Методологической основой межпредметных связей является положение классиков марксизма-ленинизма о необходимости раскрытия в процессе познания взаимосвязей природы, общества и мышления.
Каждая наука о природе, представляя определенную область человеческого знания, объектом и методами изучения связана с другими науками. «Вся доступная нам природа образует некую систему, некую совокупную связь тел. В том обстоятельстве, что эти тела находятся во взаимной связи уже заключено то, что они воздействуют друг на друга, и это их взаимное воздействие друг на друга и есть именно движение» *. Всеобщая связь и взаимообусловленность, проявляющиеся во всех формах движения материи, являются основой взаимосвязи наук. Поскольку учебные предметы строятся в логике той или иной науки, постольку они не могут быть изолированы друг от друга. В этом проявляется объективная основа связей учебных предметов в средней школе.
Большое значение имеют межпредметные связи для процесса познания. В. И. Ленин писал: «Чтобы действительно знать предмет, надо охватить, изучить все его стороны, все связи и «опосредор вания. Данное ленинское положение раскрывает сущность не только научного, но и учебного познания окружающего мира. В современной школе изучение природы производится на уроках различных учебных дисциплин. В связи с этим, отражение в школьном обучении ленинской идеи возможно при условии возрастающей роли межпредметных связей в процессе преподавания. Маркс К., Энгельс Ф. Соч., т.20, с. 566. ^ Ленин В. И. Полн.собр.соч., т.42, с. 290.
Таким образом, методологическими основами межпредметных связей в процессе обучения служат с одной стороны объективная взаимосвязь предметов и явлений природы, а с другой — процесс познания.
Развитие идей межпредметных связей в советской школе нашли конкретное отражение в работах, относящихся уже к ранним этапам ее становления. В трудах Н. К. Крупской «Мзтодические заметки», «О преподавании в школах взрослых «повышенного типа» отмечалось, что в целях воспитания всесторонне образованных людей необходимо изучать тот или иной предмет с точки зрения марксизма, с точки зрения диалектического метода, устанавливая между предметами тесные связи [3J. Н. К. Крупская писала: «При изучении каждой дисциплины — будь то литература, язык, обществоведение, история, география, математика, физика, химия, биология, педагогика и прочие — необходимо всестороннее изучение ее. И тут особо важен диалектический подход к ее изучению» [3, C.6I6]. Этот подход состоял, как считала Н. К. Крупская, в раскрытии существенных внутренних связей между явлениями одного класса, изучаемыми на уроках отдельных дисциплин, рассмотрении разнообразных контактов между явлениями, относящихся к различным классам. Такое изучение основ наук в школе должно было способствовать осознанию учащимися целостности происходящих в природе процессов. Преподавание же без связей между дисциплинами приведет к искусственному дроблению явлений на химическую, физическую, биологическую и другие части.
В статье «Диалектический подход к изучению отдельных дисциплин» [4 ] Н. К. Крупская подчеркивала, что взаимосвязи близких по содержанию учебных предметов не только обеспечивают повышение качества знаний школьников, но и способствуют подготовке учащихся к практике, развивают у них многосторонний научный кругозор, помогают формированию научного мировоззрения.
Идеи, развитые Н. К. Нрупской, не утратили своей значимости и в настоящее время. В современной дидактике решение проблемы межпредметных связей рассматривается с позиции возможностей реализации в обучении принципа преемственности, систематичности, а также формирования у учащихся системных знаний [8, 29, 61, 72, 85, 117, I4lJ.
Однако преемственность в педагогической литературе понимают по-разному. В одном случае ее рассматривают как связь между отдельными предметами в процессе обучения, в другом, как простое использование полученных знаний при дальнейшем изучении предмета, в третьем, как постоянство и единообразие требований, предъявляемых к учащимся при переходе из класса в класс и т. д. Мы под преемственностью понимаем такую опору на ранее изученный материал Скак теоретического, так и фактического характера), такое использование и дальнейшее развитие имеющихся у учащихся знаний и практических умений, при котором в их сознании создаются разнообразные связи между понятиями, изученными на уроках различных учебных предметов, в результате чего формируется система глубоких и прочных знаний.
Реализация принципа систематичности в обучении также требует использования межпредметных связей. Так, в учебнике по педагогике И. Т. Огородникова отмечается: «Принцип систематичности построения учебных программ не только не исключает, но обязательно предполагает межпредметные связи. Необходимость межпредметных связей обусловливается самой природой изучаемых явлений, событий и фактов.» [l03, с.191]. В «Основах дидактики» под редакцией П. И. Есипова говорится, что требование систематичности образования касается не только содержания отдельных учебных предметов, но и их расположения в учебном плане. Они должны быть расположены так, чтобы изучение одного предмета могло опираться на знания, излагаемые в других предметах ?[05. Подобное расположение учебных предметов позволяет широко использовать как внутри, так и межпредметные связи. Использование всех видов взаимосвязи содержания позволяет вычленить комплекс вопросов, само изучение которого невозможно провести без опоры на знания учащихся, полученные на уроках нескольких дисциплин. Особенно большое значение приобретает вычленение комплекса знаний в старших классах, изучение отдельных дисциплин в которых в значительной мере подготовлено содержанием учебных предметов в младших классах. Это в полной мере относится и к курсу органической химии, завершающе"^ школьное химическое образование. Таким образом, принцип систематичности проявляется не только в расположении учебного содержания внутри курсов, размещении самих курсов в учебном плане в системе, облегчающей восприятие учащимися материала, но также и в создании на базе этого отдельных комплексов знаний, систематическое формирование которых производится на протяжении практически всего школьного обучения.
Большую роль играют межпредметные связи в деле формирования систематичных знаний у учащихся. Как отмечает Л. Я. Зорина: «Систематичность — это такое качество знаний, которое характеризует наличие в сознании ученика содержательно-логических.
Но связей между отдельными компонентами знаний" [^61, с. 5 формирование таких логических связей в условиях изучения комплекса взаимообусловленных вопросов, понятий, теорий провести невозможно без реализации в процессе обучения принципа системности, который в свою очередь немыслим без межпредметных связей.
Значительное место в дидактических исследованиях занимает освещение роли межпредметных связей в процессе формирования мировоззрения учащихся. Особенно важными в этом отношении оказались взаимосвязи между физикой, химией, биологией — с одной стороны и обществоведением — с другой. Широкие философские обобщения о материальности и познаваемости мира, развитии и взаимосвязи явлений природы и общества и другие — основываются на фундаментальных законах естествознания [72, 73, 92, 97]. Ведущие идеи естественных наук становятся фувдаментом мировоззрения как системы взглядов и отношений к реальному миру (природе, обществу). В основе этих взглядов лежат общие научные идеи, законы и теории, изучаемые на уроках естественнонаучных дисциплин в школе. К ним относятся, например, молекулярно-ки-нетическая теория, учение о строении атомов (для физики и химии), законы общественного развития (для истории и обществоведения) и др.
Как было показано в трудах дидактов, важными задачами являются вьщеление для изучения определенной системы понятий, установление того, какие аспекты научной картины мира должны формироваться в тех или иных учебных предметах, разработка способов изучения сформированное&tradeмировоззренческих взглядов учащихся [l5, 16, 18, 32, 65, 81, I28j. Решение их на основе межпредметных связей будет способствовать лучшему формированию мировоззрения учащихся, пониманию ими глубокой связи и взаимообусловленности явлений природы, фи этом реализация межпредметных связей между дисциплинами естественно-математического цикла поможет в формировании общих для этих наук понятий, а связи между различными циклами учебных дисциплин будут способствовать выработке наиболее общих, философских понятий, отражающих современный взгляд на природу и общество. Таким образом, успешное формирование у учащихся мировоззрения требует структурирования содержания отдельных учебных предметов, «поставляющих» сведения (факты, понятия, законы, теории), которые в совокупности позволят учащимся понять проявление в кошфетной форме движения материи фундаментальных законов природы. Из этого следует, что достижение одной из важнейших целей обучения — формирование мировоззрения учащихся невозможно без выявления путей развития важнейших понятий конкретных учебных дисциплин, уровней, отражающих этапы их развития в учебном предмете, наиболее общих теорий, позволяющих объяснять большой класс явлений и т. п. Провести подобную работу в рамках одного учебного предмета, практически, невозможно, ведь наиболее общие теории, включенные в содержание конкретного учебного предмета, являются одновременно достоянием всего естествознания. Примерами могут служить такие теории, как атомистика, строения атомов, электролитической диссоциации. Общность их невозможно показать с позиции какой-либо одной учебной дисциплины. Для этого необходима реализация межпредметных связей. В свою очередь, реализация межпредметных связей в своей основе имеет знание, обладающее системностью, то есть характеризирую-щееся наличием в сознании учащегося структурных связей между знаниями внутри научной теории [^62, 79. Эти знания, как считает Л. Я. Зорина, включают следующие элементы: научные понятия, основные положения (основные законы), научные факты, опосредованно входящие в основные положения, и следствия. Поскольку данные элементы составляют содержание конкретной учебной дисциплины, то одним из важных условий формирования системных знаний является такое его структурирование, которое бы выявляло связи между его структурными элементами.
Хотя сложившееся понимание роли межпредметных связей стало довольно распространенным, появляются работы, в которых авторы утверждают, что действие межпредметных связей выходит за рамки принципов систематичности и последовательности в обучении. В последнее время наблюдается устойчивая тецценция выделения межпредметных связей в самостоятельный дидактический принцип (Н.А.Лошкарева [83, 85, М. М. Левина [во], И. Д. Зверев и В. Н. Максимова и др.). Так, Н. А. Лошкарева, опираясь на работы Н. К. Крупской, где межпредметные связи рассматриваются, как обязательный марксистский принцип, отмечает: «. межпредметные связи, отражая в учебном процессе связи реальной действительности, являются выражением закономерности объективного мира и в силу своего философского и дидактического значения определяют содержание, методы и формы обучения. Поэтому есть все основания считать межпредметные связи одним из принципов советской педагогики (дидактики) „[83, с.36−37]. М. М. Левина в статье „Межпредметные связи как дидактическое условие формирования у учащихся научных понятий и знаний о методах“ подчеркивает, что межпредметные связи“. есть принцип конструирования дидактической системы» [80, с.60].
И.Д.Зверев, В. Н. Максимова в книге «Межпредметные связи в современной школе», последовательно раскрывая многоаспект-ность проблемы, обосновывают межпредметные связи как принцип обучения. Авторы подчеркивают: «Исследования и практика убеждают, что одним из важнейших современных принципов обучения являются принцип межпредметных связей, социально и методологически обусловленный задачами всестороннего развития личности, тенденциями интеграции науки, развитием системного метода познания» [<59, с.49]. Здесь же отмечается, что межпредметные связи как дидактическое условие способствуют решению в процессе обучения образовательных, развивающих и воспитательных задач школы, а с другой стороны, «. выполняют методологические, конструктивные и формирующие функции» там же, [с.47]. Не согласиться с этим высказыванием трудно. Достаточно хотя бы ознакомиться с содержанием материалов конференций по межпредметным связям, проходившим в Алма-Ате, Москве, Шнеке и др., многочисленных сборников статей, посвященных данному вопросу, диссертационных исследований, завершенных в последние годы [57, 140, 141, 14б]. Поэтому вполне оправданной, на наш взгляд, является высказывание Н. А. Лошкаревой, что к вопросу определения межпредметных связей еще не раз будут обращаться исследователи, «. ибо от содержания понятия, в частности от сужения или расширения его трактовки, зависит сфера его применения и степень реализации» [83, с.49].
В своем исследовании мы будем рассматривать межпредметные связи как дидактическое условие, способствующее достижению в процессе обучения систематичных знаний учащихся. Это качество знания, на наш взглдц, является одним из самых ценных в старших классах. Оно способствует не только большей осмысленности содержания, изучаемого в рамках одной учебной дисциплины, но также и лучшему пониманию материала, составляющего комплексы знаний, формируемые на уроках отдельных циклов предметов.
Вопросам установления межпредметных связей химии с другими дисциплинами посвящено значительное число исследований. Из всего многообразия работ мы вццелили лишь те, в которых рассматривается влияние межпредметных связей на формирование знаний учащихся о строении вещества и химических процессах. В своем кратком анализе мы рассмотрим исследования, появившиеся после введения в 1968 году новых программ. Здесь важно отметить, что в первые годы после перехода на новое содержание основное внимание исследователей было обращено на совершенствование изучения вопросов строения вещества. В последующие годы все чаще стали появляться работы, посвященные изучению в школе химических процессов.
Одним из первых в данный период появилось исследование проблемы межпредметных связей курсов химии и физики, проведенное Е. Е. Минченковым [96j. В этом исследовании автор показал, что для успешной реализации межпредметных связей в процессе формирования знаний учащихся о строении вещества необходим детальный анализ структур связываемых курсов. На примере неорганической химии УП-УШ классов и физики У1-УШ классов он разработал подход к осуществлению контактов между этими дисциплинами, заключающийся в переносе отдельных мелких частей содержания (признаков содержания) из одного курса в другой. Такой перенос может быть осуществлен при условии логичности структур данных курсов, позволяющих успешно формировать в сознании учащихся специфические для них понятия. Вместе с тем Е.Е.Минчен-ков показал, что подчинение логики изложения материала в каждой учебной дисциплине межпредметным связям может привести к неоправданным искажениям структур курсов, что затруднит усвоение материала учащимися. С позиции каждого учебного предмета собственная структура построения содержания является основой, на которую опирается весь процесс формирования понятий данного предмета. Так Е. Е. Минченков пишет: «Исследование логической структуры курса химии показало невозможность перестановки ступеней развития отдельных понятий. В случае нарушения логической структуры курса этапы развития основных понятий могут лишиться важных признаков содержания, что приведет к неоправданному догматизму в обучении»96, с.183]. Значительный интерес с позиции нашего исследования представляют работы.
Г. Н.Осокиной, Л. М. Тукмачева, Е. А. Шишкина, А. С. Корощенко 76, ности, открывающиеся в процессе реализации контактов между курсами органической химии и физики.
В исследовании, посвященном развитию у учащихся средней школы общих химических понятий в процессе изучения органической химии, Г. Н. Осокина подчеркивает, что связи с физикой позволят развить понятия о строении вещества. Особое внимание автор уделяет взаимосвязи физических свойств веществ, таким как температура плавления и кипения, плотность, диэлектрическая проницаемость и др. от строения. На конкретных примерах учащиеся убевдаются, что физические свойства веществ зависят не только от сил молекулярного взаимодействия, но и от природы соединения, от состава и строения молекул. Поэтому автор считает необходимым использование данных о физических константах не только для описания свойств конкретного вещества, но и для того, чтобы судить о его строении.
Большую роль могут сыграть межпредметные связи и при изучении геометрических форм молекул. В связи с этим Г. Н. Осокина считает возможным формировать у учащихся самое общее представление о рентгеноструктурном и спектроскопическом методах изучения строения вещества. Поскольку, как указывает автор, физические основы этих методов (волновые свойства света) изучаются довольно поздно, привлечение их предполагается в заключительной теме курса.
Г. Н.Осокина рекомендует осуществлять межпредметные связи и при изучении химических процессов. На примере обратимых реакций в органической химии она предлагает формировать понятие о зависимости направления смещения химического равновесия от физических факторов (концентрации, температуры, давления). этих исследованиях авторы показывают возмож.
Однако объяснение этого явления на основе молекулярно-кинети-ческой теории не предусматривается.
Дальнейшее развитие идей межпредметных связей в преподавании органической химии можно найти в работах Л.М.1укмачева [134, 135, 136, 137]. Наибольший вклад в рассматриваемую проблему автор внес разработкой методики использования на уроках органической химии физических методов изучения строения вещества для доказательства зависимости свойств соединений от электронного и пространственного строения. Так, для выявления зависимости от этих факторов кислотных и основных свойств органических веществ, он предлагает ознакомить учащихся с методом сравнения электропроводности соответствующих растворов. Зависимость оптической активности веществ от строения Л.М.Тук-мачев рекомендует показать, ознакомив учащихся с поляриметрическим методом исследования. Автор доказал, что при изучении органической химии можно успешно использовать магнитные и рент-ге, но структурные методы изучения веществ. Наряду с этим Л.М.Тук-мачевым было показано, что в процессе изучения тепловых эффектов химических реакций необходимо привлекать знания учащихся о законе сохранения энергии, что позволит при заключительном повторении химии в X классе объединить закон сохранения массы и энергии в единый закон сохранения материи [138].
В диссертационном исследовании Е. А. Шишкина «Ознакомление учащихся с методами исследования веществ в школьном курсе химии» [l73j предложен подход к ознакомлению учащихся с методами исследования веществ в курсах органической и неорганической химии. Суть подхода состоит во введении в курс информации о методах изучения веществ, широко опирающихся на знания учащимися физического материала. Наряду с методами исследования веществ, ознакомление с которыми предложил Л. М. Тукмачев, автор считает необходимым привлечь хроматографию. Кроме экспериментальных предлагается также шире рассмотреть отдельные теоретические методы. К ним отнесены мысленный эксперимент, метод вывода формул веществ и др. [173, 174].
В этих и подобных им исследованиях авторы разработали много интересных и оригинальных подходов к изучению веществ как в курсе неорганической, так и органической химии. С целью более углубленного выявления связей между составом — строением и свойствами веществ ими было предложено включить в курс органической химии ряд доступных для понимания учащихся физических и физико-химических методов. Наряду с этим исследовались вопросы влияния включенного материала на осознанность и глубину восприятия учащимися химических фактов, понятий, законов. Всем этим авторы внесли существенный вклад как в развитие идеи, так и в практическую реализацию межпредметных связей химии и физики. Однако в подобных работах роль межпредметных связей усматривалась лишь в совершенствовании отдельных (хотя и важных) сторон знаний о строении и свойствах вещества. Поэтому дальнейшее развитие межпредметных связей химии и физики должно идти не по пути связывания отдельных фактов, понятий, законов, а в направлении выработки цельного представления учащихся о веществе и его свойствах. Такой подход возможен, если рассматривать эти знания или систему, как единый комплекс, включающий звенья, состав, строение, свойства, получение и применение веществ. Выявляя среди них те, на формирование которых в большей мере влияют знания, полученные на уроках физики, открывается возможность сформировать систематичные знания учащихся о веществе, основной характеристикой которых будут логические связи мевду элементами содержания. Подобный подход не является принципиально новым. Реализация межпредметных связей с позиции комплекса знаний учащихся о веществе, формируемых на уроках естественно-научных дисциплин, рассматривалась в исследовании К. А. Сармановой [l24]. Ценность этого исследования заключается в том, что в нем впервые показаны возможности реализации межпредметных связей, основу которых составляет комплекс знаний учащихся о веществе. С позиции выявленного комплекса становится ясной роль каждого учебного предмета в формировании общих знаний, взаимосвязи и взаимозависимости не только содержания, но и методических подходов к рассмотрению конкретных вопросов в учебных дисциплинах.
Близкие идеи развиты и в исследовании Э. Н. Кирикилицы ['бэ]. В своей работе она отмечает, что применение субстанциональных, структурных и функциональных понятий, позволяющих рассмотреть вещество с различных позиций его строения, структуры и свойств, дало возможность разработать общую модель развития знаний учащихся как в пропедевтических курсах, так и в начальном курсе химии.
Исследования К. А. Сармановой и Э. Н. Кирикилицы посвящены начальному этапу курса химии. Работы, в которых бы рассматривались возможности подобного изучения вещества в старших классах, отсутствуют. Это показывает актуальность нашего исследования.
Значительно меньше исследований затрагивает вопрос о межпредметных связях при изучении в курсе органической химии процессов. Наиболее интересной с нашей точки зрения является работа А. С. Корощенко [ 76 J. В ее диссертации разработана методика закрепления и развития знаний о закономерностях химических реакций, предусматривающая активное использование понятий энергия связи, энергия активации, переходное состояние и др. В данном исследовании выявлены этапы обобщения и систематизации сведений о химических процессах, на каждом из которых проводится сопоставление знаний, полученных на уроках химии и физики.
Хотя в самом исследовании А. С. Корощенко отсутствует термин «межпредметная связь», но реализация разработанной методики поэтапного углубления знаний о химических процессах невозможна без использования знаний, полученных учащимися на уроках физики. В данной диссертации можно по существу видеть этапы развития представлений учащихся о химических процессах с использованием межпредметных связей.
Наряду с диссертационными исследованиями в последние годы появилось значительное число книг и статей, в которых в той или иной мере затрагиваются вопросы межпредметных связей химии и физики. Во всех этих работах убедительно показано, что изучение учащимися химии невозможно провести успешно без опоры на физические знания. Теоретический и фактический материал физики необходимо привлекать для лучшего обоснования изучаемых химических понятий, а также формирования представления учащихся о материальном единстве мира. Особенно важными такие связи являются при изучении органической химии в X классе.
На уроках физики учащиеся знакомятся с рядом электрических, магнитных и оптических явлений, использование знания которых на занятиях по химии существенно расширяют возможности межпредметных связей. Обоснование и примеры использования подобных знаний на уроках органической химии приведены в работах Л.М.Т^кмачева, Е. Г. Шмуклера, Л. З. Дюсюповой и др. [134, 49, I74J. Авторы показали, как, используя отдельные идеи и принципы физики и математики, можно расширить и углубить представления о строении органических веществ. Так, Л.М.1укмачев для доказательства строения вещества предлагает ознакомить учащихся с рентгено-структурным анализом, основой которого являются знания о распространении волн. Ql36J. Е. Г. Шмуклер для изучения строения органических соединений предложил использовать магнитные свойства вещества Изучение поведения вещества в магнитном поле может служить критерием для обоснования его электронного строения.
Наряду с использованием физических знаний учащихся при изучении на уроках химии строения вещества имеются работы по проблеме углубления на физической основе представлений школьников о химических процессах [159, 160, 168, 169, 170, 171, 74, 53, 161 и др.^. Одним из основных является здесь энергетический аспект химических реакций. В методических работах рекомендуется шире использовать на уроках химии знания учащихся о потенциальной и кинетической энергии, внутренней энергии тел, единицах измерения количества теплоты, законе сохранения энергии и др. Так, Г. И. Шелинский показал значение вопросов энергетики процессов для выявления закономерностей протекания химических реакций Он первый ввдвинул идею более раннего ознакомления учащихся с энергетическими характеристиками химических реакций. При этом было рекомендовано не только использовать известные из курса физики знания, но также объяснять учащимся неизвестные понятия, например, «энтропия» .
Идеи, затронутые в этой работе, наши отражение в книгах и статьях других авторов [lI8> 119, 120].
В книге «Формирование понятия о химической реакции» Т. З. Савич также указывается на необходимость изучения отдельных энергетических понятий [l20]. Рассмотрение их в большей мере опирается на знания учащихся, полученные в курсе физики. Однако автор рассматривает не только энергетику, но и кинетику химических процессов. На примере синтеза иодоводорода она предлагает рассмотреть переходное состояние, возникающее в процессе преобразования исходных веществ в продукты реакции.
Т.З.Савич выделила основные группы понятий о химической реакции (ее сущность, механизм химического превращения, начальное состояние реагирующей смеси и др.), способствующие логически обоснованному включению их в курс химии.
В главе «Развитие понятия о химической реакции в X классе» раскрываются методические пути углубления знаний о механизме химического превращения, факторах, влияющих на скорость процесса, его обратимость, химическое равновесие. Рассмотрение этих вопросов рекомендуется проводить совместно с углублением представлений учащихся о строении вещества.
Иной подход к изучению химических реакций в неорганической химии рассматривается А.Э.Мациевским[ 91″ ]. Автор проводит идею изучения сущности химических реакций без введения понятий энергии активации, энергии связи, теплоты образования.
Идея осуществления межпредметных связей при изучении химических процессов в X классе нашла отражение в методическом пособии «Преподавание органической химии в X классе» ^15б]. При выяснении свойств веществ различных классов обсуждаются условия течения химических реакций, их обратимость, химическое равновесие и условия его смещения. Изучение этих вопросов опирается на закон сохранения энергии, понятия о количестве теплоты и единицах ее измерения. На основе электронных представлений расгфывается сущность химических превращений, механизмы ряда химических реакций.
Анализ содержания статей в журнале «Химия в школе» показал, что отношение учителей к проблеме связи преподавания химии с физикой изменялось в соответствии с вьщвигаемыми перед советской школой задачами. Особенно усилилась деятельность учителей химии по реализации межпредметных связей в преподавании в период работы по усовершенствованной программе. Включение в учебные программы рубрики «Межпредметные связи» ориентирует учителей на использование в преподавании химии знаний учащихся, приобретенных на уроках природоведения, биологии, физики, математики и т. д. В журнале появились статьи, в которых авторы делятся опытом работы по осуществлению межпредметных связей при формировании важных химических понятий, количественных характеристик веществ, процессов и т. п. [121,115,168].
Несмотря на значительное число статей, все же проблема связи органической химии и физики уделено недостаточно внимания.
Мало внимания уделено вопросу реализации межпредметных связей органической химии и физики в методических сборниках и журнальных статьях, вышедших за последние десять лет в Казахстане. Нами были проанализированы материалы, отражающие опыт работы учителей республики в методическом журнале «Казахстан мектеби», в методической литературе, изданных институтами усовершенствования учителей различных областей, сборниках материалов республиканских педагогических чтений. К сожалению, ни в одной из них мы не нашли ответа на поставленный вопрос: как в школах республики учителя используют знания учащихся по физике при изучении органической химии.
На протяжении нескольких последних лет мы посещали уроки и интересовались тем, как учителя химии школ города и области связывают содержание курса органической химии с физическими знаниями учащихся. В процессе посещений было установлено, что большая часть учителей слабо связывают преподавание химии с физикой. Наибольшее число связей реализуется при изучении вопросов химических связей, природы электрона и т. п. Однако в опыте даже передовых учителей практически отсутствует систематическое использование физического материала при изучении органической химии.
Анализ литературных источников и изучение опыта работы учителей позволили сделать следующие выводы.
1. В действующих учебниках для средней школы и методических руководствах не раскрыты с достаточной полнотой связи учебного материала органической химии с ранее приобретенными физическими знаниями учащихся.
2. Недостаточная вооруженность значительного числа учителей химии физическими знаниями затрудняет отбор ими сведений из курса физики, на основе которых необходимо раскрывать строение и свойства органических соединений, закономерности химических процессов.
3. Слабо исследованными остаются вопросы изучения строения вещества и химических реакций на уроках органической химии во взаимодействии с физикой, использования в процессе изучения этой учебной дисциплины физических методов, позволяющих углубить представления учащихся о строении и превращениях органических соединений.
4. Поскольку большая часть методических работ, в которых так или иначе затрагиваются контакты между физикой и органической химией, не были посвящены специальному изучению связей между этими дисциплинами, то рекомендации относительно реализации их в деятельности учителя довольно «распылены» и не носят систематического характера, а поэтому в малой степени влияют на совершенствование процесса обучения органической химии.
Полученные после анализа литературы и практики преподавания выводы показывают, что исследование проблемы связей органической химии и физики актуально.
Актуальность настоящего исследования подтверждается также и принятой усовершенствованной программой по химии, где к каждой теме указано содержание важнейших межпредметных связей курса органической химии с дисциплинами естественно-научного цикла. Возникает задача исследовать возможности реализации в практике указанных связей, использовать их для достижения важнейших целей обучения химии, к которым относится углубление химических понятий, формирование представлений о единстве материального мира и др.
Предметом исследования служит процесс обучения учащихся реализации на уроках органической химии межпредметных связей с физикой при изучении состава, строения и свойств веществ, а также химических процессов.
В процессе исследования была вьщвинута следующая гипотеза: обеспечение преемственности курсов физики и органической химии по вопросам состава, строения и свойств веществ и закономерностей химических процессов, обучение учащихся реализации в учебной деятельности межпредметных связей позволит:
— осуществить более доказательное изучение органических веществ и происходящих с ними химических реакций;
— облегчить восприятие учащимися данных вопросов;
— повысить самостоятельность в использовании физических знаний при изучении вопросов органической химии;
— усилить объясняющую и прогностическую функции сформированного теоретического знания.
Цель исследования заключается в изучении методических путей реализации в процессе преподавания органической химии межпредметных связей с физикой и усовершенствовании формирования знаний учащихся о веществах и химических процессах.
Исходя из поставленной цели, предполагалось решить следующие задачи:
1. Выявить в курсах химии и физики комплекс знаний о веществе и процессе, который послужит основой межпредметных связей между этими дисциплинами.
2. Определить методические пути использования в курсе органической химии выявленных комплексов.
3. Определить педагогическую эффективность использования в процессе обучения учащихся органической химии выявленных комплексов знаний о веществе и химических реакциях.
В процессе исследования использовались следующие методы;
— изучение общепедагогической и методической литературы;
— анализ действующих программ и учебников по физике и химии У1-Х классов;
— изучение педагогического опыта;
— наблюдения уроков физики и химии;
— педагогический эксперимент.
Экспериментальное исследование проводилось в три этапа с 1973;74, 1974;75 и 1975;76 учебных годах. На первом этапе был организован констатирующий эксперимент, задачей которого было выявление у учащихся умения самостоятельно переносить знание с уроков физики на занятия по органической химии. На втором этапе задачей эксперимента было определение содержания связей. На третьем этапе был проведен основной эксперимент по окончательной отработке методики реализации учителем межпредметных связей.
В 1982;83 учебном году в связи с введением усовершенствованной программы по химии и физике было проведено дополнительное изучение эффективности предлагаемой методики. После этого эксперимента была проведена окончательная корректировка содержания и методики осуществления межпредметных связей.
Результаты теоретического исследования проблемы и изучение опыта работы школ позволили выявить знания учащихся о веществе и процессе, показать, что они представляют собой комплексыусовершенствовать работу учителей по реализации межпредметных связей.
На защиту выносится методическая концепция реализация межпредметных связей при изучении органической химии. В основе ее лежит идея о том, что на уроках химии продолжается формирование знаний о веществе и процессе, начатое еще в пропедевтических предметах и развитое в курсах физики и неорганической химии. В связи с этим межпредметные контакты химии и физики реа-лизируются в форме преемственного развития знаний о веществе и процессе на достигнутом к X классу теоретическом уровне.
Реализация межпредметных связей учителем направлена не только на формирование в сознании учащихся собственно химических понятий и достижение общих целей обучения предмету, но и на привитие учащимся умения самостоятельно использовать имеющиеся физические знания при изучении органической химии.
В рамках данной концепции были разработаны методические рекомендации для учителей, позволяющие осуществить работу по формированию и развитию умения переносить физические знания на химические объекты.
лать выводы о сложности строения атома. Полученные учащимися сведения об электронах используются для объяснения различных электростатических явлений, например, электризации тел, выявления отличий между проводниками и диэлектриками. В последующих темах представления об электронах и электрическом поле используются для объяснения электрического тока в металлах, электролитах, электрического сопротивления проводников и др.
Цри изучении электромагнитных явлений раскрываются связи между электрическими и магнитными явлениями. Учащиеся узнают о существовании магнитного поля, способах его изучения.
Анализ содержания курса физики УП класса показывает, что между подсистемами понятий о веществе и процессах имеются четко прослеживаемые связи. Такие же связи можно выявить и между звеньями, относящимися к какой-либо одной подсистеме.
Второй этап обучения физике в УШ-Х классах представляет собой систематический курс, построенный в порядке усложнения форм движения материи: механика, молекулярная физика, электродинамика, оптика, физика атома и атомного ядра. На этом этапе проводится развитие знаний учащихся в рамках подсистемы понятий о веществе и процессе, полученных в У1-УП классах.
В курсе физикиУШкласса происходит углубление и расширение знаний по механике (кинематике, динамике, статике), а также рассматриваются виды деформаций тел под влиянием различных сил.
Углубление знаний по кинематике начинается с введения новых понятий о системе отсчета, векторных величинах (перемещение, скорость, ускорение) для различных видов движения.
Изучение равномерного, неравномерного и др. видов движения позволяет существенно расширить представления учащихся о скорости и ускорении.
Введение
этих понятий позволяет описывать движение тел при помощи графиков, раскрывающих зависимость скорости от времени.
Таким образом, введение новых понятий в звено «кинематика» позволило не только расширить знания учащихся о прямолинейном движении тел, но и рассмотреть 1фиволинейное движение (по окружности, брошенного под углом к горизонту и т. п.), характеризовать их поведение в каждой точке траектории.
Звено «динамика» в УШ классе также расширяется и углубляется. Центральное место здесь занимают законы Ньютона, сохранения количества движения импульса и энергии. Совокупность этих законов позволяет описать движение не только с позиции кинематики, но динамики и энергетики.
В разделе «Силы природы» углубляются и расширяются знания о взаимодействии тел. Учащиеся узнают, что силы, рассматриваемые в механике, являются результатом всего двух видов взаимодействий электромагнитного и гравитационного. Проявлениями электромагнитного взаимодействия являются силы упругости и трения.
Цри изучении внутреннего строения тел учащиеся знакомятся с взаимодействием атомов, где подчеркивается, что силы этого взаимодействия могут менять направление при изменении расстояния между частицами. При малых расстояниях между атомами они отталкиваются, а при увеличении расстояния — притягиваются. На некотором удалении друг от друга (равном, приблизительно размерам самих атомов) силы взаимодействия равны нулю.
Анализ курса физики УШ класса показывает, что не все звенья развиваются здесь в равной мере. Так, понятия, образующие звено «состав» веществ, остается практически на уровне У1-УП класса, звено «энергетика» развивается в небольшой мере. Наибольшее приращение получают звенья «кинематика» и «динамика» в подсистеме понятий о процессе), а также «строение» (в подсистеме о веществе).
В IX классе развитие понятий о веществе и процесса также происходит неравномерно. Одни звенья получают здесь существенное приращение, а другие остаются практически на прежнем уровне. Мало изменяются в IX классе звенья «состав» вещества, «кинетика» и «динамика» процессов. Это связано с тем, что в предыдущих классах были введены практически все основные понятия, характеризующие данные звенья. Поэтому в IX классе происходит лишь их расширение, перенос на новые факты и явления. Так, при изучении основ термодинамики широко используются понятия «молекула», «атом», «скорость» процесса, «обратимость» и др. Эти же понятия используются и при изучении других разделов курса.
Звено «строение» вещества в IX классе совершенствуется не за счет знакомства учащихся с какими-либо новыми частицами, а на основе углубления представлений о них. Так, для характеристики молекул вводится понятие о диполе, на основе которого открывается возможность классифицировать диэлектрики на полярные и неполярные. При изучении элементов термодинамики учащиеся знакомятся с идеальным газом — особой моделью газа, молекулы которого находятся на расстояниях значительно превышающих их собственные размеры.
Свойства жидкостей и твердых тел также рассматриваются на основе атомно-молекулярного учения. Новым здесь является вывод основного уравнения молекулярно-кинетической теории, связывающего макроскопические свойства вещества с микровеличинами, характеризующими молекулы.
Развитие представлений о строении твердых тел происходит на основе изучения их упругости и пластичности, рассмотренных с позиции взаимодействия между составляющими частицами и т. п.
Указанные представления позволили углубить знания учащихся о кристаллическом и аморфном строении вещества. Кристаллы определяются теперь как тела, обладающие кристаллической решеткой, характеризующейся симметрией и наличием дефектов структуры, а аморфные тела в отличие от 1фисталлов не имеют строго порядка в расположении атомовчастицы располагаются хаотично. Учащиеся узнают, что согласно принципу минимума потенциальной энергии, наиболее устойчивое состояние равновесия частиц твердого тела соответствует кристаллической структуре. Поэтому аморфное состояние не является равновесным и с течением времени происходит кристаллизация аморфных тел.
Характеристика веществ продолжается и при изучении основ электродинамики. Здесь учащиеся знакомятся с тем, что элементарные частицы обладают массой, а многие из них и зарядом. Минимальный заряд, существующий в природе, — это заряд элементарных частиц, модуль которого равен 1,6 Кл. В правильности значения элементарного электрического зарада они убеждаются при изучении закона электролиза.
Дальнейшее расширение знаний о строении вещества происходит при изучении проводников, диэлектриков и полупроводников. В отличие от металлов, имеющих свободные электроны, в кристаллах диэлектриков электрические заряды связаны друг с другом. Изучение строения полупроводниковых кристаллов и природы связей, удерживающих атомы в кристалле, расширяет сведения учащихся о ковалентных связях.
Из курса химии УШ класса учащимся известно, что пара электронов, участвующая в образовании ковалентной связи, принадлежит лишь двум атомам. На примере полупроводникового кристалла кремния, учащиеся узнают, что атомы могут образовывать между собой связи, электроны которых способны двигаться от атома к атому. В результате валентные электроны принадлежат не двум атомам, а как бы всему кристаллу. Подобный взгляд на строение полупроводников позволяет объяснить их электронную и дырочную проводимость.
Изучение физики в IX классе способствует развитию представлений учащихся о процессах. При этом новыми знаниями пополняются практически все звенья данной подсистемы понятий. Так, тепловые явления рассматриваются с точки зрения молеку-лярно-кинетической теории и термодинамики. При их изучении вводятся следующие новые понятия: «система», «состояние системы», «параметры состояния» и т. п.
Введение
их позволяет вывести уравнение Клапейрона-Мевделеева, связывающего в единой форь"уле параметры состояния идеального газа.
При изучении первого закона термодинамики расширяются сведения о внутренней энергии, работе и т. п. (звено «энергетика» процесса). Устанавливается также зависимость внутренней энергии от термодинамических параметров: температуры и объема. Указывается, что внутренняя энергия идеального газа зависит от одного параметра — температуры, а у реальных газов, жидкостей, твердых тел внутренняя энергия однозначно определяется температурой и объемом.
В дальнейшем понятия работа и количествотеплоты рассматриваются как количественные меры взаимодействия системы с внешними телами. С точки зрения термодинамики работа и теплообмендве единственно возможные формы передачи энергии. Работа и количество теплоты характеризуют изохорный, изотермический, изобарный и адиабатный процессы, при которых происходит изменение энергии. В дальнейшем, обобщая опытные факты, касающие необратимости процессов, формулируется второй закон термодинамики.
Изучение электродинамики основывается на понятии об электрически заряженных элементарных частицах и учении об электромагнитном поле.
Центральным вопросом электродинамики является электромагнитная ивдукция, открытая Фарадеем. Сущность ее состоит в возникновении ЭДС в замкнутом контуре при изменении магнитного потока через площадь, ограниченную этим контуром. При изучении электромагнитной ивдукции развиваются не только звенья «механизм» процесса и «кинетика», но также и «динамика», так как рассмотрение индукционных (как, впрочем и других) явлений производится на основе выявления сил, действующих между частицами и полями.
В курсе физики X класса обобщаются и углубляются понятия о веществе. Здесь расширяются сведения о составе атомных ядер. Учащиеся знакомятся с открытием нейтрона и количественным определением состава ядра по атомному номеру и массовому числу элемента. На основе этих понятий углубляются сведения об изотопном составе элементов. Учащиеся знакомятся также с элементарными частицами, являющимися основой вещества.
Звено «строение» вещества также получает развитие. На основе опытов Э. Резерфорда и постулатов Н. Бора формулируются основные положения теории строения атома. Учащиеся знакомятся с ядерными силами, которые во много раз превосходят известные электромагнитные силы.
Для доказательного изучения существования элементарных частиц и строения ядра в курсе физики используются различные методы регистрации элементарных частиц: газоразрядный счетчик Гейгера, камера Вильсона, пузырьковая камера. Эти и другие приборы позволяют показать учащимся реальность существования микрочастиц.
Звено «свойства» веществ расширяется введением вопроса о радиоактивности. Учащиеся знакомятся с некоторыми веществами, обладающими свойствами радиоактивного излучения. При этом они узнают также и некоторые характеристики элементарных частиц, к которым относятся масса, заряд, взаимопревращаемость и др. Изучением микрочастиц завершается знакомство учащихся с веществами. К этому моменту меящу звеньями системы знаний выявляется наибольшее число связей, раскрывающих взаимообусловленность состава, строения и свойств веществ.
Развитие знаний учащихся о процессах происходит на примерах колебательного движения и волн. Учащиеся знакомятся со свободными и вынужденными колебаниями, рассматривают их параметры (период, частоту, амплитуду, фазу), а также выводят уравнения, описывающие эти процессы.
Изучение волн разделено. Вначале рассматриваются механические волны. При их изучении вводятся основные понятия, характеризующие волну. К ним относятся поперечные и продольные волны, интерференция, дифракция, отражение, преломление и др. Все эти понятия используются и при изучении электромагнитных волн, в основу которого положена теория Максвелла.
Знакомясь с явлением дисперсии света учащиеся узнают, что световые лучи делятся на хроматические и монохроматические, а изучение поляризации раскрывает перед учащимися поперечность световых волн. При изучении темы вводятся понятия о показателе преломления среды (относительном и абсолютном), поляроидах, дифракционных решетках и др.
В главе, в которой рассматривается вопрос об излучениях и спектрах, обосновывается электромагнитная природа различных излучений и экспериментально устанавливается взаимосвязь между характером излучения и структурой вещества. Здесь вводятся понятия о видах и спектрах излучения (тепловые излучения, электролюминесценция, фотолюминесценция, линейчатые, полосатые, сплошные спектры). Подробно рассматриваются свойства, получение, применение инфракрасных, ультрафиолетовых и рентгеновских лучей.
Изучение явления фотоэффекта способствует формированию представлений о дискретности энергии излучения и поглощения, о квантах света. На основе опытов конкретизируются представления учащихся о фототоке и условиях его возникновения, устанавливается зависимость величины фототока от освещенности и напряжения.
Завершая краткий анализ курса физики X класса можно отметить, что хотя многие из рассматриваемых здесь процессов изучаются весьма поверхностно, но даже такое их изучение вносит вклад в совершенствование звеньев системы таких, как «механизм», «кинетика», «динамика» и др. Знания о веществе и процессе, позволяют объединить обе системы понятий в законе сохранения массы и энергии. Такое объединение систем понятий важно не только для совершенствования частно-научных знаний учащихся, но и их мировоззрения.
— 160 -ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
Проведенное диссертационное исследование позволяет сделать следующие выводы.
1. Школьные естественно-научные дисциплины, к которым относятся физика и органическая химия, отражая соответствующие науки, представляют собой развивающиеся системы знаний о веществе (тела) и процессах. Структурными элементами этих систем являются (соответственно) понятия о составе, строений, свойствах веществ и др., а также о кинетике, энергетике и механизмах процессов, составляющие звенья этих систем.
Системообразующими являются связи между вьщеленными звеньями. Характер и число таких связей существенным образом зависит от теоретического уровня изучения веществ и процессов, а также методических целей изучения веществ и процессов в конкретных курсах.
2. Теоретические уровни изучения веществ и процессов определяются наиболее общими теориями, рассматриваемыми в курсах физики и химии (в том числе и органической химии), к которым относятся атомистика, теория строения атома, периодический закон, электронная теория строения органических соединений.
3. Этапы формирования системы знаний о веществе в курсах физики и химии в целом совпадают, что открывает возможности успешного переноса знаний из одной дисциплины в другую.
4. Этапы формирования системы знаний о процессах в курсах физики и химии совпадают в меньшей степени. На уроках физики более последовательно развиваются звенья о кинетике, динамике и механизмах процессов. Подобное положение затрудняет реализацию межпредметных связей между курсами.
5. Современные курсы физики и органической химии связаны между собой многочисленными связями, что в большинстве случаев обеспечивает их преемственность. Отдельные недостающие физические знания могут быть восполнены учителем.
6. Межпредметные связи курсов физики и органической химии открывают возможности углубления представлений учащихся в таких звеньях систем знаний, как строение органических веществ, их свойства, а также кинетика и механизм химических процессов.
7. В основу методики реализации межпредметных связей учителем химии положены такие методические приемы, как напоминание, восполнение, актуализация и конкретизация (собИно шренос).
8. Центральное место среди указанных приемов реализации связей занимает актуализация, позволяющая раскрыть перед учащимися возможности использования физических знаний на уроках органической химии. Такая возможность открывается благодаря материальному единству мира, общности природы происходящих с веществом физических и химических процессов.
9. Использование настоящих приемов в практике работы может осуществляться учителями в процессе рассказа, беседы, демонстраций химических и физических объектов и процессов, их моделей, опроса учащихся, при проведении различного рода конференций и т. п.
10. Цроведенный педагогический эксперимент показал, целесообразность поэтапного формирования у учащихся умения реализовать межпредметные связи органической химии и физики.
На первом этапе (при изучении углеводородов) учитель, главным образом показывает учащимся приемы реализации связи. Здесь учащиеся следуют за учителем. На втором этапе (при изучении кислородсодержащих соединений) и в особенности на третьем этапе (при изучении азотсодержащих соединений и при обобщении знаний по курсу органической химии) реализация межпредметных связей приобретает все более самостоятельный характер.
11. Использование физических знаний на уроках органической химии позволяет рас! фыть перед учащимися некоторые физические методы исследования строения и свойств органических веществ. Знание этих методов усиливает объясняющие и прогностические возможности учащихся.
12. Экспериментальное изучение предложенной методики показало доступность для учащихся приемов реализации межпредметных связей. В устных ответах и при выполнении письменных работ учащиеся показали возможность использования их в своих ответах.
13. Теоретические знания учащихся, умеющих использовать их для объяснения строения и свойств веществ, закономерностей протекания химических реакций, могут быть охарактеризованы, как более осмысленные и действенные.
14. Разработанная в процессе исследования методика реализации межпредметных связей способствует объединению в сознании учащихся физических и химических знаний, что может послужить базой формирования у учащихся представлений о естественно-научной картине мира.
