Глава 2
СТРУКТУРИРОВАНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ ПРИ АДАПТАЦИОННОМ ОБУЧЕНИИ
Методической основой адаптационного обучения химии является семантизированное освоение понятийно-терминологического аппарата (ПТА) на родном и русском языках. В устойчивом освоении терминов, понятий и определений, осознании дальнейшей применимости ПТА при изучении химических дисциплин, в профессиональной необходимости тезауруса специалиста есть аспекты адаптации и развития студентов, то есть их предметно-ориентированного адаптационного обучения.
При использовании метода семантизированного освоения понятийно-терминологического аппарата химии представляется необходимым выбор соответствующих и дополняющих друг друга подходов к отбору и структурированию содержания изучаемой дисциплины и ее ПТА. На наш взгляд, наибольшее дидактическое соответствие устанавливается между модульным и тезаурусным подходами, которые позволяют структурировать содержание учебной дисциплины на уровне дидактических единиц (терминов, понятий).
2.1. Модульное структурирование содержания химической дисциплины
Принципы модульности, структуризации и динамичности, на которых базируется модульный подход к изучению дисциплины, послужили руководством к представлению содержания дисциплины «Общая и неорганическая химия» в виде совокупности модулей (М) и учебных элементов (УЭ), что приобретает особую значимость при структурно-логическом изложении и восприятии учебного материала на двуязычной основе. «Общая и неорганическая химия» (ОиНХ) состоит из двух курсов – «Общая химия» и «Неорганическая химия». Она относится к дисциплинам естественно-научного цикла и, находясь в генетической взаимосвязи с химическими дисциплинами общепрофесионального и специального циклов, является для них источником базовых дескрипторов ПТА. Семантизированное освоение дескрипторов учебных элементов ОиНХ по двуязычным методам – залог успешного усвоения содержания химических дисциплин других циклов, а следовательно, и достижения адаптированности к учебной деятельности при химическом образовании в вузе.
Модульный подход к отбору и структурированию содержания курса химии с целью его познания студентами в процессе их обучения в вузе находится в соответствии с системным подходом, нацеленным на эффективное построение этого курса, который рассматривается в ряде учебной литературы. Системный подход к построению курса химии отражен в работах О.С. Зайцева [21] и других исследователей (З.А. Решетовой, Е.М. Соколовской, Т.А. Сергеевой). Курсу «Общая и неорганическая химия», изучаемому в технологических вузах, в том числе в КНИТУ, отвечает подход к системному построению курса химии, изложенный в работах О.С. Зайцева [20, 21]. Автором курс химии рассматривается как система четырех основных учений – термодинамики, кинетики, учения о строении вещества и учения о периодическом изменении свойств элементов и их соединений, а процесс обучения химии заключается в рассмотрении вещества и реакций с точки зрения этих четырех учений.
Системное построение курса химии в базовом для КНИТУ учебнике Н.С. Ахметова «Общая и неорганическая химия» как нельзя лучше предоставляет возможность модульного структурирования содержания химии [1]. Учебник состоит из двух частей: часть первая – «Общая химия», часть вторая – «Неорганическая химия». Разделение учебника на две части само по себе предполагает выделение двух основных блоков, содержание которых разделяется на модули.
В календарных планах лекций и лабораторно-практических занятий, составляемых на кафедре неорганической химии КНИТУ для учебного процесса студентов технологических специальностей, по курсу общей химии выделяются следующие темы: строение атома, периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева, химическая связь, агрегатное состояние и растворы, энергетика химических превращений, химическое равновесие, химическая кинетика, гидролиз, окислительно-восстановительные реакции. По курсу неорганической химии – темы, касающиеся изучения химии s-, p-, d– и f-элементов.
Модульное структурирование содержания общей химии позволяет каждую из девяти тем данного курса представить как самостоятельный модуль (М-1 – М-9), а темы по изучению химии элементов – в виде четырех модулей (М-10 – М-13), имеющих единый алгоритм изучения химии каждого типа элемента (s-, p-, d– и f-элемента). Модульное структурирование содержания курсов «Общая химия» и «Неорганическая химия» представлено соответственно в прил. 2 и прил. 3.
Поскольку изучение модулей М-10 – М-13 по неорганической химии осуществляется с опорой на знания, полученные при изучении модулей курса общей химии М-1 – М-9, и обобщением этих знаний, то их можно обозначить как выходные модули, а модули курса общей химии – как промежуточные модули. При адаптационном обучении химии за входной модуль М-0 следует принять тему по классам химических веществ и генетической связи между ними (из школьного курса), так как она вмещает значительную основополагающую химическую информацию и связывает школьный курс химии с вузовским курсом (прил. 1).
Модуль М-0 включает тринадцать параграфов углубленного школьного курса химии: химические вещества, индивидуальные вещества, смеси веществ, неорганические вещества, органические вещества, простые вещества, сложные вещества, металлы, неметаллы, оксиды, основания, кислоты, соли. В содержание каждого учебного параграфа входят понятия, термины, определения, то есть дескрипторы, знание которых обязательно для дальнейшего усвоения химических курсов вуза и которые являются обязательными понятийными (лексическими) единицами в тезаурусе химика.
Особое значение данному модулю придается при адаптационном изучении химии на двуязычной основе (на русском и родном, нерусском, языках), поскольку он терминологически и номенклатурно насыщен. С учетом того, что одни учащиеся, будучи выпускниками национальных учебных заведений, не владеют в совершенстве химической терминологией на русском языке, а другие, изучавшие химию в выпускных классах (при подготовке к ЕГЭ) на русском языке, не имеют устоявшихся навыков использования химической терминологии на национальном языке, приобретение основательных знаний по классам неорганических соединений служит залогом успешного усвоения вузовского курса общей и неорганической химии на двуязычной основе. Поэтому материал данного модуля должен актуализироваться в начале I семестра в подготовительный период учебно-дидактической адаптации.
Дальнейшее структурирование изучаемого материала по химии предполагает выделение в каждом модуле учебных элементов УЭ с определением их содержания (прил. 2, 3) [89, 90]. В данном случае под УЭ будем понимать определенный целостный фрагмент информации (по определению А.М. Сохора, отрезок учебного материала), а под содержанием УЭ – систему химических понятий [69]. Учебные элементы нацелены на формирование у студентов отдельных знаний, умений и навыков в процессе самообучения или обучения под руководством преподавателя. Учебные элементы удобны тем, что они могут быть встроены в любой модуль содержания учебного курса – входной, промежуточный или выходной. В этом проявление принципа динамичности модульного обучения.
Логическая структура блока 0, блока 1, блока 2 химической дисциплины, изучаемой в адаптационном режиме на первом курсе технологического вуза, с выделением соответствующих модулей М-0; M-1 – M-9; M-10 – M-13 и учебных элементов в них УЭ-I – УЭ-XIII; УЭ-1 – УЭ-35; УЭ-36 – УЭ-49 представлена в прил. 8.
В блоке 0 имеется модуль М-0, в котором обозначенные ранее тринадцать учебных параграфов именуются учебными элементами УЭ-I – УЭ-XIII.
В блоке 1 интегрированы девять модулей, каждый из которых состоит из учебных элементов: М-1 «Строение атома» (УЭ-1 – УЭ-6); М-2 «Периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева» (УЭ-7 – УЭ-11); М-3 «Химическая связь» (УЭ-12 – УЭ-14); М-4 «Агрегатное состояние. Растворы» (УЭ-15 – УЭ-17); М-5 «Энергетика химических превращений» (УЭ-18 – УЭ-20); М-6 «Химическое равновесие» (УЭ-21 – УЭ-23); М-7 «Химическая кинетика» (УЭ-24 – УЭ26); М-8 «Гидролиз» (УЭ-27 – УЭ-32); М-9 «Окислительновосстановительные реакции» (УЭ-33 – УЭ-35).
В блоке 2 имеются четыре модуля, включающие свои учебные элементы: М-10 «Химия s-элементов» (УЭ-36 – УЭ-37); М-11 «Химия р-элементов» (УЭ-38 – УЭ-42); М-12 «Химия d-элементов» (УЭ-43 – УЭ-47); М-13 «Химия f-элементов» (УЭ-48 – УЭ-49).
На схеме логической структуры общей и неорганической химии, представленной в прил. 8, показана обусловленность блока 1 учебными элементами блока 0 и зависимость блока 2 от учебных элементов блока 1. На основании групповых экспертных оценок установлено использование тринадцати учебных элементов модуля М-0 в учебных элементах девяти промежуточных модулей – М-1, М-2, М-3, М-4, М-5, М-6, М-7, М-8, М-9 – с разной степенью интенсивности (прил. 9). Наиболее часто используемыми понятиями учебных элементов модуля М-0 в учебных элементах промежуточных модулей являются: химические вещества (используются в 26 учебных элементах), сложные вещества (24 УЭ), металлы (24 УЭ), неметаллы (17 УЭ), простые вещества (13 УЭ), основания (11 УЭ), соли (10 УЭ), кислоты (8 УЭ) и т.д. (прил. 10). Кроме того, достаточно наглядна густая сеть взаимосвязей учебных элементов модуля М-0 непосредственно с промежуточными модулями М-1, М-2, М-3, М-4, М-5, М-6, М-7, М-8, М-9 (прил. 9), что вызывает необходимость в подготовительном периоде адаптационного обучения первокурсников.
Целью актуализации содержания входного модуля М-0 (УЭ-I – УЭ-XIII) является коррекция довузовских химических знаний и доведение понятийно-терминологического аппарата до необходимого (стартового) уровня; овладение умениями и навыками, служащими основой для изучения химических дисциплин; реализация адаптационного потенциала студента.
Модульное обучение характеризуется согласованием комплексной, интегрированных и частных дидактических целей. При этом используется пирамида дидактических целей, предлагаемая П.А. Юцявичене [89]. В основе пирамиды находятся частные дидактические цели, каждой из которой соответствует УЭ. Так же, как УЭ объединены в модули, частные дидактические цели объединены в интегрирующую цель каждого модуля. Интегрирующие дидактические цели объединятся в комплексную цель (вершину пирамиды), реализацию которой обеспечивают конкретные модули.
При модульном обучении дисциплине «Общая и неорганическая химия» в период учебно-дидактической адаптации комплексной дидактической целью является достижение предметно-ориентированной дидактической адаптации студентов, характеризующейся адаптированностью к учебной деятельности при химической подготовке и успешным усвоением содержания дисциплины, представленного в модулях М-1 – М-13.
С учетом дидактической специфики входного модуля М-0 и его учебных элементов (УЭ-I – УЭ-XIII), целенаправленных на коррекцию довузовских знаний, коррекционные цели данного модуля составляют базис, на который возводится пирамида дидактических целей (рис. 4). Модули М-10, М-11, М-12, М-13, в содержание которых входит соответственно химия s-, p-, d– и f-элементов, кроме приобретения новых знаний, способствуют закреплению полученных при усвоении модулей М-1 – М-9 знаний на конкретных химических объектах (веществах и процессах). Студенты проявляют знания, умения и навыки при характеристике свойств химических веществ, проведении химических процессов, выборе методов их исследования, использовании реактивов, приборов и химической посуды.
Рис. 4. Пирамида дидактических целей: К – комплексная дидактическая цель; И1…И13 – интегрирующие дидактические цели; Ч1…Ч49 – частные дидактические цели; I…XIII – коррекционные дидактические цели
Учебные элементы выходных модулей М-10, М-11, М-12, М-13 по химии s-, p-, d– и f-элементов изучаются по единому алгоритму, учитывающему логическую последовательность промежуточных модулей М-1 – М-9 и содержание их учебных элементов. Алгоритм изучения химии какого-либо типа элемента состоит из следующих шагов:
1) общая характеристика подгруппы элементов:
– состав подгруппы элементов;
– строение атомов элементов;
– периодичность свойств элементов (радиусы атомов, энергии ионизации атомов, сродство к электрону атомов, электроотрицательность элементов, степени окисления элементов);
– типы соединений и нахождение в природе;
2) простые вещества элементов:
– состав и строение молекул (на основе теорий химической связи);
– физические свойства веществ (на основе агрегатного состояния и растворимости);
– получение простых веществ (на основе представлений об энергетике химических превращений);
– химические свойства веществ (на основе представлений об энергетике химических превращений, химической кинетике, химическом равновесии, гидролизе, окислительно-восстановительных реакциях);
3) сложные вещества элементов:
– состав и строение молекул (на основе теорий химической связи);
– физические свойства веществ (на основе агрегатного состояния и растворимости);
– получение сложных веществ (на основе представлений об энергетике химических превращений);
– химические свойства веществ (на основе представлений об энергетике химических превращений, химической кинетике, химическом равновесии, гидролизе, окислительно-восстановительных реакциях).
Схематичное изображение данного алгоритма в виде интеграции модулей внутри дисциплины «Общая и неорганическая химия» представлено в прил. 11. Наглядная схема усиливает представление о взаимосвязи курсов «Общая химия» и «Неорганическая химия», о том, что основополагающая информация модулей блока 1 необходима для усвоения содержания модулей блока 2. В зависимости от того, насколько полно достигнуты дидактические частные цели при усвоении учебных элементов и интегрирующие цели при изучении модулей, будет зависеть достижение комплексной цели в период учебно-дидактической адаптации студентов первого курса.
Алгоритм действий при неоднократном его использовании в процессе изучения химии элементов начинает служить ориентировочной основой действия (ООД). Данный алгоритм действий нами используется и при составлении контрольных заданий по разделам, касающимся химии s-, p– и d-элементов. Последовательность заданий по каждому разделу выстраивается так, что каждое предыдущее задание создает ориентировочную основу действия для решения последующего задания [30].
При четком, разграничительном характере модульного структурирования изучаемого материала логически оправдано использование схем ООД, то есть алгоритмов действий. Выработка алгоритмов действий находится в соответствии с принципом структуризации содержания, и в рамках учебных элементов происходит дальнейшее структурирование материала при отдельных действиях (шагах). С этих позиций особо важным становится применение схем ООД в лабораторном практикуме не только для того, чтобы грамотно и продуктивно выполнить лабораторную работу, но и с целью приобретения профессионально значимых качеств специалиста (формулировка цели, планирование эксперимента, выбор предметов и средств деятельности, соблюдение техники безопасности, подбор методов расчета, описание эксперимента, выводы и заключение по эксперименту).
Примеры алгоритмов действий при изучении учебных элементов УЭ-8 «Электронная структура атомов», УЭ-12 «Теория молекулярных орбиталей», УЭ-14 «Пространственная конфигурация молекул», УЭ-31 «Гидролиз», УЭ-32 «Окислительно-восстановительные реакции», а также при выполнении лабораторных работ, входящих в состав УЭ-15 «Твердое, жидкое, газовое состояние», УЭ-17 «Способы выражения содержания растворенного вещества в растворе», УЭ-18 «Тепловой эффект реакции. Энтальпия», имеются в учебно-методической литературе, разработанной в процессе выполнения данной исследовательской работы [30, 33, 53]. Использование алгоритмов действий, создающих ориентировочную основу действий, служит эффективным методическим приемом при адаптационном обучении химии студентов первого курса.
Реализация адаптационного обучения химии столь же эффективна при подходе к структурированию содержания через укрупнение дидактических элементов и единиц в рамках модульного изложения изучаемого материала. Рассмотрение данного подхода к изучению химии начнем с того, что ранее была отмечена обусловленность меры усвоения содержания промежуточных модулей блока 1 «Общая химия»уровнем знаниями студентов ряда учебных элементов входного блока 0 (или модуля М-0). Достижение частных дидактических целей по усвоению содержания учебных элементов модуля М-0 (параграфов школьного курса) выступает гарантом достижения интегрирующих целей, в особенности таких модулей, как М-8 «Гидролиз» и М-9 «Окислительно-восстановительные реакции». Для этого во входном модуле М-0 из классов химических веществ (органических и неорганических) особого внимания заслуживают основные классы неорганических соединений, выделенные в следующие УЭ: УЭ-VIII «Металлы», УЭ-IX «Неметаллы», УЭ-X «Оксиды», УЭ-XI «Основания», УЭXII «Кислоты», УЭ-XIII «Соли» (прил. 1).
Рассмотрение содержания учебных элементов модуля М-8 «Гидролиз» в совокупности с содержанием одноименных учебных элементов модуля М-0 по основным классам неорганических соединений (ОКНС) представлено в прил. 12.
При актуализации и повторении ранее известной терминологии, а также при усвоении содержания новых терминов и понятий на русском и родном, нерусском, языках эффективно использование метода укрупнения УЭ и дидактических единиц (дескрипторов) в них по химическому принципу противоположности свойств соединений и лингвистическому принципу антонимии (противоположности значений слов).
В педагогике под дидактической единицей понимают научное понятие, а под укрупнением дидактических единиц (УДЕ) – образование системы понятий [9, 35, 84, 87, 88]. Укрупнение учебных элементов (УУЭ) предполагает объединение их содержаний. Однако дидактические единицы в лингвистике являются лингвистическими единицами – лексемами (словами), объединение которых по принципу антонимии есть укрупнение лингвистических единиц (УЛЕ). Предварительное использование приема укрупнения лингвистических единиц создает лингвистическую ориентировочную основу (ЛОО) для правильного подбора дидактических единиц с целью их укрупнения, а также понимания содержания укрупненных дидактических единиц. При этом возникает эффект синергизма: происходит такое согласование двух действий, которое оказывается сильнее отдельно взятых действий.
Синергизм укрупнения лингвистических и дидактических единиц эффективен при самостоятельной работе студентов в момент использования родного языка как вспомогательного средства обучения при дидактических затруднениях в освоении содержания дисциплины на неродном языке. Привлечение лингвистических знаний из бытовой действительности по принципу антонимии (например, сильное – слабое, растворимое – нерастворимое) создает основу для осознанного укрупнения таких дидактических единиц, как сильное основание – слабое основание, растворимое соединение – нерастворимое соединение.
Представляет интерес укрупнение дидактических единиц всех шести учебных элементов (УЭ-27 – УЭ-32) модуля «Гидролиз», следуя схеме:
При самостоятельном выполнении студентами подобного задания им необходимо найти нужные дидактические единицы в соответствующем учебном элементе и соединить (укрупнить) их по схеме. При этом ориентировочной основой может служить УЛЕ по принципу антонимии. (Подобные задания создают такие педагогические ситуации процесса обучения, как проблемность, эвристичность, состязательность, усвоение тематической терминологии на русском и родном языках.)
Варианты укрупнения дидактических единиц из разных учебных элементов по предложенной схеме при рассмотрении вопроса гидролиза ионных соединений (солей) и веществ, не распадающихся в растворе на ионы (ковалентных соединений), представлены в прил. 13.
Таким образом, интегрирующая цель модуля М-8 «Гидролиз» заключается в том, чтобы студенты имели представление о сути гидролиза солей, распадающихся в водном растворе на ионы, и ковалентных соединений, не распадающихся на ионы; понимали, что соль можно представить как продукт взаимодействия кислоты и основания; умели связывать склонность к гидролизу анионов и катионов с силой соответствующих кислот и оснований, со значениями констант ионизации (К) соответствующих ступеней ионизации кислот и оснований, с поляризующей силой ионов (в зависимости от их заряда и размера); умели выражать процесс гидролиза с помощью ионных и полных уравнений; объясняли влияние температуры, концентрации ионов Н+, ОН–, одноименных ионов на смещение ионного равновесия и др.
Достижение интегрирующей цели данного модуля является вкладом в достижение комплексной цели модульного обучения – предметно-ориентированной дидактической адаптации при усвоении содержания дисциплины «Общая и неорганическая химия», приводящей к пониманию профессиональной значимости усвоенного модуля и, в связи с этим, положительном отношении и интересе к профессии. При дальнейшем изучении химии элементов в курсе «Неорганическая химия» содержание промежуточных модулей «Гидролиз» и «Окислительно-восстановительные реакции» встраивается в содержание выходных модулей «Химия s-, p-, d-, f-элементов», что находится в соответствии с принципом динамичности модульного обучения. Знания, приобретенные студентами на двух языках (русском и родном, нерусском) в процессе усвоения модулей «Гидролиз», «Окислительновосстановительные реакции» и других промежуточных модулей, активно используются при изучении кислотно-основных и окислительно-восстановительных свойств соединений элементов различного типа. Так, при изучении химии р-элементов VII группы (например, хлора) обращение к процессам гидролиза и окисления-восстановления происходит неоднократно: гидролиз хлоридов, оксохлоратов (I), оксохлоратов (II), диспропорционирование простого вещества хлора в воде, восстановительные свойства галогенидов, окислительные свойства галогенов и оксохлоратов и др.
Итак, при модульном методе с укрупнением дидактических единиц систематизируется маршрут использования химических понятий и терминов, а значит, и преемственность, повторяемость, последовательность и непрерывность знаний. При этом УЭ разных модулей находятся во взаимосвязи, позволяющей изучать каждый УЭ с опорой на предыдущие и с ориентацией на его использование на последующих, более высоких уровнях познания. Так, УЭ модуля «Химическая связь» являются мобильными и встраиваются во многие другие модули (прил. 14–15).
Использование модульного структурирования содержания курса «Общая и неорганическая химия» предоставляет возможность системного возврата к рассмотрению ключевых понятий и терминов. При изучении химии на двуязычной основе повторное рассмотрение понятийного аппарата в совокупности с методами сэндвича и параллельного сопоставления химических текстов на русском и родном языках студента с использованием не только обозначающей (или предметной отнесенности), но и анализирующей функция слова приводит к лучшему усвоению изучаемого курса химии билингвальными учащимися.
Таким образом, цель адаптационного обучения химии на двуязычной основе, заключающаяся в усвоении студентами содержания химического курса на русском и родном языках, когда процессу усвоения курса на одном языке способствует другой язык, достигается модульным структурированием содержания изучаемого химического курса, синергизмом УДЕ и УЛЕ (прил. 16), а также созданием ООД. При этом основным языком учения, на который должен опираться студент из числа этнической молодежи, зависит от того, какой язык был первым обучающим языком. У выпускников национальных школ Татарстана это – родной, татарский, язык (или язык другой национальности), у выпускников русских школ – неродной, русский, язык. Процессу усвоения содержания химии на двух языках сопутствует параллельный процесс обогащения научного и профессионального терминологического запаса в лексике русской и татарской речи студентов, то есть тезауруса студента – будущего специалиста. Эффект такого обучения проявляется в экономии учебного времени, умственных затрат и в глубине восприятия изучаемого материала.
С целью осознания студентами эффективности модульного обучения химии целесообразно модульное построение содержания изучаемой дисциплины довести до студентов в виде таблиц и графиков как раздаточный материал. К такого рода материалу (прил. 1–3, 8, 9) следует добавить карту рейтингового контроля с указанием баллов за каждый оцениваемый модуль, а также литературу, рекомендуемую для усвоения содержания модулей. С учетом обучения химии на двуязычной основе следует обеспечить наличие учебно-методической литературы на родном языке студентов, которая будет использоваться параллельно с русскоязычной литературой.
Ознакомление студентов с табличной и графической подачей модульного структурирования дисциплины «Общая и неорганическая химия» позитивно и в том отношении, что при изучении других химических дисциплин на последующих курсах будет эффективнее происходить актуализация одноименных учебных модулей. Вклад «Общей и неорганической химии» значителен в модули Программы общехимических дисциплин для подготовки специалистов инженерно-технологических специальностей: 92,9 % вклада в модуль «Строение атома. Периодический закон Д.И. Менделеева», 87,9 % – в модуль «Химическая связь», 41 % – в модули «Термодинамика химических равновесий», «Химическое равновесие», «Поверхностные явления. Фазовые равновесия. Растворы», «Химическая кинетика и катализ», «Физикохимия дисперсных систем. Полимеры» [25, с. 79].
2.2. Учебный тезаурус химической дисциплины
Для приведения адаптационных возможностей студентов в соответствие с их адаптационными потребностями, возникающими при попадании в новую образовательную среду в ходе изучения общепрофессиональных и специальных дисциплин на соответствующих химических кафедрах, следует использовать возможности тезаурусного подхода, а именно выявить область «перекрывания» тезаурусов поэтапно изучаемых химических дисциплин. Для этого нами осуществлены предварительные операции, заключающиеся в выделении структурных компонентов теоретического ядра, базисного и функционального содержания дисциплины «Общая и неорганическая химия» и построении схемы ее обобщенной структуры. Выполнение данных операций проходило с опорой на научные разработки Ю.Н. Семина [64, с. 179]. Схема обобщенной структуры дисциплины, состоящей из компонентов теоретического ядра, базисного и функционального содержания, представлена на рис. 5.
К теоретическому ядру дисциплины «Общая и неорганическая химия» нами отнесены первичные понятия и категории, концептуальные модели-объекты; к базисному содержанию – научные теории, фундаментальные законы, принципы, базовые понятия, основные методы, понятия, производные от базовых, «именные» уравнения; к функциональному содержанию – теоремы, правила.
Структурными компонентами теоретического ядра дисциплины «Общая и неорганическая химия» являются:
• первичные понятия – ядро, заряд, масса, спин, атом, протон, нейтрон, электрон, энергия;
• концептуальные модели-объекты – ядерная модель атома, атомная орбиталь, молекулярная орбиталь, кристаллическая орбиталь, модель отталкивания валентных локализованных электронных пар, модель гибридизации валентных орбиталей центрального атома.
Базисное содержание дисциплины составляют:
• фундаментальные законы – периодический закон Д.И. Менделеева, закон Мозли, первый и второй законы термодинамики, закон Гесса, закон действующих масс, закон Фарадея;
• принципы – принцип неопределенности Гейзенберга, принцип наименьшей энергии, принцип запрета Паули, правило Хунда, принцип подвижного равновесия Ле Шателье;
Рис. 5. Схема обобщенной структуры дисциплины «Общая и неорганическая химия»
• научные теории – теория молекулярных орбиталей, валентных связей, гибридизации, теория отталкивания локализованных электронных пар, кристаллического поля, зонная теория кристаллов, теория переходного состояния, теория электролитической диссоциации;
• основные методы изучения – метод молекулярных орбиталей, метод валентных связей, метод локализованных электронных пар;
• «именные» уравнения – уравнение Планка, уравнение де Бройля, уравнение Шредингера, уравнение Аррениуса, уравнение Нернста, уравнение Больцмана;
• базовые понятия – химический элемент, химическая связь, химическое равновесие, энтальпия, энтропия и т.д.
• понятия, производные от базовых, например полярная и неполярная связь, парамагнитная и диамагнитная молекула, экзотермический и эндотермический процесс и т.д.
Указанные компоненты обобщенной структуры дисциплины в то же время образуют иерархию ее дескрипторов, входящих в совокупности в учебный тезаурус. Выбор дескрипторов для учебного тезауруса «Общая и неорганическая химия» осуществлен экспертной группой на основании анализа образовательного стандарта, Программы общехимических дисциплин для подготовки специалистов инженерно-технологических специальностей, рабочей программы по этой дисциплине, учебной и учебно-методической литературы.
В учебном тезаурусе, оформленном в виде таблицы, отражена внутридисциплинарная логическая связь, установленная между дескрипторами, а именно указаны номера дескрипторов, используемых при изучении конкретного дескриптора. Кроме того, дескрипторы ранжированы в зависимости от их использования (усвоения) по трем уровням, и для каждого дескриптора указано необходимое для изучения время (в часах).
В качестве иллюстрации рассмотрим дескриптор «химическая связь» из класса базовых понятий. Данный дескриптор характеризуется первым уровнем усвоения, предполагающим общее представление студента о данном понятии, умение давать определение понятию, то есть семантизировать его, при необходимости производить символьный перевод, то есть из словесной формы в форму символов, моделей, графиков и др. (прил. 7). При его изучении используются дескрипторы «ядро», «электрон», «электронная плотность», «ковалентная связь», «ионная связь», «металлическая связь», «химическое соединение».
Учебный тезаурус по общей и неорганической химии составлен во взаимосвязи с модульным структурированием содержания дисциплины. Если считать, что учебный тезаурус является информационно-семантическим полем, то для каждого дескриптора указывается модуль (М) и учебный элемент (УЭ) этого модуля, в котором изучается дескриптор. Так, дескриптор «химическая связь» изучается в учебных элементах УЭ-12 «Теория молекулярных орбиталей» и УЭ-13 «Теория валентных связей» модуля М-3 «Химическая связь». Если же информационно-семантическим полем является модульно-структурированное содержание дисциплины, то для каждого учебного элемента предъявляется набор дескрипторов, составляющих его содержание (см. прил. 2). Например, для УЭ-12 «Теория молекулярных орбиталей» необходим набор дескрипторов, состоящий как минимум из 18 дескрипторов. Эти дескрипторы включают такие понятия, как атомная и молекулярная орбитали; принципы минимума энергии и запрета Паули, правило Хунда; метод молекулярных орбиталей; электронная плотность, молекула, сигма- и пи-связи, сигма- и пи-орбитали, связывающая и разрыхляющая орбитали; энергия, длина, порядок связи, магнитные свойства молекулы.
С целью методического обеспечения изучения модуля М-3 «Химическая связь» (УЭ-12 и УЭ-13) разработанное нами учебно-методическое пособие «Общая и неорганическая химия. Ч. 1» (2001) сопровождено тезаурусным словарем с семантизацией 55 тематических дескрипторов [54, с. 39–44].
Как при тезаурусном, так и при модульном структурировании содержания дисциплины адаптационное обучение студентов основано на овладении понятийно-терминологическим аппаратом дисциплины через семантизацию дескрипторов, то есть через раскрытие содержания терминов, понятий. Одним из эффективных средств семантизации ПТА в нашем исследовании позиционируется родной язык билингвальных студентов.
Тезаурусное структурирование содержания позволяет оценить уровень фундаментальности дисциплины, принадлежности к единому «корпусу» знаний в случае составления дидактического паспорта дисциплины, отражающего количественную характеристику дескрипторов различных классов, их распределение по уровням усвоения, и время, отводимое на изучение. Нами составлен подобный дидактический паспорт для «Общей и неорганической химии» (табл. 2), не претендующий на полноту дескрипторного отражения содержания дисциплины.
При неполном перечне базовых понятий и производных от них в учебный тезаурус общей и неорганической химии нами введены 223 дескриптора, в числе которых 127 (57 %) дескрипторов первого, феноменологического, уровня усвоения (идентификация, общее представление, определение, понимание содержания дескриптора); 63 (28 %) дескриптора второго, операционно-алгоритмического, уровня усвоения (репродуктивное применение идентифицированного дескриптора для типовых расчетов по образцу); 33 (15 %) дескриптора третьего, аналитико-синтетического, уровня усвоения (использование дескрипторов для самостоятельного установления причинно-следственных связей между явлениями по новым алгоритмам действий).
Таблица 2
Дидактический паспорт дисциплины «Общая и неорганическая химия»
К дескрипторам первого уровня усвоения относятся фундаментальные дескрипторы таких классов, как первичные категории, концептуальные модели, законы, принципы, теории, «именные» уравнения. Их количество составляет 41 дескриптор, что в долевом выражении соответствует 18 % от общего количества дескрипторов или 32 % от количества дескрипторов первого уровня усвоения. Основная доля дескрипторов приходится на базовые понятия – 147 (66 %) от общего количества дескрипторов, которые распределяются по уровням усвоения следующим образом: 75 (51 %) дескрипторов первого уровня усвоения, 52 (35 %) дескриптора второго уровня усвоения; 20 (14 %) дескрипторов третьего уровня усвоения.
Составленная дидактическая характеристика учебного тезауруса общей и неорганической химии позволяет установить его качественную и количественную детерминированность (включенность) в тезаурусы химических дисциплин единой предметной области – в естественно-научные, общепрофессиональные, специальные дисциплины. С этой целью нами проведен анализ программной, учебной, учебнометодической, лабораторно-практической литературы по смежным с ОиНХ химическим дисциплинам с опорой на специальные параграфы в учебниках, посвященные основным понятиям, необходимым для изучения той или иной дисциплины, и выделен круг общих (по определению Ю.Н. Семина, корреспондирующих) дескрипторов, используемых в учебной практике студентов [8, с. 22–27; 32, с. 67–68].
Предварительно нами были сгруппированы основные дескрипторы, используемые в начальный период изучения общих вопросов физической (82 дескриптора), аналитической (66 дескрипторов), органической химии (29 дескрипторов). Затем осуществлено попарное взаимное «наложение» тезаурусов монодисциплин и тезауруса общей и неорганической химии с целью выделения корреспондирующих дескрипторов. Выделенные корреспондирующие дескрипторы определены в соответствующие классы.
«Наложение» тезаурусов общей и неорганической химии и физической химии показало, что из 82 дескрипторов, используемых при обсуждении общих вопросов физической химии, 76 терминов и понятий (93 %) входят в тезаурус общей и неорганической химии и относятся к корреспондирующим дескрипторам. Их доля от общего количества дескрипторов в тезаурусе общей и неорганической химии (223 дескриптора) составляет 34 %. Словом, треть понятийно-терминологического аппарата общей и неорганической химии, осваиваемого студентами на этапе учебно-дидактической адаптации на первом курсе, необходима для успешного изучения содержания физической химии на следующем этапе – этапе их учебно-профессиональной адаптации к образовательной деятельности в вузе.
При этом покомпонентный анализ классов дескрипторов показал, что из 41 дескриптора (первичных категорий, концептуальных моделей, законов, принципов, правил и «именных» уравнений) из тезауруса ОиНХ, усвоение которых должно быть на первом феноменологическом уровне, предполагающем глубокое понимание содержания дескрипторов, 19 дескрипторов (46 %) являются корреспондирующими в тезаурусе физической химии. Из 147 базовых понятий тезауруса ОиНХ корреспондируют в тезаурусе ФХ 46 дескрипторов (31 %), которые по уровню усвоения распределяются следующим образом: 26 дескрипторов первого уровня усвоения, 12 дескрипторов второго уровня усвоения, 5 дескрипторов третьего уровня усвоения. И в случае базовых понятий большинство дескрипторов оказалось дескрипторами первого уровня усвоения, операциональное использование которых при решении учебных задач может быть нечастым, но знание их содержания в общем контексте изучаемой дисциплины должно быть обязательным. Чтобы дескрипторы первого уровня усвоения надолго сохранились в памяти, их необходимо наиболее полно семантизировать, при необходимости используя родной язык билингвальных студентов.
Проведем «наложение» отобранного нами тезауруса аналитической химии с тезаурусом общей и неорганической химии с целью нахождения корреспондирующих дескрипторов. В результате проведенной операции «наложения» тезаурусов ОиНХ и АХ были получены следующие результаты: из 66 дескрипторов тезауруса аналитической химии 46 дескрипторов (70 %) являются корреспондирующими в тезаурусе общей и неорганической химии. В полном тезаурусе ОиНХ они составляют 21 %. Это означает, что пятая часть понятийно-терминологического аппарата ОиНХ входит в ПТА аналитической химии и востребована учебным процессом уже в начале изучения этой дисциплины. От того, насколько студенты адаптированно будут использовать изученные на кафедре неорганической химии дескрипторы, настолько успешно будет усвоение содержания нового для них химического предмета. Из 46 корреспондирующих дескрипторов 11 дескрипторов первого уровня усвоения; 20 дескрипторов второго уровня усвоения, которые используются для решения типовых задач по известным алгоритмам; 15 дескрипторов третьего уровня усвоения, знание которых позволяют находить студентам новые алгоритмы учебных действий с использованием апробированных алгоритмов.
Выявление корреспондирующих дескрипторов в области «перекрывания» тезаурусов органической химии и ОиНХ показало меньшее количество таковых по сравнению с физической и аналитической химией. Общими для смежных химических дисциплин ОиНХ и ОХ являются 28 дескрипторов (13 % от ОиНХ), которые распределены по уровням усвоения: 18 дескрипторов первого уровня усвоения; 5 дескрипторов второго уровня усвоения; 5 дескрипторов третьего уровня усвоения. Деление по классам корреспондирующих дескрипторов показывает превалирование в них базовых понятий (23 дескриптора).
Таким образом, область «перекрывания» тезауруса ОиНХ с физической химией включает 34 % корреспондирующих дескрипторов, с аналитической химией – 21 %, с органической химией – 13 % дескрипторов. Детальная характеристика областей перекрывания тезаурусов ОиНХ с ФХ, АХ, ОХ представлена в табл. 3.
Таблица 3
Характеристика областей перекрывания тезаурусов ОиНХ и ФХ, АХ, ОХ
При количественной характеристике областей «перекрывания» тезаурусов перечисленных химических дисциплин использовали следующие данные по тезаурусу ОиНХ:
– общее количество исследуемых дескрипторов в тезаурусе – 223;
– количество дескрипторов первого уровня использования – 127, второго уровня использования – 63, третьего уровня использования – 33;
– дескрипторы из теоретического ядра дисциплины (первичные категории, концептуальные модели) – 15;
– дескрипторы из базисного содержания дисциплины (законы, принципы, правила, теории, методы, «именные» уравнения, базовые и производные от базовых понятия) – 208.
Конец ознакомительного фрагмента.