Формирование метапредметных компетенций восьмиклассников с помощью овладения навыком решения взаимообратных задач по химии

УДК 373.5:54

ББК 74.202.4

Ю 50

Юндина Е.М.

МБОУ «Лицей №34», г. Майкопа, Республика Адыгея

 

Формирование метапредметных компетенций восьмиклассников с помощью овладения навыком решения взаимообратных задач по химии

Аннотация: В статье исследуется влияние методики решения взаимообратных расчетных задач по химии на формирование аналитико-синтетических умений у обучающихся 8-х классов. В эксперименте сравнивались результаты учащихся математического и гуманитарного профилей. Несмотря на изначально более высокий математический потенциал первой группы, учащиеся гуманитарного класса, решавшие задачи во взаимосвязанных парах (нахождение массы по количеству вещества и количества вещества по массе), продемонстрировали более высокие показатели усвоения алгоритма и его гибкого применения. Результаты указывают на эффективность использования взаимообратных задач как средства развития умения анализировать условие, синтезировать план решения и устанавливать причинно-следственные связи между понятиями.

Ключевые слова: аналитико-синтетические умения, универсальные учебные действия, расчетные задачи по химии, взаимообратные задачи, методика преподавания химии, основная школа.

Yundina E. M.

Maikop Lyceum #34

Top Category Chemistry Teacher, Republic of Adygea

Formation of meta-subject competencies of eighth-graders through mastering the skill of solving chemistry reciprocal learning tasks

Abstract: This article examines the impact of a method for solving reciprocal calculation problems in chemistry on the development of analytical and synthetic skills in 8th-grade students. The experiment compared the results of students majoring in mathematics and humanities. Despite the initially higher mathematical potential of the former group, students in the humanities class who solved problems in interrelated pairs (finding mass from amount of substance and amount of substance from mass) demonstrated higher rates of algorithm assimilation and its flexible application. The results demonstrate the effectiveness of using reciprocal problems as a means of developing the ability to analyze conditions, synthesize a solution plan, and establish cause-and-effect relationships between concepts.

Keywords: analytical and synthetic skills, universal learning activities, analytical problems in chemistry, reciprocal problems, chemistry teaching methods, basic school.

Формирование метапредметных результатов, в частности аналитико-синтетических умений, является ключевой задачей современного школьного образования в соответствии с ФГОС [1]. На уроках химии в 8-м классе одним из наиболее сложных элементов курса становится освоение расчетов на основе понятия «количество вещества» (n), его связи с массой (m) и молярной массой (M) [9]. Традиционный подход часто предполагает отработку вычислений по формулам изолированно, что приводит к формальному запоминанию алгоритмов без глубокого понимания их взаимозависимости [3, 7].

Проблема исследования заключается в поиске педагогических приемов, которые способствуют не только отработке вычислительного навыка, но и развитию умений анализировать условие задачи, синтезировать путь решения на основе установления внутренних связей между величинами [8, 14]. Мы предполагаем, что таким приемом может стать решение взаимообратных задач (например, нахождение n по m и m по n), организованное в едином блоке [4].

Гипотеза исследования: системное использование взаимообратных расчетных задач при изучении темы «Количество вещества» способствует более глубокому формированию аналитико-синтетических умений у учащихся 8-х классов по сравнению с изолированным решением задач одного типа, независимо от исходного предметного профиля класса.

Целью нашего исследования являлась экспериментальная проверка эффективности методики решения взаимообратных задач для развития аналитико-синтетических умений на примере освоения расчетов по химии в 8-м классе.

Проведен педагогический эксперимент, включающий констатирующий и формирующий этапы, с участием двух естественных групп (классов).

В исследовании участвовали два 8-х класса одной общеобразовательной школы (N=50).

Контрольная группа (КГ): 8 «А» класс (n=25), с математическим уклоном. Уровень подготовки по математике формально выше.

Экспериментальная группа (ЭГ): 8 «Б» класс (n=25), гуманитарного профиля.

Контрольная группа (КГ, традиционная методика): 25 человек

«5» – 0 чел.

«4» – 1 чел.

«3» – 4 чел.

«2» – 20 чел. (25 - 0 - 1 - 4)

Экспериментальная группа (ЭГ, взаимообратные задачи): 25 человек

«5» – 6 чел.

«4» – 11 чел.

«3» – 7 чел.

«2» – 1 чел. (25 - 6 - 11 - 7)

Для статистической обработки результатов использовался пакет SPSS 26.0. Первичный анализ данных включал расчет описательной статистики (M ± SD). Поскольку распределение оценок в контрольной группе существенно отличалось от нормального (тест Шапиро-Уилка, p <0.05), для проверки гипотезы о различиях между группами был применен непараметрический U-критерий Манна-Уитни.

Результаты показали, что учащиеся экспериментальной группы (M = 3.88, SD = 0.83) продемонстрировали достоверно более высокие результаты по сравнению с учащимися контрольной группы (M = 2.24, SD = 0.52): U = 41.5; p < 0.001. Для оценки практической значимости результата был вычислен коэффициент корреляции r, который составил 0.87, что свидетельствует о большом размере эффекта применяемой методики [15].

Группа	N (чел.)	Средний балл (M)	Стандартное отклонение (SD)
Контрольная (КГ)	25	2.24	0.52
Экспериментальная (ЭГ)	25	3.88	0.83

Процедура:

1.  Констатирующий этап: Оба класса прошли входной контроль по ключевым понятиям (масса, молярная масса, формула вещества) и решению простейшей типовой задачи на нахождение количества вещества по массе.

2.  Формирующий этап (обучение):

* В КГ применялась традиционная методика [9]: тема «Расчеты по формуле n = m / M» изучалась последовательно. Сначала решались задачи только на нахождение количества вещества (n), затем, на следующем уроке – задачи на нахождение массы (m).

* В ЭГ применялась экспериментальная методика [4, 8]: после введения формулы n = m / M учащимся сразу предлагались взаимообратные задачи в парах. Условия задач были подобраны так, что, зная решение первой (m → n), можно было легко вывести ход решения второй (n → m) через преобразование одной и той же формулы. Акцент делался на анализе условия и выборе правильного преобразования общей формулы, что соотносится с общими принципами решения проблем [13, 14].

3.  Контрольный этап:

Через неделю после изучения темы оба класса выполнили проверочную работу, содержащую 4 задачи: две прямые (на n и m) и две усложненные (с необходимостью предварительного нахождения M по формуле или с дополнительным шагом).

Для оценки аналитико-синтетических умений использовался специально разработанный критериальный аппарат на основе анализа письменных работ [5, 8]:

* Умение анализировать условие: правильное выделение данных, искомой величины и установление логической связи между ними.

* Умение синтезировать план решения: составление корректной последовательности действий, выбор и преобразование формулы.

* Гибкость применения знания: успешное решение задач разного типа (прямых и усложненных).

Работы оценивались по 3-балльной шкале по каждому критерию (0 – не выполнено, 1 – выполнено с ошибками/помощью, 2 – выполнено верно и самостоятельно).

В работах ЭГ чаще встречались графические пометки (подчеркивания, стрелочки, запись формулы в центре), свидетельствующие о работе с условием как с системой. В работах КГ чаще наблюдались попытки подстановки чисел в первую запомнившуюся формулу без ее анализа [12].

Несмотря на изначально более слабую математическую подготовку, учащиеся гуманитарного класса (ЭГ), обучавшиеся по методике решения взаимообратных задач, продемонстрировали более высокий уровень сформированности аналитико-синтетических умений, связанных с химическими расчетами [8].

Полученные результаты подтверждают выдвинутую гипотезу. эффективность методики работы со взаимообратными задачами можно объяснить следующими факторами:

1.  Актуализация аналитического действия. Чтобы решить обе задачи в паре, ученик вынужден проводить глубокий анализ отношений между величинами (m, n, M), а не просто запоминать расположение чисел в формуле. Он учится «видеть» одну формулу как источник для двух разных преобразований, что соответствует идеям развивающего обучения [2].

2.  Стимуляция синтетического мышления. Ученик синтезирует общий принцип: связь величин постоянна, а математическое действие зависит от того, что дано и что нужно найти. Это формирует гибкую, переносимую умственную структуру вместо жесткого алгоритма, способствуя формированию познавательных УУД [1, 5].

3.  Преодоление психологического барьера. Парадоксально более высокий результат гуманитарного класса может быть связан с отсутствием у этих учащихся ложной уверенности в своих математических силах. Они были более внимательны к объяснению сути связей, в то время как «математики» могли недооценивать химическую задачу, пытаясь решить ее чисто вычислительно, без содержательного анализа, что является известной проблемой в химическом образовании [12, 13].

Выводы:

1.  Методика решения взаимообратных задач является эффективным инструментом развития аналитико-синтетических умений на уроках химии в 8-м классе [6, 8].

2.  Данная методика способствует более глубокому пониманию взаимосвязи физических величин и формированию гибких навыков решения расчетных задач, что подтверждается успехами учащихся гуманитарного профиля.

3.  Эффективность методики не зависит напрямую от исходного предметного профиля класса, а обусловлена самой организацией учебной деятельности, требующей постоянного анализа и синтеза, и соответствует современным подходам к достижению метапредметных результатов [1, 10].

Практические рекомендации:

Учителям химии целесообразно внедрять практику решения взаимообратных задач блоками при изучении любых формульных зависимостей (расчеты по уравнениям реакций, нахождение объема газа и др.) [3, 4, 9]. Это развивает метапредметные умения и обеспечивает более прочное усвоение предметного материала.

Перспективы исследования

Исследование может быть продолжено на более широкой выборке и распространено на другие классы и темы школьного курса химии, а также на смежные естественно-научные дисциплины (физика, биология) [6, 11].

Примечания

1. Асмолов А. Г., Бурменская Г. В., Володарская И. А. Формирование универсальных учебных действий в основной школе: от действия к мысли. Система заданий. Москва : Просвещение, 2011. 159 с.

2. Давыдов В. В. Теория развивающего обучения. Москва : ИНТОР, 1996. 544 с.

3. Ерыгин Д. П., Шишкин А. И. Решение задач по химии : учеб.-метод. пособие. 4-е изд., перераб. и доп. Москва : БИНОМ : Лаборатория знаний, 2011. 111 с.

4. Зуев П. В., Шишкин М. А. Методика решения расчетных задач по химии: теория и практика. Екатеринбург : УрГПУ, 2018. 142 с.

5. Кузнецова Н. Е., Шаталова Л. М. Формирование познавательных универсальных учебных действий при обучении химии // Химия в школе. 2014. № 8. С. 18-25.

6. Мануйлов А. В., Мамаева Ю. И. Контекстные задачи как средство формирования метапредметных результатов на уроках химии // Педагогическое образование в России. 2020. № 6. С. 113-120.

7. Пак М. С. Алгоритмы в обучении химии. Санкт-Петербург : КАРО, 2007. 112 с.

8. Степанова М. В. Развитие аналитико-синтетических умений школьников при решении обратных задач // Известия Волгоградского государственного педагогического университета. 2022. № 3 (166). С. 56-61.

9. Чернобельская Г. М. Методика обучения химии в основной школе. Москва : ВЛАДОС, 2014. 255 с.

10. Федорова И. В. Взаимообратные задачи в курсе химии основной школы как инструмент формирования функциональной грамотности // Современная химия: теория, методика, практика. 2021. С. 145-148.

11. Anderson L. W., Krathwohl D. R. A Taxonomy for Learning, Teaching, and Assessing: A Revision of Bloom's Taxonomy of Educational Objectives. New York : Longman, 2001. 352 p.

12. Bodner G. M., Herron J. D. Problem-Solving in Chemistry // Chemical Education: Towards Research-based Practice / eds. J. K. Gilbert [et al.]. Dordrecht : Springer, 2002. P. 235-266.

13. Johnstone A. H. Chemical education research: Where from here? // University Chemistry Education. 2000. Vol. 4, No. 1. P. 34-38.

14. Polya G. How to Solve It: A New Aspect of Mathematical Method. 2nd ed. Princeton : Princeton University Press, 2004. 288 p.

15. Zohar A. Higher Order Thinking in Science Classrooms: Students' Learning and Teachers' Professional Development. Dordrecht: Kluwer Academic Publishers, 2004. 244 p.

_________________________________________________________________________

Юндина Елена Михайловна, учитель химии высшей категории, МБОУ «Лицей №34» г. Майкопа, ул.12 Марта, 164, , mboulitsei34@yandex.ru, Республика Адыгея

Yundina Elena Mikhailovna, chemistry teacher of the highest category, MOU "Lyceum No. 34" in Maikop, 12 Marta St., 164, mboulitsei34@yandex.ru, Republic of Adygea