Занятие 1. Почему исчез цвет?

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время исследовательская деятельность школьников широко распространена. Школьники, приступая к исследованию, сталкиваются с тем, что учебный предмет и научные изыскания различны. Различия проявляются в способах работы с материалом, содержании. Учебная работа с предметами является привычной для школьников, её результат – накопление знаний-фактов, привитие грамотности учащимся. Исследовательская деятельность в школе воспроизводит научно-исследовательскую деятельность взрослых, тем самым школьнику приходится осваивать не только новое содержание, но и специфику работы с материалом. Именно в исследовательской деятельности школьник имеет возможность пробы применения знаний-фактов, которые получены ранее.

В изученных материалах были обнаружены методики работы с младшими школьниками. Однако, как отмечает Савенков «материал в одинаковой степени может быть востребован в работе с учащимися младших классов, так и со старшеклассниками и студентами». В тоже время, известно, что обозначенные возрастные группы имеют свои особенности. При работе с младшими школьниками является важным организация точек удивления. Плодотворный материал для этого может быть обнаружен в химии. «Занимательные опыты по химии» предлагаются для старшеклассников. Однако, в литературе нами было не было обнаружено методик занятий с проведением опытов, ориентированных для учителей начальных классов и группы школьников. Поэтому за основы были взяты материалы, которые предлагаются для проведения опытов детьми и родителей в домашних условиях.

Данный проект может быть реализован в дистанционной школе для младших школьников, в программе «Наблюдай и исследуй» во Дворце пионеров и просто в общей образовательной школе.

Цель работы – разработка содержания и методика проекта пропедевтических занятий по химии в начальной школе.

Задачи:

1. Выявить различия химии как науки и химии как учебного предмета;

2. Учесть специфику младшего школьного возраста при проведении исследования и организации исследовательской деятельности;

3. Подобрать содержание;

4. Разработать методику курса занятий для учителей.

1 УЧЕБНО – ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ШКОЛЬНИКОВ В ОБЛАСТИ ХИМИИ

1.1 УЧЕБНО - ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ МЛАДШИХ ШКОЛЬНИКОВ

Исследовательская деятельность - деятельность учащихся, связанная с решением учащимися творческой, исследовательской задачи с заранее неизвестным решением (в отличие от практикума, служащего для иллюстрации тех или иных законов природы) и предполагающая наличие основных этапов, характерных для исследования в научной сфере: постановку проблемы (или выделение основополагающего вопроса), выдвижение гипотезы исследования, представление (презентация) выполненной работы [1]. Любое исследование, неважно, в какой области естественных или гуманитарных наук оно выполняется, имеет подобную структуру. Такая цепочка является неотъемлемой принадлежностью исследовательской деятельности, нормой ее проведения.

Структура исследовательской деятельности (по А.И.Савенкову) [2].

Исследовательская деятельность школьников предполагает наличие следующих видов деятельности:

· Знакомство с нормами, эталонами, критериями научности, научными традициями, областью исследования;

· Изучение теории, посвященной данной проблематике;

· Подбор методов и методик исследования, практическое овладение ими;

· Сбор собственного материала, его анализ и обобщение;

· Собственные выводы

Безусловными нормами исследовательской деятельности являются [3]:

· необходимость доказательности и обоснования: позиции, данных, способов достижения результатов;

· необходимость постоянной проверки результатов;

· недопустимость плагиата

Этапы работы [4]:

· выбор темы;

· выявление проблемы исследования;

· постановка цели и задач исследования, определение объекта и предмета исследования;

· выдвижение гипотезы;

· сбор информации по проблеме;

· выбор методов и методики исследования;

· проведение наблюдений и эксперимента;

· отбор и структурирование материала в соответствии с темой и целями исследования;

· оформление проекта;

· защита проекта

Правила выбора темы:

· Тема должна быть интересной, увлекательной, ее выбор – добровольное дело;

· Тема должна быть выполнима, ее решение должно принести реальную пользу участникам исследования;

· Тема должна быть оригинальной, в ней необходим элемент неожиданности, необычности;

· Тема должна быть такой, чтобы работа могла быть выполнена в запланированное время ( не более учебного года);

· Тема должна соответствовать уровню образования учащихся;

· Тема должна иметь информационную и материальную базу для своего выполнения

В работе обосновывается актуальность выбранной темы [5].

Аспекты актуальности:

· Историко-научная;

· Теоретическая;

· Эмпирическая;

· Социальная;

· Практическая;

Степень исследованности темы (проблемы) и обоснование новизны исследования:

· Исторический экскурс развития темы, степень изученности проблемы. Дается оценка главных достижений и недостатков в исследовании темы в отечественной и зарубежной литературе. Анализируются основные подходы

· Обоснование новизны заключается в раскрытии личного вклада в дальнейшее исследование темы (проблемы).

· Научная новизна - одно из главных требований к теме исследования. Это значит, что оно должно содержать решение новой научной задачи или новые разработки, расширяющие существующие границы знаний в определенной отрасли науки.

· Новизна исследования и тема органично связаны. При этом должна существовать гипотеза (прогноз) новизны исследования, что обеспечивает выход на круг вопросов, образующих ядро исследования и обладающих существенными признаками новизны, оригинальности. Иногда это ядро исследования называют "изюминкой" исследования.

· Не менее важным критерием качества исследования является критерий полезности или его практическая значимость. Практическая значимость исследования в обязательном порядке устанавливается и обосновывается [6].

Структура исследовательской деятельности тесно связана структурой науки.

Наука - это исторически сложившаяся форма человеческой деятельности, направленна на познание и преобразование объективной действительности, такое духовное производство, которое имеет своим результатом целенаправленно отобранные и систематизированные факты, логически выверенные гипотезы, обобщающие теории, фундаментальные и частные законы, а также методы исследования. Наука - это одновременно и система знаний и их духовное производство, и практическая деятельность на их основе.

Предполагается, что структура науки состоит из пяти этапов [7]:

· Проблематизация,

· выдвижение гипотезы,

· обоснование,

· переоформление для применения,

· применение.

Что же может делать младший школьник? Каковы отличия химии как науки и химии как учебного предмета?

1.2 СОДЕРЖАНИЕ ХИМИИ КАК НАУКИ И ХИМИИ КАК УЧЕБНОГО ПРЕДМЕТА

Химия - одна из фундаментальных наук. Что же это за наука-химия?

Химия — наука о химических элементах, их соединениях и превращениях, происходящих в результате химических реакций [8]. Поскольку все вещества состоят из атомов, которые благодаря химическим связям способны формировать молекулы, то химия занимается в основном изучением взаимодействий между атомами и молекулами, полученными в результате таких взаимодействий.

Химия как самостоятельная дисциплина определилась в XVI—XVII веках, вместе с рядом научных направлений, обосновавших механистическую картину мира. Однако из-за того, что химия, в отличие от физики, не могла быть выражена количественно, существовали споры, является ли химия количественной воспроизводимой наукой или это некий иной вид познания. Главным вопросом, определяющим химию как науку стало поиск базовой характеристики, связи между элементами.

Например, в 1661 году Роберт Бойль создал труд «Химик-скептик», в котором объяснил разность свойств различных веществ тем, что они построены из разных частиц (корпускул), которые и отвечают за свойства вещества. Ван Гельмонт, изучая горение, ввёл понятие газ для вещества, которое образуется при нём, открыл углекислый газ. В 1672 году Бойль открыл, что при обжиге металлов их масса увеличивается, и объяснил это захватом «весомых частиц пламени».

М. В. Ломоносов уже в первой известной своей работе, именно к данной области естествознания отношение имеющей — «Элементы математической химии» (1741), в отличие от большинства химиков своего времени, считавших эту сферу деятельности искусством, классифицирует её как науку, начиная труд свой словами:

«Химия — наука об изменениях, происходящих в смешанном теле, поскольку оно смешанное. ... В самом деле, обладающий знанием смешанного тела может объяснить все возможные изменения его, и в том числе разделение, соединение и т. д.»[9]

Химия как учебный предмет появилась в школах сравнительно недавно. Первые примерные программы по химии были разработаны в 1920 году. В наши дни химия, как предмет изучается в школе с 8 оп 11 класс.

Цели изучения химии:

· освоение системы знаний о фундаментальных законах, теориях, фактах химии, необходимых для понимания научной картины мира;

· овладение умениями применять полученные знания для объяснения разнообразных химических явлений и свойств веществ, оценки роли химии в развитии современных технологий и получении новых материалов;

· развитие познавательных интересов и интеллектуальных способностей в процессе самостоятельного приобретения знаний в соответствии с возникающими жизненными потребностями;

· воспитание убежденности в позитивной роли химии в жизни современного общества, необходимости химически грамотного отношения к своему здоровью и окружающей среде;

· применение полученных знаний и умений для: безопасной работы с веществами в лаборатории, быту и на производстве; решения практических задач в повседневной жизни; предупреждения явлений, наносящих вред здоровью человека и окружающей среде; проведения исследовательских работ; сознательного выбора профессии, связанной с химией.

Курс химии как учебной дисциплины по ряду признаков существенно отличается от химии как науки. Химическая наука относится к числу таких масштабных, многоплановых областей научного знания, для какого-нибудь серьезного освоения которых явно недостаточно не только скудного лимита учебного времени, но и самой долгой жизни человека. Она включает в себя массу направлений, отраслей и подотраслей, неисчислимое количество изучаемых объектов, тем и проблематики самого различного уровня. Поэтому химию можно сравнить с неким многоэтажным построением. Исключает ли все это реальную возможность надлежащего овладения основами химических знаний в рамках учебного процесса?

Как свидетельствует многолетний дидактический опыт, эта возможность давно уже перешла в ранг действительности, стала свершившимся фактом. И тому нетрудно найти объяснение. Химия как учебная дисциплина, во-первых, имеет своим предметом уже готовое знание, произведенное химической наукой; во-вторых, в курсе химии представлено положительное, достоверное знание, в то время как в науке на переднем плане всегда находится незнание, недостаточное, дискуссионное знание и основная задача науки — превратить его в надлежащее знание; в-третьих, принцип построения учебного курса отличается от построения науки в том смысле, что формируется в расчете на решение задачи обучения, а не научного исследования.

1.3 ВОЗМОЖНОСТИ МЛАДШИХ ШКОЛЬНИКОВ ПРИ ИЗУЧЕНИИ ХИМИИ

Исследовательская работа в начальной школе сейчас особенно актуальна, поскольку именно на этом этапе учебная деятельность является ведущей и определяет развитие главных познавательных особенностей развивающейся личности. В этот период развиваются формы мышления, обеспечивающие в дальнейшем усвоение системы научных знаний, развитие научного, теоретического мышления. В младших классах закладываются предпосылки самостоятельной ориентации не только в учебе, но и в жизни [10].

Мотивационной основой исследовательской деятельности является любознательность, познавательная активность, потребность в новых впечатлениях и знаниях. Сюда, прежде всего, относится «бескорыстная» познавательная активность — направленность на познание ради самого познания. Эта бескорыстная познавательная направленность, исследование из чистого интереса, имеет развивающий эффект и положительно сказывается на решении множества последующих практических задач.

Основная причина, вызывающая любознательность и исследовательское поведение в конкретной ситуации, — это неопределенность, непонятность объекта, явления, отношений и т.д. И функция исследовательского поведения — уменьшение этой неопределенности путем поиска, экспериментирования и обработки полученной информации.

Факторы, «запускающие» исследовательскую мотивацию:

• новизна объекта или явления;

• его сложность;

• информационный конфликт (несоответствие или противоречие друг другу частей информации).

Стремление к новизне является универсальным. Объекты более высокой новизны привлекают внимание ребенка в первую очередь и исследуются более длительно и интенсивно. Однако чрезмерная новизна может подавлять исследовательское поведение, вызывать у детей реакцию избегания и даже страх.

Помимо стремления к новизне, существует и противоположное стремление — к воспроизведению, повторению уже известного: известных ситуаций, способов действий и т.д. Это служит более прочному усвоению материала.

Второй фактор, сопровождающий исследовательское поведение — возможность изменения параметра. Чем динамичнее объект, чем больше в нем воспринимаемых признаков, тем с большей вероятностью он вызывает исследовательское поведение ребенка. Но для дальнейшего развертывания исследования необходим оптимальный уровень сложности объекта. И слишком простые, и слишком сложные объекты способствуют быстрому угасанию познавательной активности. Оптимальным является такой уровень сложности, который требует от ребенка усилий, но при этом может быть ассимилирован, освоен, понят.

Третий фактор, вызывающий исследовательское поведение, — это когнитивный (познавательный) конфликт или противоречивость информации. Различные фрагменты информации противоречат друг другу, затрудняя однозначное опознание и анализ. Исследование направлено на поиски непротиворечивой интерпретации данных. Когнитивный конфликт особенно велик, когда отдельные части опознаются без труда, но ведут к противоположным заключениям (например, существо с головой льва и туловищем овцы трудно отнести к определенной категории)[11].

Ввиду специфики возраста нам не нужна сложность процессов и вредность реактивов. Младших школьников нужно удивлять и завлекать красочностью и эффектностью эксперимента.

Младший школьник сможет сделать только незамысловатый и несложный в исполнении эксперимент.

В этом возрасте мальчики ведут себя более активно и невнимательно, чем девочки. А девочки, в свою очередь, более правильные, спокойные. По этому, при разделении детей на группы необходимо учитывать этот фактор.

Так же немало важным является значимость взрослого. Данный курс может проводить как учитель данной школы, так и студент, аспирант, преподаватель высшего учебного заведения.

2.ПРОПЕДЕТИЧЕСКИЙ КУРС ХИМИИ ДЛЯ МЛАДШИХ ШКОЛЬНИКОВ

2.1 СОДЕРЖАНИЕ ЗАНЯТИЙ

При выборе опыта могут возникнуть некоторые затруднения. Для этого предлагается несколько критериев, соответствующих специфике возраста:

1. простота материала,

2. возможность варьировать тот или иной параметр,

3. простота самого опыта,

4. возможность создания спорной ситуации.

Предлагается для младших школьников (3 – 4 класса) ряд не сложных экспериментов. В следующем параграфе описана методика работы с данным материалом.

1. В стеклянную банку или стакан налить воду и растворить в ней таблетку фенолфталеина (он продается в аптеке и лучше известен под названием "пурген"). Жидкость будет прозрачной. Затем добавить раствор питьевой соды - раствор окрасится в интенсивный розово-малиновый цвет. Добавить туда лимонную кислоту - раствор снова обесцветится (вместо лимонной кислоты может использоваться яблочный уксус).

Комментарий: фенолфталеин выступает в качестве индикатора и меняет цвет при достижении рН = 8. При добавлении лимонной кислоты рН будет понижаться и раствор снова будет обесцвечиваться. Окрас раствора не будет зависеть от количества добавленного фенолфталеина, но если при добавлении небольшого количества соды рН будет меньше 8, то раствор не окрасится. Если небольшое количество лимонной кислоты не сместит рН в область меньше 8, то раствор не обесцветится. Для этого нужно нахождение оптимального количества соды и лимонной кислоты.

2. Необходимое для опыта: свечка, обычный аптечный йод, железный предмет, игла и наждачная шкурка.

Отшлифовать железную поверхность шкуркой до блеска, растопить воск и нанести на поверхность металла. Лучше если парафин растечется тонким слоем, для этого слегка нагреть металлический предмет. Нацарапать на воске иглой рисунок или просто полоски, так, чтобы канавки доходили до металла, набрать в пипетку йод (зеленку, перекись водорода, раствор марганца) и капнуть на поверхность. Когда через несколько минут раствор побледнеет, капнуть еще раз. Повторить эту операцию несколько раз, а через некоторое время снять слой парафина, будут наблюдаться (только если школьники капнули йод) на металле следы, повторяющие контуры рисунка.

Комментарий: в этом опыте железо реагирует с йодом с образованием соли – йодида железа. Она представляет собой порошок, который легко удаляется с поверхности. В результате, там, где были канавки, в металле образовались углубления. Такой процесс называют химическим травлением. В случае с другими веществами железо реагировать не будет и школьники ничего не увидят.

3. Следующий опыт стоит проделать первым.

Выращивание кристаллов. Приготовить перенасыщенный раствор соли (такой, в котором при добавлении новой порции соль не растворяется), и опустить в него затравку (проволочку с маленькой петелькой на конце). Через какое-то время на затравке появятся кристаллы.

Комментарий: при перенасыщенном растворе соли, на затравке будет происходить переосаждение. При разной концентрации соли будет меняться величина кристаллов.

4. Полоску универсальной индикаторной бумаги (продается в магазинах химических реактивов и в садоводческих магазинах) смочить любой жидкостью: слюной, чаем, - чем угодно. Увлажненное место окрасится, и по шкале на коробке определить, кислотную или щелочную среду исследовали.

Полоску универсальной индикаторной бумаги макнуть в щелочь и кислоту. Определить значение рН. Разбавить исходные растворы и снова определить рН, и так повторить несколько раз.

Комментарий: в зависимости от рН жидкости цвет будет меняться. Чем сильнее будет происходить разбавление, тем ближе рН будет к нейтральной.

5. На разрезанный клубень картофеля капнуть каплю аптечного йода (зеленки, перекиси водорода). Повторить опыт с разными овощами.

Комментарий: раствор йода вступит в реакцию с крахмалом и начнет синеть, с другими растворами изменения цвета произойдет. С другими овощами или фруктами изменения цвета в любом случае не будет.

6. Написать письмо лимонным соком или раствором лимонной кислоты. Чтобы его прочесть, растворить в воде несколько капель аптечного йода (перекись водорода, зеленка, марганцовка) и слегка смочите текст.

Комментарий: буквы проявятся только при соприкосновении раствора йода с листом бумаги. Пойдет реакция йода с лимонной кислотой.

2.2 МЕТОДИКА ОРГАНИЗАЦИИ ЗАНЯТИЙ

В первую очередь курс направлен на получение навыков работы в группе, умение публично выступать, правильно отстаивать свою точку зрения, грамотно вести дискуссию, ознакомиться с техникой проведения опытов, понять значимость фиксировать шаги и результаты.

Предлагается выстраивать занятие по следующим этапам:

1. организационные моменты,

2. самостоятельная работа в группах,

3. обсуждение полученных результатов,

4. повторение опыта (по необходимости),

5. выводы.

Курс предполагает ряд занятий, возможно даже сдвоенных. Курс рассчитан на дополнительные сдвоенные часы, которые будут проходить раз в неделю и на 8 – 10 человек. Про продолжительности это займет 6 недель.