%0 
%A Миренкова, Е. В.
%A Давыдов, В. Н.
%A Гавронская, Ю. Ю.
%T Формирование умений работать со знаково-символическими средствами при обучении химии
%D 2023
%X Принцип наглядности, теоретически обоснованный и подробно раскрытый еще в XVII в. Я. А. Коменским, и в наши дни остается важнейшим дидактическим принципом [Осмоловская, 2009]. Однако с момента его провозглашения понимание принципа значительно расширилось. Изучение предметов и явлений окружающей действительности посредством органов чувств позволяет накопить лишь определенный эмпирический опыт. Этот опыт заключается в фиксировании состояния, свойств и поведения объектов на макроуровне, доступном чувственному восприятию. Приобретаемые эмпирические знания должны дополняться знаниями теоретическими и вскрывать причины наблюдаемых изменений, устанавливать связи между отдельными объектами и составляющими их структурными элементами, прогнозировать поведение объектов при воздействии на них различных факторов и пр. То есть данные, полученные при чувственном восприятии, служат основой, отправной точкой для дальнейшего логического рассуждения, производства выводов и их обоснования. Научить школьников рациональному мышлению возможно только при грамотном руководстве наблюдением со стороны учителя. Не случайно в дидактике так подробно разработаны вопросы сочетания слова с наглядностью. Необходимо учитывать и то, что натуральные объекты - не единственный источник достоверного познания. Накопленный опыт человечество передает последующим поколениям посредством слова, как устного, так и письменного. Основным информационным ресурсом ученика выступает школьный учебник. Кроме того, сфера чувственного познания имеет объективные ограничения. Существует целый ряд объектов, недоступных для непосредственного чувственного восприятия и изучения. В химии это атомы, ионы, молекулы, законы микромира. Для облегчения усвоения материала в учебном процессе широко применяются самые разные иллюстративные изображения: рисунки, модели, схемы, чертежи и пр. В современной образовательной практике к ним добавляются и цифровые ресурсы. То есть совокупность наглядных средств, применяемых при обучении химии, необычайно разнообразна [Миренкова, 2017]. Применение наглядности в учебном процессе - не самоцель. Визуальные изображения должны способствовать приобретению знаний и развитию мышления школьника, служить средствами познания. Это их важнейшая функция в учебной деятельности. Умения работать со знаково-символическими средствами являются универсальными умениями. Однако содержание каждого предмета специфично, также достаточно специфичны и применяемые для его освоения наглядные средства. В психолого-педагогической литературе с учетом места и доминирующей роли наглядных средств выделены следующие виды знаково-символической деятельности: ▪ замещение, ▪ схематизация, ▪ кодирование (декодирование), ▪ моделирование [Салмина, 1988, с. 79]. Психологами определены и составляющие знаково-символической деятельности (по мере усложнения): ▪ различение двух планов - обозначаемого и обозначающего; ▪ определение типа связи между указанными планами; ▪ владение алфавитом и правилами работы с ним, то есть умение кодировать информацию; ▪ владение правилами перевода реальности на знаково-символический язык (умение построить заместитель); ▪ оперирование, преобразование и видоизменение знаково-символических средств [Салмина, 1988, с. 101-102]. Кодирование информации, построение визуального образа объекта, оперирование знаково-символическим изображением характеризуют как собственно моделирование. Именно к нему приковано пристальное внимание в педагогической теории и практике. Хорошо видно, что для того, чтобы школьник овладел умением моделировать, предварительно он должен осознать суть и овладеть умениями замещения и кодирования. Это необходимо учитывать при формировании знаково-символических умений. Раскроем методику формирования знаково-символических умений средствами предмета «химия», вычленив из многочисленных применяемых в обучении визуальных изображений изображения только знаков химических элементов, химических формул и уравнений химических реакций. Это химическая символика. В данном материале не будем касаться изображений пиктографического и идеографического рядов, реалистических, анимационных и пр. Наш выбор обусловлен той особой частью предметного содержания, которая получила название «язык химической науки», или «химический язык». Это формальный язык, выработанный человечеством для емкого, сжатого отображения состава веществ и протекающих химических процессов. В методике обучения химии язык химии с его наиболее специфической частью - химической символикой, выделяют в качестве самостоятельной дидактической единицы, подлежащей усвоению. В методическом плане при формировании умений школьников работать со знаково-символическими средствами необходимо учитывать следующие важные положения. 1) Генетическую связь химического и естественного языков и подчиненность первого второму. Естественный язык возник гораздо раньше языка химического, являющегося «продуктом» развития и унификации научного знания. 2) Поскольку химия изучает объективный мир, вещества и их превращения, необходимо тесно увязывать химический язык с объектами и явлениями окружающей действительности. 3) Химический язык и его составляющие не должны изучаться изолированно, вне их взаимосвязи и вне связи с другими компонентами знаний. 4) Последовательность включения символических изображений в учебный процесс следующая: знаки химических элементов - химические формулы - уравнения химических реакций. 5) Формирование умений школьников работать со знаково-символическими средствами осуществляется поэтапно. Успешность этого процесса на каждом последующем этапе зависит от того, насколько эффективно школьники уяснили суть знаково-символических изображений и научились оперировать ими на предыдущем этапе. Организация работы со знаками химических элементов. Подобно естественному языку, алфавитом химической науки выступают знаки химических элементов. На сегодняшний день все известные 118 химических элементов получили свое название и обозначение. Школьный вариант Периодической системы химических элементов, содержащий обозначения и названия элементов, общие формулы оксидов и летучих водородных соединений, можно считать простейшим «Химическим букварем». С первых уроков химии школьники должны четко усвоить, что их окружает объективная реальность - материальный мир, построенный из множества атомов химических элементов, для обозначения которых человек использует специальные символы - знаки химических элементов. Обозначение реально существующих в природе атомов одинаковым знаком означает их принадлежность к одному и тому же химическому элементу. Из большого многообразия химических элементов в школе наиболее подробно рассматриваются далеко не все, а только самые распространенные, образующие практически значимые соединения. Школьник должен научиться: записывать, произносить, истолковывать знаки, переходить от знака к названию и наоборот. Типы заданий для формирования этих умений следующие. Пример 1. Прочитайте следующую запись (произнесите вслух): H, O, N, Na, C, Ca, Cl, S, Si, F, Fe, Mg, Mn … Пример 2. Запишите в виде условных обозначений: один атом фосфора, два атома калия, атом алюминия, пять атомов хрома… Пример 3. На рисунке изображены модели молекул некоторых веществ. Сколько видов атомов входит в состав молекул? Есть ли элемент, который встречается в составе каждой молекулы? Каково его условное изображение? Рис. 1. Модели молекул к примеру 3 Пример 4. Химический элемент кислород образует простое вещество, а также входит в состав многих сложных веществ. Найдите на рисунке модели молекул кислорода О2, озона О3, углекислого газа СО2, воды Н2О, уксусной кислоты СН3СООН, пероксида водорода Н2О2. Объясните свой выбор. Рис. 2. Модели молекул к примеру 4 Последние задания подготавливают школьника к оперированию химическими формулами. Организация работы с изображениями химических формул веществ. Умения оперировать химическими формулами соединений разнообразны и усложняются по мере изучения предмета. На самом первом этапе они включают: умения читать, записывать, анализировать и истолковывать (в том числе указывать качественный и количественный состав) химические формулы, производить расчеты массовой доли элемента в веществе. Приведем примеры типовых заданий для формирования этих умений. Пример 5. Прочитайте (произнесите вслух): N2, CO2, HNO3, NaOH, K2SO4 ….. Пример 6. Как называются и что обозначают цифры после знаков химических элементов в химических формулах? Поясните это на примере соединения состава СН4 (метан). Пример 7. Составьте химическую формулу фосфорной кислоты, зная, что в составе ее молекулы три атома водорода, один атом фосфора и четыре атома кислорода. Пример 8. Состав хлорофилла а (зеленого пигмента растений) отображается формулой C55H72O5N4Mg. Охарактеризуйте качественный и количественный состав этого соединения. Пример 9. Распределите вещества, модели которых приведены на рисунке (задание 4), на простые и сложные. Пример 10. Распределите вещества, формулы которых приведены ниже, на простые и сложные: SO3, P4, HCl, Cl2, LiNO3 … Выполнение заданий 9 и 10 в «связке», то есть применение знаковых моделей и изображений натуральных моделей, работает на достижение следующих целей: а) осознание того, что для одного обозначаемого могут использоваться разные обозначающие, выбор которых зависит в том числе от удобства применения, б) более осознанное различение двух планов: обозначаемое - обозначающее, в) установление прочных взаимосвязей между формой и содержанием. Пример 11. Растения на вашем участке испытывают недостаток азота. Какое удобрение предпочтительнее купить для восполнения дефицита: аммиачную селитру NH4NO3 или кальциевую селитру Ca(NO3)2? Докажите это количественными расчетами. На следующем этапе школьники знакомятся с правилами составления химических формул. Для этого привлекают понятия либо валентности, либо степеней окисления и зарядов частиц. Только прочное и осознанное владение химическим алфавитом, знание и четкое соблюдение алгоритма деятельности по составлению химических формул позволяют строить знаковые заместители химических соединений, кодировать (и декодировать) информацию. При изучении химической связи оперируют электронными формулами соединений. В органической химии используются структурные (графические) формулы молекул, атомно-орбитальные схемы, отражающие пространственное строение соединений. То есть на каждом последующем этапе содержание знаково-символической деятельности расширяется и усложняется. Организация деятельности школьников по работе с уравнениями химических реакций. Аналогично деятельности по составлению и оперированию химическими формулами, действия школьников со знаково-символической наглядностью на уровне химических реакций должны пройти этапы: осознания и различения двух планов, определения типа связей между ними, овладения умениями построения заместителей реальности (умениями составления уравнений химических процессов), распознавания информации на этапе декодирования, извлечения из знаково-символических изображений новой информации. Игнорирование начальных этапов не позволит выйти на уровень осознанного и грамотного использования знаково-символической наглядности в качестве инструмента познания. Недопустима и остановка на этапе кодирования-декодирования информации, без выхода на более высокий уровень, уровень моделирования, предполагающий открытие нового. Типы и модели применяемых заданий здесь очень разнообразны [Миренкова, 2017]. Обучающимся необходимо показать, что уравнения химических реакций - не единственные визуальные средства, позволяющие выполнять функцию замещения реальности. Отображать химические процессы можно посредством и иных графических форм, а также с привлечением натуральной наглядности - объемных или шаростержневых моделей молекул. Однако только химический язык демонстрирует наглядную связь реальных веществ и явлений с теорией, которая их объясняет. Знаковый способ отображения знаний позволяет обобщать и сжимать информацию, выделять сущность в эмпирических фактах, облегчает поиск закономерностей. Приведем пример задания, демонстрирующего эквивалентность форм при отображении единого содержания. Пример 12. Процесс синтеза воды из простых веществ можно отобразить поразному: а) При взаимодействии двух молекул водорода и одной молекулы кислорода образуются две молекулы воды. б) Рис. 3. Образование молекул воды в) 2Н2 + О2 → 2Н2О г) Процесс синтеза воды можно смоделировать, работая с объемными или шаростержневыми моделями молекул Информация в какой форме наиболее лаконично передает сущность процесса? Какая форма отображения позволяет наиболее легко осуществлять количественные расчеты материального баланса? На основе какого закона они производятся? Выполнение этого задания дополнительно демонстрирует связь формы и содержания, предотвращает формализм знаний, показывает недопустимость произвольного манипулирования химической символикой. В заключении приведем примеры заданий, требующих от обучающихся выхода на уровень порождения новых знаний. Пример 13. Составьте уравнения реакций на основе следующих схем: Fe + … → FeCl2 + H2 NaNO3 → NaNO2 + … Пример 14. Предположите, каким визуальным признаком будет сопровождаться реакция каталитического разложения пероксида водорода, протекающая в соответствии с уравнением: 2Н2О2 = 2Н2О + О2. Пример 15. Для получения кислорода в лаборатории используют реакцию разложения перманганата калия: 2KMnO4 = K2MnO4 + MnO2 + O2. Твердый остаток после реакции называют «отработанный перманганат». Одно из веществ в его составе хорошо растворимо в воде. Предположите, какое. Раствор этого вещества имеет зеленую окраску. Наличием какого иона обусловлена окраска? Отработанный перманганат - ценный химический продукт. Предложите области его применения. Примеры показывают разнообразие видов знаково-символической деятельности при освоении химического содержания. Необходимо принимать во внимание последовательность формирования умений и их постепенное усложнение, которое нарастает в направлении от различения двух планов до уровня моделирования. Перед учителем стоит задача создания условий для применения школьниками соответствующих действий в учебном процессе.
%U https://rep.herzen.spb.ru/publication/1031