решают её, переводя на язык математических знаков и формул. В старших классах математическое моделирование применяют для решение задач по биологии, физике, химии. Каждый учителем химии, замечает, что значительная часть учеников испытывает затруднения в решении задач. В чём причина? Она, на наш взгляд, состоит в том, что задачи по химии являются комплексными и для их решения учащиеся должны обладать системой знаний и умений, формирование которой планомерно осуществляется на протяжении изучения всего курса химии, начиная с 8-го класса. Чтобы научиться решать задачи, учащиеся должны овладеть целым рядом понятий. Так же большую роль играет усвоение материала по математике. Для мотивации познавательной деятельности учащихся необходимо закрепить умения решать системы уравнения, научиться применять знания по математике при решении задач по химии. Расчётная задача по химии – это логически организованный материал для обучения и проверки знаний учащихся в соответствии с изучаемой темой. Исходя из этого определения, мы вычленяем две основные части любой расчётной задачи: теоретическую, требующую анализа и расчётную, основанную на использовании логических приемов: анализа, синтеза, абстрагирования, преобразование и вычислительных умений. Для того чтобы решить расчётную задачу, необходимо знать не только способы решения типовых задач, общие формулы для их решения, основные законы химии, но и взаимосвязи между составом, строением, свойствами, применением и получением веществ, их эколого-химические характеристики. Важное требование к решению задач – предварительное изучение условия. Собранные в ходе исследования факты позволяют сделать выводы: 1.Нами изучены и определены основные типы химических задач, рассматриваемые при изучении предмета химии, а также разработаны инструкции решения химических задач для учащихся. Мы рассмотрели последовательность совместных действий учителя и учащихся при решении задач по химии. 2. Проанализировав данные классных журналов с 2005 по 2016 учебный год нами было установлено, что средний балл по математики в четвертых классах составил -3.8 балла. Наблюдается удовлетворительное усвоение учебного материала по темам, которые используются в решении задач по химии. Очень низкое усвоение материала в 9 классе по теме «Системы уравнений», средний балл составляет 2.6. Так же было установлено, что средний балл обученности по химии в 8, 9 классах за три года стабилен -3.4 балла. 3. Как показало исследование, включение в содержание расчетных задач по химии метапредметных УУД приводит к ряду важных педагогических результатов. Значительно возрастает число доступных для учащихся вариантов действия при решении задач. На качественно новом уровне решается задача индивидуализации и дифференциации учебы учащегося через метапредметные связи. Заметим, что если все педагоги уже с 5 класса будут формировать действие сравнения в рассмотренной логике, то к 8 классу школьники, скорее всего, научатся сравнивать. Тогда учителю химии, опираясь на результаты работы своих коллег, останется лишь развить данное действие на химическом материале. 4.Проведённое нами исследование показало, что при формировании понятий лучше опираться на метапредметные универсальные учебные действия.
Литература.
Давыдов В.В. Теория развивающего обучения. М.: ИНТОР,1996.
Деркач М. И., Хрусталев А. Ф., Миленко Н.Н. М. В. Ломоносов и математическая химия //Химия в школе.-2011.-№9-С.30-35.
Деркач М. И., Хрусталев А. Ф. О метапредметном подходе к решению задач //Химия в школе.-2014.-№3-С.51-57
Кузьменко Н.Е., Рыжова О.Н., Белевцова Е. А. Математическая составляющая конкурсных химических задач// Химия в школе. – 2014, -№6 – С.47-53.
Немов Р. С. Психология: учебник для студентов высших педагогических учебных заведений: В 3 кн. – М.: Гуманитарный центр ВЛАДОС, 2001.- Книга 1:
Проектные задачи в начальной школе: пособие для учителя /А. Б. Воронцов, В. М. Заславский, С. В. Егоркина и др.; под ред. А. Б. Воронцова. М.: Просвещение,2011.
Федеральный государственный образовательный стандарт основного общего образования /М-во образования и науки Рос. Федерации. – М.: Просвещение, 2011.
Формирование универсальных учебных действий в основной школе: от действия к мысли. Система заданий: пособие для учителя/ А. С. Асмолов, Г. В. Бурменская, И. А. Володарская и др; под ред. А. Г. Асмолова. М.: Просвещение, 2011.
Фундаментальное ядро содержания общего образования. /Под редакцией В.В. Козлова, А. М. Кондакова. М.; Просвещение,2011. С.7
Щукина Г. И. Активизация познавательной деятельности учащихся в учебном процессе. М.: Просвещение, 1979.
Эльконин Д.Б. Введение в психологию развития. М.: Тривола, 1994.
Эльконин Д.Б. Некоторые аспекты психического развития в подростковом возрасте //Психология подростка./Под ред Ю.И. Фролова. М.: Роспедагенство, 1997 – С. 313-320.