Межпредметные связи физики и химии при формировании понятия о веществе у учащихся основной школы

Социально-экономические изменения, происходящие в нашей стране, привели к значительным изменениям в сфере образования. Утвержден базисный учебный план (149), разработаны проекты государственных общеобразовательных стандартов (16, 212, 216), разрабатываются новые концепции как образования в целом, так и построения отдельных учебных предметов (107, 108, 109, 110, 111, 112), создаются новые учебные планы, появляются учебные заведения различных типов: муниципальные общеобразовательные учреждения, авторские и частные школы, лицеи, гимназии, стало реальностью вариативное образование.

На основании Конституции России и 7-й статьи Закона Российской Федерации «Об образовании» (148) обучающимся должно быть гарантировано качественное образование, отвечающее современному уровню развития науки и производства, а также международным тенденциям в его развитии.

Развитие современной науки и производства по линии одновременной интеграции и специализации определило то, что значение результатов интегрированного познания настолько возросло в современном обществе, что приобщение школьников к продуктам научной интеграции стало не менее важной задачей, чем усвоение знаний конкретных наук. Решение этой задачи связано с реализацией межпредметных связей в практике школьного обучения.

Проблема межпредметных связей занимает одно из центральных мест в современной дидактике и привлекает к себе внимание широкого круга исследователей. Об этом свидетельствуют многочисленные публикации (36, 40, 46, 66, 68, 69, 78, 79, 92, 93, 120, 121, 127, 131, 133, 136, 137, 140, 144, 157, 168, 187, 193, 209, 219), а также материалы Всероссийских и Международных конференций (64, 71, 76, 115, 130, 135, 147, 188, 201), посвященных ее различным аспектам. И это не случайно, межпредметные связи являясь отражением межнаучных связей в содержании и методах обучения, способствуют более полному познанию учащимися единства материи и форм ее движения, содействуют углубленному пониманию законов природы, формированию научного мировоззрения, развитию диалектического системного мышления школьников, умений обобщать знания из разных предметов. Без этих интеллектуальных способностей невозможны ни творческое отношение к труду, ни решение на практике современных задач, требующих синтеза знаний из разных предметных областей. Межпредметные связи повышают также политехническую и экологическую направленность обучения. Их использование позволяет логичнее обосновать последовательность изучения учебных дисциплин, структуру учебного плана, содержание программ, учебников. Все это обеспечивает рационализацию учебного процесса, позволяет снизить перегрузку школьников.

Большинство исследователей (1, 9, 14, 20, 25, 43, 48, 70, 72, 73, 81, 83, 84, 88, 127, 132, 133, 145, 184, 187, 197, 205, 208, 209, 241) отмечают комплексный и многофункциональный характер проблемы межпредметных связей. Рассмотренные нами работы в области осуществления межпредметных связей, анализ практики школьного преподавания позволяют выделить основные направления реализации межпредметных связей, требующие разработки в условиях стандартизации образования:

— уточнение функций межпредметных связей в современных Государственных образовательных стандартах;

— устранение несогласованности в преподавании отдельных предметов, приводящей к отсутствию представлений о взаимосвязи процессов и явлений окружающего мира и перегрузке школьников;

— разработка методических руководств, приемов и средств реализации межпредметных связей в условиях развивающего обучения;

— разработка единых подходов к формированию фундаментальных естественно-научных понятий в условиях стандартизации образования. Понятия составляют центральное ядро системы научных знаний. В работах М. Д. Даммер, И. С. Карасовой, Н. Е. Кузнецовой, А. В. Усовой (52, 99, 117, 196) указывается, что в основной школе именно «попятив» является ведущей дидактической единицей обучения в предметах естественно-научного цикла, и «от качества их усвоения, в конечном итоге, зависит качество усвоения системы научных знаний и развитие творческих способностей школьников» (192, С. 13).

Такие понятия как «материя», «движение», «вещество», «поле», «взаимодействие», «масса», «энергия» являются общими для цикла естественно-научных дисциплин и развиваются на протяжении всего периода изучения физики, химии, биологии и географии в школе. Мы разделяем точку зрения Г. А. Берулава, М. Д. Даммер, А. В. Усовой (12, 52, 189), что среди фундаментальных естественно-научных понятий, формируемых при изучении предметов естественнонаучного цикла в основной школе, главным является понятие «вещество». Это обусловлено тем, что все фундаментальные науки в естествознании изучают различные уровни организации вещества.

Методологический, психологический и методический аспекты проблемы формирования понятий разрабатывались многими учеными. Основоположники теории формирования понятий и умственных действий C.JI. Рубинштейн и JI.C. Выготский заложили основы современных концепций научения и образования научных понятий в деятельности. Проблеме формирования естественно-научных понятий посвящены работы Д. Н. Богоявленского, В. А. Бурова, Н. М. Верзилина, В. Н. Верховского, М. А. Данилова, В. И. Иванова, Д. М. Кирюшкина, А.В. Пе-рышкина, B.C. Полосина, М. Н. Скаткина, А. А. Смирнова, М. Н. Шардакова, С. Г. Шаповаленко и др. Особо следует отметить работы А. В. Усовой, в которых разработаны психолого-педагогические основы формирования естественно-научных понятий, определена совокупность дидактических средств и методов формирования общих понятий, выявлены причины затруднений и ошибок у учащихся в овладении понятиями, выделены критерии и уровни усвоения научных понятий. Высказанное ею мнение о том, что односторонние пути формирования понятий, предлагаемые психологическими концепциями, не оправдывают себя в обучении, что формирование естественно-научных понятий в зависимости от содержания понятия, уровня развития и обученное&tradeучащихся может идти различными путями, получило дальнейшее развитие в работах Н. Н. Кузьмина, Н. Е. Кузнецовой, Э. Мамбетакунова, Д. Х. Рубинштейна, и других исследователей (119, 118, 133, 134, 166, 167).

Анализ психолого-педагогической и методической литературы, а также результаты педагогического эксперимента позволяют говорить о том, что хотя проблема теоретически исследована довольно глубоко, у учителей и школьников существуют трудности в установлении межпредметных связей, особенно при формировании фундаментальных понятий. Исследования, проведенные А. В. Усовой (187), показали, что несогласованность программ по естественнонаучным дисциплинам, различная трактовка естественно-научных понятий в учебниках по физике, химии, биологии и географии, слабое отражение в них взаимосвязи между явлениями природы приводят к тому, что школьники не умеют интегрировать знания, получаемые при изучении отдельных естественнонаучных предметов, и применять их для объяснения явлений, происходящих в окружающем мире. Это же подтвердили и результаты международного тестирования, проводимого с целью изучения качества математического и естественнонаучного образования с 1991 по 1997 год в 45 странах мира. По результатам исследования было предложено для повышения качества и результативности учебного процесса усиление интеграции естественно-научных знаний и разработка единых подходов к формированию основных естественно-научных понятий, более широкое использование в обучении видов деятельности, направленных на интеллектуальное развитие учащихся (179).

Проведенные нами исследования качества усвоения понятия «вещество» учащимися IX-XI классов показали, что уровень усвоения понятия школьниками достаточно низкий. Это было отмечено ранее в работах И. С. Карасовой, Н. Н. Кузьмина, Э. Мамбетакунова, О. П. Петровой, А. В. Петрова, И. С. Прониной, А. В. Усовой и др.(97, 119, 134, 155, 156, 162, 186). Грамотное формирование этого понятия при изучении естественных дисциплин в основной школе возможно только на основе согласованной и планомерной взаимосвязи между естественно-научными предметами.

Проведенный анализ проблемы позволяет выделить ряд противоречий:

— между необходимостью глубокого овладения школьниками общенаучными понятиями в связи с высоким темпом развития естественных наук, усилением процесса их интеграции и взаимопроникновения, с одной стороны, и неудовлетворительным качеством усвоения учащимися фундаментальных естественно-научных понятий в р! мках традиционной системы обучения — с другой;

— между необходимостью формирования у учащихся целостного взгляда на природу и разрозненностью знаний учащихся по предметам естественно-научного цикла, одной из причин которой является невозможность раскрыть перед учащимися общность фундаментальных естественно-научных понятий, законов, теорий, методов исследования при существующем содержании и последовательности изучения предметов естественно-научного цикла в школе;

— между необходимостью использования единого подхода при формировании фундаментального естественно-научного понятия «вещество» и относительно слабой разработанностью способов и средств осуществления межпредметных связей в процессе его формирования при изучении физики и химии у учащихся основной школы в условиях стандартизации образования.

Актуальность, неразработанность и нерешенность в теории и методике обучения физики указанных выше научных задач и противоречий определили выбор темы исследования: «Межпредметные связи физики и химии при формировании понятия о веществе у учащихся основной школы» .

Основная цель исследования заключается в выявлении возможностей реализации межпредметных связей физики и химии для повышения качества усвоения учащимися фундаментального естественно-научного понятия «вещество» .

Объектом исследования является процесс формирования у учащихся основной школы фундаментальных естественно-научных понятий в условиях осуществления межпредметных связей.

Предметом исследования являются способы, средства и формы учебных занятий, позволяющие реализовать межпредметные связи физики и химии в процессе формирования у учащихся основной школы понятия «вещество» .

В основу исследования была положена следующая гипотеза: реализация в единстве содержательного и процессуального компонентов межпредметных связей при изучении физики и химии позволит обеспечить более высокий уровень усвоения учащимися основной школы фундаментального естественно — научного понятия «вещество», если в процессе обучения будет:

— осуществлено согласование во времени изучения курсов физики и химии, корректировка их содержания так, чтобы в каждом предмете понятие поэтапно развивалось, обогащалось новым содержанием и связями с другими понятиями;

— обеспечено единство в интерпретации фундаментального понятия «вещество», преемственность в раскрытии его содержания на различных этапах изучения физики, химии и учет дальнейших этапов развития понятия в курсе биологии;

— обеспечен единый подход к формированию у школьников общих учебно-познавательных умений на основе обобщенных планов деятельности в процессе развития понятия в курсах физики и химии;

— осуществлено систематическое использование в процессе формирования понятия задач, требующих комплексного применения знаний из различных предметов;

— устранено дублирование в изучении некоторых вопросов физики и химии, и за счет экономии времени более глубоко будут рассматриваться природные явления и процессы, выполняться работы творческого характера, позволяющие показать взаимосвязь состава, строения и свойств вещества, а также его применение, основанное на свойствах.

В соответствии с целью и гипотезой исследования в работе были постав-следующие задачи:

— изучить состояние исследуемой проблемы в педагогической науке и школьной образовательной практике;

— обосновать по результатам теоретического анализа проектов Государственных образовательных стандартов, программ по естественно-научным дисциплинам и анализа образовательной практики естественно-научных предметов в основной школе требования к уровню усвоения учащимися понятия «вещество» к моменту окончания основной школы;

— определить основные этапы развития понятия в курсах физики и химии с V по IX класс в условиях экспериментального обучения с позиций Новой концепции естественно-научного образования;

— выявить возможные способы и средства реализации межпредметных связей физики и химии в процессе формирования у учащихся основной школы понятия о веществе, способствующие более высокому уровню его усвоения к моменту окончания основной школы;

— разработать конкретные формы учебных занятий, позволяющие реализовать межпредметные связи при формировании понятия в условиях экспериментального обучения физики и химии с позиции Новой концепции естественно-научного образования, основанной на опережающем изучении курса физики с V класса;

— определить критерии эффективности разработанной методики осуществления межпредметных связей физики и химии при формировании понятия о веществе у школьников;

— осуществить экспериментальную проверку эффективности разработанной автором методики реализации межпредметных связей физики с химией при формировании понятия «вещество» в процессе обучения в основной школе;

— разработать методические рекомендации для учителей физики и химии по реализации межпредметных связей при формировании понятия о веществе у учащихся основной школы.

Методологической основой исследования являлись: а) на философском уровне — диалектика процесса познания (принципы восхождения от абстрактного к конкретному, рассмотрения объекта в его развитии, единства формы и содержания, взаимосвязи количественных и качественных изменений) — б) на общенаучном уровне — системный подход, многоаспектный анализ (содержательный и процессуально-операционный) — в) на частно-научном уровне — дидактические основы осуществления межпредметных связей, концепция преемственно-последовательного, поэтапного формирования и развития понятий и методов активизации познавательной деятельности школьников, теория развивающего обучения.

Для решения поставленных задач использовались следующие методы исследования:

— анализ философской, психолого-педагогической, научно-методической, учебной литературы и нормативных документов по проблеме исследования с целью изучения её состояния в педагогической науке и школьной практике;

— анализ базисного учебного плана, проектов Государственных общеобразовательных стандартов и программ по физике, химии и биологии с целью выяснения вопроса отражения в них межпредметных связей естественнонаучных дисциплин в школьном обучении;

— изучение опыта учителей физики и химии в аспекте исследуемой проблемы;

— анализ качества усвоения учащимися фундаментальных естественнонаучных понятий на основе анкетирования и тестирования школьников;

— педагогический эксперимент во всех его формах (констатирующий, зондарующий и обучающе-формирующий) по проверке эффективности предлагаемых способов и средств реализации межпредметных связей при формировании понятия о веществе у учащихся;

— статистические методы обработки результатов педагогического эксперимента.

Исследование проводилось в три этапа с 1994 по 2000 годы. На первом этапе (1994 — 1995 гг.) был проведен анализ философской, психолого-педагогической и методической литературы, анкетирование и тестирование школьников с целью выяснения состояния исследуемой проблемы в педагогической науке и практике школьного обучения. Велось наблюдение за деятельностью учителей по реализации межпредметных связей физики и химии при формировании естественно-научных понятий у учащихся. На этом этапе были определены и сформулированы цель, объект, предмет, гипотеза и задачи исследования, разработан план проведения эксперимента.

В ходе второго этапа (1995 — 1997 гг.) проведена корректировка программ по физике и химии. С позиции Новой концепции естественно-научного образования, основанной на опережающем изучении физики с V класса, разработана программа курса химии VI-IX классов с учетом принципов ориентации на целостность естественно-научных знаний и генерализации знаний вокруг фундаментального понятия «вещество» .

На основе анализа проектов Государственных образовательных стандартов и программ по физике, химии и биологии определены требования к знаниям учащихся о веществе к моменту окончания основной школы. На основе синоптических карт выделены основные этапы развития понятия при изучении предметов естественно-научного цикла в основной школе. Проведен пробный (зондирующий) эксперимент с целью выявления способов, средств и форм реализации межпредметных связей при формировании понятия о веществе в условиях экспериментального изучения физики и химии в рамках Новой концепции естественно-научного образования.

На третьем этапе (1996 — 2000 гг.) проводился обучающий и контрольный эксперимент по проверке эффективности разработанных способов, средств и форм реализации межпредметных связей при формировании понятия о веществе в условиях экспериментального обучения. Были уточнены критерии эффективности разработанной методики. Проведена обработка экспериментальных данных и оформлены результаты проведенного исследования. Разработаны методические рекомендации по осуществлению межпредметных связей физики и химии при формировании понятия о веществе у учащихся основной школы.

Научная новизна и теоретическая значимость исследования заключается в том, что:

— теоретически обоснована целесообразность и необходимость планомерной, систематической и специально организованной работы по реализации межпредметных связей при формировании фундаментального естественно-научного понятия «вещество» у учащихся основной школы, способствующей повышению качества его усвоения;

— предложен методологически обоснованный подход к установлению межпредметных связей дисциплин естественно-научного цикла при формировании понятия «вещество» у учащихся основной школы, базирующийся на концепции единства научного знания;

— конкретизированы положения, разработанные в педагогике и в методике преподавания по проблеме межпредметных связей, в области преподавания физики во взаимосвязи с химией при формировании понятия о веществе в основной школе с позиции Новой концепции естественно-научного образования.

Практическая значимость исследования состоит:

— во внедрении в практику школьного обучения методической системы осуществления межпредметных связей при формировании понятия о веществе в курсах физики и химии основной школы;

— в положительном влиянии разработанной автором методики реализации межпредметных связей физики и химии на качество усвоения понятия «вещество» ;

— в разработке методических рекомендаций для учителей по реализации межпредметных связей при формировании понятия о веществе в процессе изучения физики и химии с позиции Новой концепции естественно-научного образования.

Достоверность и обоснованность сформулированных в диссертации выводов обеспечивается их согласованностью с фундаментальными положениями философии, психологии, дидактики и методики обучения физике и химии, проведением длительного педагогического эксперимента в строго контролируемых условиях, многосторонним качественным и количественным анализом большого фактического материала, полученного в ходе исследования, анализом результатов с применением методов математической статистики, воспроизведением результатов, полученных в условиях работы различных школ города Челябинска и Челябинской области.

На защиту выносится:

— положение о том, что реализация в единстве содержательного и процессуального компонентов межпредметных связей при изучении физики и химии позволит обеспечить более высокий уровень усвоения учащимися основной школы фундаментального естественно-научного понятия «вещество» ;

— методика реализации межпредметных связей при формировании фундаментального естественно-научного понятия «вещество», включающая:

1) Изменение последовательности изучения и содержания естественно-научных дисциплин в соответствии с Новой концепцией естественно-научного образования, основанной на опережающем изучении физики с V класса;

2) Обеспечение преемственности и единства в интерпретации понятия на основе единых требований к уровню его усвоения к моменту окончания основной школы;

3) Осуществление единых подходов при формировании общих классов естественно-научных понятий и умений школьников;

4) Использование в процессе формирования понятия задач, требующих комплексного применения знаний из различных предметов;

5) Использование комплексных форм учебных занятий, на которых успешно решаются задачи обобщения и систематизации знаний, получаемых при изучении различных естественно-научных предметов.

Апробация работы и внедрение результатов.

Основные результаты исследования изложены в публикациях, докладывались и обсуждались на методических объединениях учителей физики, химии и биологии г. г. Челябинска, Аши, Сатки, Омска (1995 — 2000 гг.), научно-методических семинарах при кафедре методики преподавания физики ЧГПУ, конференциях по итогам научно-исследовательской работы преподавателей ЧГПУ в 1994 — 2000 гг., на региональных научных конференциях 'Проблемы экологии и регионального экологического образования" (Челябинск, 1996, 1997, 1999 гг.), на П Всероссийской научно-практической конференции «Научные понятия в учебно-воспитательном процессе школы и вуза» (Челябинск, 1994 г.) — на XXV Межвузовском научно-практическом семинаре «Научные понятия в учебно-воспитательном процессе школы и вуза» (Челябинск, 1995 г.), на Всероссийской конференции «Межпредметные связи в условиях стандартизации образования» (Челябинск, 1996 г.), на 44 Всероссийской научной конференции «Актуальные проблемы химико-педагогического и химического образования в средней и высшей школе» (Орел, 1997 г.), на Международной научно-практической конференции «Стандартизация образования в современной средней и высшей школе» (Челябинск, 1997 г.), на Всероссийской научно-практической конференции «Методология и методика формирования научных понятий у учащихся школ и студентов вузов» (Челябинск, 1998,2000 гг.).

Результаты исследования внедрены в практику работы школ города Челябинска, Челябинской области и города Омска.

Выполненное диссертационное исследование, направленное на выяв ление возможностей реализации межпредметных связей физики и химии с целью повышения качества усвоения фундаментального естественно-науч ного поймтия «вещество» учащшшся основной школы, позволило решить следующие задачи: ifl I. Изучено состояние проблемы осуществления МПС в щюцессе фор м1фования понятий в педагогической науке и школьной образовательной практике.2. Методологически обоснован подход к реализации МПС физики и химии в процессе формргрования фундаментального естественно-научного понятия «вещество», базируюпщйся на концепции единства научного знания.3. Разработана методика реализации МПС физики с химией при фор мировании понятия о веществе у учащихся VI-IX классов основной школы с / ^ позиции Новой концепции естественно-научного образования, включающая сяедуюш^^е компоненты: • изменение последовательности изучения и содержания естественио наз^ных дисциплин в соответствии с Новой концепцией естественно научного образования, основанной на опережающем изучении физшси с V класса- • обеспечение преемственности и единства интерпретации понятия «вещество» на основе единых требований к уровню его усвоения к мо менту окончания основной школы и ощ) еделения этапов его развития- • использование в процессе формирования понятия ''вещество'' задач, требующих комплексного применения знаний из различных предметов- • использование комплексных форм учебных занятий, на которых ус пешно решаются задачи обобщения и систематизации знаний, полу чаемых при изучении различных естественно-науцвых предзметов.4. Показана эффективность разработанной автором методики осущест Ф вяения МПС физики и химии, способствующей ^ я е е выххжому уровню ус воения понятия «вещество» к моменту окончания основной школы.5. Разработаш"! и внедрены в з^ чебный процесс методические рекомен дации для учителей, позволяющие реализовать МПС в процессе формирова ния понятия о веществе при изучении гфопедевтических курсов физики и химии. По результатам исследовшшя можно сформулировать следующие вы вода!:

1. Ретроспективный Ш1ализ работ, посвященных различным аспектам проблемы МПС, позволяет говорить об ее особой актуальности на современ ном этапе Это связано с разработкой новой концепции образования, приво дящей к пересмотру содержания предметов, изучаемых в основной ппсолеусиливающимися цроцессами дифференциации и интеграции наук, тдзиобре таюпщми первостепенное значение при обновлении содержания естественно научного образования, его структуры и методов преподавания различных предметоврешением задач снижения перегрузки и сохранения здоровья подрастающего поколения.2. Одшш из ншч) авлений решения проблемы МПС физики и химии яв ляется разработка единых подходов к формированию фундаментальных есте ственно-научных понятий, каковым является понятие «вегцество» .3. Уровень сформированности понятия о веществе у учапщхся к мо менту окончания школы низок. Такое положение во многом определяется не согласованностью программ ло естественно-научным дисциплинам, JB ре зультате чего нарушается щ) еемственность в процессе развития понятия, а также неготовностью учителей к деятельности по реализации МПС в щ) оцес се формирования понятия ^ 'вещество" ' в курсах физики и химии.4. Большое мировоззренческое значение понятия ^вещество^ определя ет то, что на первый план выходит методологический аспект МПС. Методо логической основой МПС при формировании понятия о ъеществе является концепция единства научного знания. Понятие «вещество» является тем ди |Р д^а «^ 162 дактическйм объектом, который выполняет шггегрщ^ующую функцию по <-инт€зу знашй, получаемых в щюцес<:е овладения учшщ^мися уч€бш>1м ма териалом iq) H изучении естественно-наз^чных дисщшлин.5. Для повышения уровня усвоения учащимися фундаментального ес тественно-научного понятия «вещество» необходимо системно реализовы вать различные виды МПС, для чего целесообразно: • пересмотреть последовательность начала изучения и содержание ^ предметов естественно-научного цикла, что нашло отражение в Новой концепции естественно-научного образования, основанной на опере жающем изучении физики с V класса- • ориенпфовать программы, учебники, деятельность учителей на обеспече1же преемственности в расвфытии содержания понятия на от дельных этапах его формщювания в К5рсах физики и химии, и реаяиза щно единого подхода к формщюванию учебно-познавательных уме вш, на основе четких требован1й1 к уровню знаний о понятии и к ф<^;

Ш м1фованшо умений.6. Результаты педагогического эксперимента свидетельствуют об эф фективности разработанной методики реализации МПС физики и химии в процессе формирования понятия «вещество» в условиях основной школы: от класса классу у учащихся наблюдается устойчивая положительная динамика в развитии учебно-познавательных умений и повышение уровня усвоения понятия.7. Исследования по проблеме требуют продолжения. Разделяя основ i l ные идеи Новой концепции естественно-научного образования, основанной на опережающем изучении физики с V класса, мы считаем необоснованным.

1Юложение об изученаии химии с VIII класса, как это сделано в базисном учеб шуы плане основной школы. Поэтому одним из на1фавл€Ш1й работы по про блеме осуществления МПС физики с химией является разработка по имею щимся лрохраммам учебников химии для VI-VII классов, позволяющих реа лизовать общие методологические подходы к форм1фованию и развитию по # нятия «вещество» и учебно-познадатеяьных умещ! Й, связанных с ним, в рам ках концепции естественно-научного образования А. В. Усовой. Другим на правлением работы является щюдолжеииЕе разработки методических посо бий, ориентируюпщх учителей физики и химии на осуществление тесных МПС при формировании понятия и организацию а1сгивной познавательной деятельности в Ефоцессе овладения им учапщмися.