Решение задачи формирования научного мировоззрения и химической картины природы на основе ведущих идей учебного предмета

Волкова Юлия Михайловна,
к.п.н., учитель химии, методист ИМЦ
ГБОУ лицей № 384 Кировского района Санкт-Петербурга

Содержание учебного предмета всегда определяется теми целями, которые реализует обучение данной дисциплине. В методике обучения химии традиционно в качестве одной из важнейших целей химического образования называется формирование научного мировоззрения и химической картины природы. Эта фундаментальная роль химического образования соответствует современной личностно-ориентированной парадигме и идеям развивающего обучения.

Под термином «научная картина мира» (НКМ) философы понимают «целостный образ мира, имеющий исторически обусловленный характер», система «отражения основных связей существующих между звеньями материального мира» (А.А. Макареня), «целостный и обобщенный образ мира, включающий представления о природе, обществе, человеке» (Л.Ф. Кузнецова).

Одной из составных частей НКМ является химическая картина природы (ХКП). Задача формирования у школьников представлений о химической картине природы является основой для отбора и конструирования содержания школьного курса химии.

Многие ученые акцентируют внимание на многообразных функциях ХКП (В.С. Вязовкин, Л.Я. Зорина, Л.Ф. Кузнецова, Н.Е. Кузнецова, А.А. Макареня, В.Л. Обухов, Т.В. Смирнова, М.Г. Ярошевский). В содержании образования особенно важными являются следующие функции ХКП: мировоззренческая (ХКП является теоретической основой процесса формирования научного мировоззрения); синтезирующая (ХКП как источник важнейших идей химического познания); систематизирующая (упорядочение и организация эмпирического и теоретического знания); методологическая (ХКП выступает как критерий включения новых научных фактов в систему химического знания); эвристическая; описательная и объяснительная; функция наглядности, образовательная, воспитательная, функция формирования современного стиля мышления.

Химическую картину природы (ХКП) понимают как «особую форму систематизации научного знания, в рамках которой происходит синтез наиболее фундаментальных положений химии, других естественных наук и современной им формы материалистической философии» (В.С. Вязовкин).

Концептуальная структура химической картины природы (КС ХКП) включает философские и естественнонаучные принципы, химические теории и законы, понятия, факты, научные проблемы и гипотезы. Центральным компонентом КС ХКП являются понятия. Среди них выделяются наиболее фундаментальные (химический элемент, химическое соединение, химическая связь, химическая реакция), общенаучные (система, симметрия, равновесие, структура) и философские категории (материя, движение, явление, количество, качество и т.д.). Данный компонент ХКП представлен в содержании стандарта базового химического образования в основном химическими и частично общенаучными понятиями. Обобщения на уровне философских категорий при изучении школьного курса химии практически не происходит.

Следующий компонент – философские и фундаментальные естественнонаучные принципы. К философским принципам относятся: материальность и объективность химических соединений и процессов, взаимосвязь всех природных объектов, их непрерывное развитие и т.д. Теоретический базис ХКП «выполняет система наиболее фундаментальных естественнонаучных принципов, лежащих в основе химических теорий»: зависимость свойств веществ от их химического строения, стремление реакционной системы к уменьшению её энергии, обратимость химических процессов и другие. В содержании обучения химии данному компоненту не уделяется достаточного внимания, что сказывается на отсутствии у учащихся целостного восприятия природы.

Важным компонентом ХКП являются химические законы и теории. Они могут быть разделены на две группы: общие для всего естествознания (закон сохранения энергии) и специфичные для химии (кинетические законы). Обе группы законов и теорий представлены в содержании предмета однократно, разобщенно и вне их связей, как между собой, так и с другими компонентами содержания предмета.

Кроме указанных компонентов в КС ХКП входят наиболее значимые актуальные проблемы науки и научные гипотезы, т.е. «вероятное знание, правоту или ошибочность которого ещё предстоит доказать». Это наиболее сложный материал для понимания учащихся и его включение в содержание предмета – достаточно спорный вопрос.

По причине огромной значимости все указанные компоненты ХКП (кроме гипотез) должны быть представлены в виде целостной системы в содержании учебного предмета в дидактически переработанной форме, с учетом возрастных особенностей мышления учащихся. Если содержание курса химии формировать основываясь на КС ХКП, то к традиционно присутствующие в программах теории, законы, понятия и факты должны основываться, «произрастать», из ведущих идей учебного предмета. Имеется в виду не только отбор и конструирование содержания курса на основе важнейших идей предмета «химия», но ивключение самих идей в содержание предмета в качестве самостоятельных объектов изучения.

Предметная структура содержания школьного образования не способствует целостному восприятию природы. Поэтому, особенно важным является выделение ведущих идей, вокруг которых группируется весь учебный материал и которые обеспечивают синтез и интеграцию содержания учебного предмета в единое целое (В.С. Лернер, М.Н. Скаткин).

Система научных знаний должна быть уплотнена и сведена к единым логическим основаниям, позволяющим ученикам прогнозировать и самостоятельно «выводить» новые знания из уже имеющихся (П.И. Пидкасистый, Б.И. Коротяев). Сделать это станет возможно тогда, когда в каждом учебном предмете будут выделены наиболее значимые «единицы знаний», которые будут выполнять функцию оснований с которых описываются и объясняются объекты и явления.

Ведущие идеи выполняют функцию системообразующих связей в содержании учебных предметов. Вокруг них происходит объединение отдельных структурных элементов содержания в систему. Учебная тема связывает в единое целое ведущие идеи разных учебных предметов (Г.Ф. Федорец).

Многие ученые и методисты внесли вклад в разработку ведущих идей курса химии: Н.Е. Кузнецова, А.А. Макареня, В.Л. Обухов, Т.В. Смирнова, Ю.В. Ходаков, Г.М. Чернобельская, С.Г. Шаповаленко.

Всесторонний анализ состояния химического образования позволил Н.Е. Кузнецовой в 80-х годах ХХ века сделать вывод о том, что в реальной практике обучения отсутствует системная работа по формированию ведущих идей курса химии. В настоящее время эта проблема не только продолжает быть актуальной, но и усугубляется в связи с большим разнообразием учебных программ и уменьшением числа часов, отводимых учебным планом на изучение химии.

Многолетние исследования И.М. Титовой доказывают, что «традиционное содержание обучения должно быть проанализировано с позиций современных достижений науки с целью отработки и отбора того перечня идей…, которые должны быть усвоены каждым обучающимся в средней школе…». Под «идеями» здесь понимается «комплекс взаимосвязанных, поэтапно раскрывающихся знаний с мотивирующей их изучение компонентой». Обращается внимание на то, что «перечень таких идей должен быть обозримым». Таким образом, ведущие идеи учебного предмета – это необходимый элемент содержания курса химии и один из важнейших критериев отбора учебного материала.

Как уже отмечалось, одной из наиболее значимых целей химического образования является формирование у учащихся основ научного мировоззрения и представления о современной химической картине природы. Для этого содержание общего химического образования должно включать все компоненты концептуальной структуры ХКП дидактически переработанные с учетом возрастных возможностей учащихся.

Концептуальная структура ХКП включает фундаментальные философские и естественнонаучные принципы, теории, законы, системы понятий, факты. Основополагающие философские и естественнонаучные принципы являются базой ХКП и отражаются в содержании курса в ведущих идеях учебного предмета.

Ведущие идеи учебного предмета, в отличие от остальных компонентов ХКП, не являются самостоятельными объектами изучения в школьном курсе химии. До сих пор бытует мнение, что учащиеся самостоятельно осваивают ведущие идеи курса по мере изучения учебного предмета. Не высокий уровень понимания предмета показывает ошибочность данного предположения и подводит к выводу о необходимости включения ведущих идей как самостоятельных объектов изучения.

Ведущие идеи каждого учебного предмета естественнонаучного цикла – это обобщение конкретно-научных и философских представлений о мире, которые лежат в основе усвоения учащимися содержания обучения.

Можно предположить, что источники ведущих идей содержания общего химического образования должны иметь те же, что и ХКП: философия, естествознание и химия, история химической науки.

Поскольку перечисленные источники ведущих идей ОХО отличаются уровнем обобщения изучаемого материала, то ведущие идеи на их основе можно представить в виде определенной иерархической структуры :

идеи философского уровня;
идеи естественнонаучного (надпредметного) уровня;
идеи предметного химического уровня.

I. Ведущие философские идеи cодержания предмета «Химия»

Философские идеи – наиболее обобщенные и абстрактные из всех идей. Они являются фундаментом для построения как самих естественных наук, так и учебных предметов на их основе. Они образуют философский базис ХКП и входят в её концептуальную структуру в виде принципов, на которых базируются все остальные элементы данной системы (законы, теории, гипотезы, понятия). В числе наиболее значимых философских идей курса химии следует назвать:

объективность и неуничтожимость материального мира;
познаваемость и неисчерпаемость материи;
материальное единство мира и его многообразие;
иерархия и системная организация природы;
взаимосвязь и взаимообусловленность компонентов природы;
природное равновесие и опасность его нарушения;
развитие природы, фиксируемое в законах диалектики (единство и борьба противоположностей, отрицание отрицания, переход количественных изменений в качественные).

Конечно, указанные философские идеи не могут быть в полной мере представлены в курсе 8-9 классов, но формирование первоначальных представлений о некоторых из них вполне осуществимо (идея многообразия природы, взаимосвязи её компонентов, познаваемости и неуничтожимости материи). Остальные ведущие идеи могут выступать в качестве ориентиров при отборе и конструировании содержания ООХО (идеи материального единства мира, иерархии и системной организации природы, природное равновесие и опасность его нарушения).

II. Ведущие идеи естественнонаучного уровня

Каждая локально-научная картина природы (КП) (физическая, химическая, биологическая) содержит в своей концептуальной структуре основополагающие естественнонаучные принципы и законы, составляющие теоретический базис научных представлений. Эти фундаментальные идеи вступают в отношения соответствия с философскими идеями, подвержены их влиянию, являясь более конкретным выражением философских оснований.

Фундаментальными принципами естествознания являются принципы: системности, направленности процессов, периодичности, симметрии, относительности (В. А. Игнатова). Огромное значение для наук о природе имеют законы сохранения энергии и массы. Эти законы также являются более конкретным выражением ведущей философской идеи неуничтожимости материи.

Идеи естественнонаучного уровня выполняют интегрирующую и координирующую функции. Результатом интеграции является сведение частных картин мира в единую научную картину природы. Фундаментальные естественнонаучные идеи помогают координировать научное химическое знание.

III.Ведущие идеи предметного уровня

Основываясь на исследованиях Б.М. Кедрова, А.А. Макарени, В.Л. Обухова и В.И. Кузнецова в истории химии можно выделить идеи, которые должны усвоить учащиеся при изучении химии:

главная задача химии на протяжении всей её истории – получение веществ с необходимыми свойствами;
иерархия материальных систем вещества: атом, молекула (ион или радикал), кристалл, реакционная система реагентов (и катализатора),

самоорганизующаяся биохимическая система;

история химии представляет собой последовательное появление четырёх концептуальных систем: учение о составе веществ, структурная химия, учение о химическом процессе, эволюционная химия.

Структура учебного курса редко основывается на иерархии форм химической организации вещества, а значит остаётся за рамками изучения проблема эволюции вещества в природе. В содержании школьного курса химии необходимо найти адекватную форму отражения иерархии материальных систем вещества: атом химического элемента, молекула химического соединения как унитарная система, система реагирующих веществ, высокоорганизованная каталитическая система. Данный подход целесообразно использовать при конструировании повторительно-обобщающего курса химии 11-го класса. В содержании обучения химии в основной школе представление о иерархической структуре вещества может формироваться во время изучения строения атома, химической связи, закономерностей протекания химических реакций и систематизации знаний в ходе итогового обобщения учебного материала.

Идея развития истории химии как последовательной смены четырёх концептуальных систем может быть сформирована у учеников старших классов химического профиля в результате широкого обобщения историко-научных сведений.

Анализ действующих учебных программ курса химии показывает, что авторы по-разному выделяют и формулируют ведущие идеи учебного предмета. Для реализации целей обучения, необходима единая система ведущих идей учебного предмета (находящая отражение в разнообразных авторских программах). В эту систему должны войти положения, которые дают возможность создать представление об общих закономерностях явлений природы, которые тесно связаны с изучаемым материалом и доступны для понимания учащихся данного возраста.

Основываясь на мнении ученых, можно выделить следующие важнейшие идеи основного общего химического образования:

· многообразие веществ в природе;

· единство элементного состава всех веществ на Земле;

· иерархия и системная организация вещества;

· действие законов сохранения массы и энергии в химических процессах;

· взаимосвязь физических и химических явлений и процессов в природе и промышленности;

· генетическая связь между классами неорганических соединений;

· зависимость свойств веществ от их состава и строения;

· обусловленность применения веществ их свойствами;

· периодичность изменения свойств элементов и их соединений с увеличением заряда ядра атомов как следствие периодического изменения электронных структур атомов.

В старших классах средней школы целесообразно проводить формирование еще нескольких идей предметного уровня (а также идей естественнонаучного и философского уровней, описанных выше):

направленность химических процессов в сторону образования более устойчивых соединений;
возможность управления химическими (в том числе равновесными) процессами;
синтез новых элементов, сплавов, полимеров как пример познаваемости и неисчерпаемости материи.

Для представления в содержании курса ведущих идей учебного предмета, требуется их дидактическая интерпретация и специальная методика формирования. Такая методика должна включать в себя несколько последовательных этапов:

Изучение важнейших понятий темы и фактов из которых можно посредством индукции вывести важную закономерность или идею.
Формулировка вывода, на основе изученных фактов.
Составление (в конце изучения темы) обобщающей схемы, демонстрирующей взаимосвязь понятий между собой, а также с важнейшими законами или теориями.
Формулировка ведущих идей, подтверждением которых служит материал данной темы.
Итоговое обобщение изученного за учебный год материала на основе ведущих идей предмета.

Таким образом, отбор и конструирование содержания курса химии на основе ведущих идей учебного предмета будет способствовать:

обобщению изученного материала на уровне фундаментальных принципов естествознания и философских категорий;
целостному восприятию химических теорий и соотнесению их с историческим контекстом их формирования;
формированию как химических, общенаучных так и философских понятий;
обеспечению углублённого понимания учащимися фактических данных, осознанному усвоению химических законов и теорий.