Журнал научных публикаций
«Наука через призму времени»

Май, 2018 / Международный научный журнал
«Наука через призму времени» №5 (14) 2018

Автор: Фарус Оксана Анатольевна, к.х.н., доцент кафедры химии и МПХ
Рубрика: Педагогические науки
Название статьи: Формирование знаний в области нанотехнологий и повышение активности на уроках химии средствами расчетных задач

Статья просмотрена: 17 раз
Дата публикации: 12.05.2018

УДК: 373; 37.09

ФОРМИРОВАНИЕ ЗНАНИЙ В ОБЛАСТИ НАНОТЕХНОЛОГИЙ И ПОВЫШЕНИЕ АКТИВНОСТИ НА УРОКАХ ХИМИИ СРЕДСТВАМИ РАСЧЕТНЫХ ЗАДАЧ 

Фарус Оксана Анатольевна

кандидат химических наук, доцент

Геберт Максим Антонович

магистр 2 курса, направленность Теория и методика химического образования

Оренбургский государственный педагогический университет, гренбург

 

Аннотация.  В статье описывается опыт использования расчетных задач на уроках химии для формирования знаний в такой перспективной области развития современной науки как нанотехнологии. Нанотехнологии не входят в рамки современного школьного курса, при этом они относятся к одной из интенсивно развивающейся отрасли химии. Проблема введения нанотехнологий в школу определяется несколькими причинами: во-первых, в данной области в настоящее существует нехватка специалистов; во-вторых, большинство учителей химии не имеют достаточной практической квалификации для преподавания нанотехнологий в школе; в-третьих, нанотехнологии имеют достаточно сложный терминологический аппарат. Все это привело к необходимости выбора метода, позволяющего решить все перечисленные проблемы. В качества такого метода нами были выбраны расчетные количественные задачи. Использование расчетных задач позволяет включить как теоретические, так и практические аспекты получения и свойств наночастич и материалов на их основе. Полученные результаты показывают повышение как уровня знаний, так и коэффициента активности у обучающихся.

Ключевые слова: нанотехнологии, школьное образование, расчетные задачи, уровень знаний, коэффициент активности.

 

Одной из основных проблем современного школьного образования является его практикоориентированность. Современный школьник, обучаясь в школе должен получать информацию по основным направлениям развития науки и технологий. Получаемые знания с одной стороны должны быть научными и достоверными с другой стороны представлены в доступной и интересной для учащихся форме. Поэтому во многих странах мира при университетах создают школы, в которых достижения науки активно внедряются в школьный курс [1, 2].

Нанотехнологии представляют собой яркий пример самых актуальных междисциплинарных исследований, так, например, среди самых цитируемых за последние пять лет статей по физической химии 90% связаны с изучением нанообъектов и наноматериалов [7]. Основной задачей нанотехнологий является получение объектов, материалов и веществ с новыми химическими и физическими свойствами за счет уменьшения размеров частиц. В нанохимии в основном используются инструментальные методы анализа, требующие наличия специального оборудования. Данный факт затрудняет внедрение нанотехнологий в школьный курс. Поэтому в рамках проводимого исследования нами проводилась оценка возможности внедрения основ нанотехнологий в школьный курс химии посредством использования расчетных задач. Использование расчетных задач в рамках школьного курса с одной стороны не требует наличия специального оборудования, а с другой стороны позволяет повысить у обучающихся интерес и знания по современному направлению в развитии науки – нанохимии [1-7].

Экспериментальная часть. В настоящее время проблемой внедрения нанотехнологий в школьный курс химии занимаются такие ученые как В.В. Еремин, Е.А. Гудилин, Е.А. Еремина, Ю.Д. Третьяков, А.А. Дроздов, К.Ю. Богданов. Нами были использованы задачи, помещенные в пособиях данных авторов, некоторые из них были упрощены и адаптированы [1, 2 5-7]. В рамках разработанной методики нами использовались расчетные задачи по нанохимии, причем задачи использовались как на уроках химии, так и во внеурочной деятельности. Для использования задач во внеурочной деятельности нами был разработан элективный курс: «Нанотехнологии и наноматериалы в энергетике». Для оценки эффективности использования задач по нанотехнологиям в рамках школьного курса химии нами были выбраны такие параметры как: показатель уровня сформированности знаний (методика А.В. Усовой), а также коэффициент активности учащихся (методика И.М. Титовой).

Очень часто в школьной практике используются задачи, которые нацелены на проверку умений, обучающихся использовать математический аппарат, химическая составляющая редко проверяется, поэтому нами подбирались задачи, в которых необходимо произвести самостоятельный поиск теоретических данных для успешного решения [3, 4]. Например, нами была составлена следующая задача: при синтезе наночастиц меди в полимерной матрице методом химического восстановления в качестве восстановителя используют растворы аскорбиновой кислоты, глюкозы. Рассчитайте необходимую массу навески таблетки «Аскорбиновая кислота с глюкозой», имеющей следующий состав: аскорбиновая кислота = 0,100 г; глюкоза (декстроза) = 0,877 г; крахмал = 0,023 г. Для приготовления 100 мл раствора с учетом, что концентрация аскорбиновой кислоты должна равняться 0,03 М. Напишите уравнения восстановления ионов меди (II) аскорбиновой кислоты и глюкозой, а также опишите суть метода химического восстановления в получении наночастиц металлов. Данная задача включает в себя два компонента: расчетный (расчет на основе формулы молярной концентрации раствора) и теоретический (химические способы получения наночастиц металлов в растворе). Актуализация знаний школьников достигается нами через использование научных прикладных фактов, входящих в тексты задач. Обучающимся становится понятна научная значимость получаемых знаний и в их сознании формируется интерес к современным технологиям в науки.

Результаты и их обсуждение.

Для проведения исследования нами были выбраны обучающиеся 10-х классов (экспериментальный и контрольный). Учащиеся 10-х классов нами были выбраны по нескольким причинам: во-первых, они не сдают выпускные экзамены (ЕГЭ и ОГЭ), а во-вторых, они находятся на стадии выбора профессии. Все это способствует повышению эффективности использования разработанной методики. В экспериментальном классе на стадии формирующего этапа нами активно использовались расчетные задачи по нанотехнологиям и обучающимся было предложено посещать разработанный нами элективный курс. Нами была проведена оценка коэффициента уровня прочности и сохранности знаний и коэффициента активности учащихся на констатирующем и контрольном этапе эксперимента. Расчет коэффициента уровня прочности и сохранности знаний был произведен на основании результатов контрольных тестов. Нами использовались многовариантные тесты и задания повышенного уровня сложности. Нами учащимся были предложены 15 заданий. Каждое задание оценивается на определенное количество баллов, в зависимости от сложности задания, от 2 до 4. В сумме максимально обучающиеся могут набрать 36 баллов. Были выделены три уровня знаний (табл. 1).

Таблица 1. Критерии выделения уровней знаний

Уровень знаний

Количество набранных баллов

Низкий

1-17

Средний

18-26

Высокий

27-36

При проведении эксперимента нами были получены результаты, который отображены в таблице 2.

Таблица 2. Результаты измерений уровня знаний в контрольной и экспериментальной группах до и после эксперимента

Уровень знаний

Контрольная

группа до начала эксперимента (%)

Эксперимен-тальная группа

до начала эксперимента

(%)

Контрольная

группа после

окончания

эксперимента

(%)

Эксперимен-

тальная группа

после окончания эксперимента (%)

Низкий

71,43

81,25

64,29

6,25

Средний

28,57

18,75

35,71

62,5

Высокий

0

0

0

31,25

 

Для удобства полученные данные преобразованы в диаграмму (рис.1, 2).

Рис.1. Гистограммы значения уровня знаний контрольной и экспериментальной групп на констатирующем этапе эксперимента.

Рис.2. Гистограммы значения уровня знаний контрольной и экспериментальной групп на констатирующем этапе эксперимента.

Степень заинтересованности обучающихся на уроках определялась с помощью коэффициента активности А, который рассчитывали по формуле:

, где

k — число обучающихся, вызванных учителем;

l — число обучающихся, вызванных отвечать, задавших вопросы, сделавших дополнения и использовавших знания из области нанохимии;

m — число обучающихся, выразивших желание отвечать, но не вызванных учителем;

n — общее число учащихся.

Подсчет обучающихся осуществлялся наблюдателем на пяти уроках в каждой исследуемых группах. Результаты расчета коэффициента активности приведены рис. 3.

Рис.3.  Гистограммы значения коэффициента активности контрольной и экспериментальной групп на констатирующем и контрольном этапах эксперимента.

Выводы.

Анализ экспериментальных данных позволяет сделать следующие выводы:

·                    нанотехнологические знания носят междисциплинарный характер, поэтому их включение данных знаний в школьный курс позволяет развить у обучающихся научную грамотность и создать условия для профессионального самоопределения;

·                    существуют различные способы включения высокотехнологических знаний в школьный курс химии. Преимущество расчетных задач заключается в возможности их использования на любых этапах урока, при различных формах организации учебно-познавательной деятельности, в сочетании с большинством методов обучения для увеличения познавательной активности школьников;

·                    результаты проведенного экспериментального исследования подтверждают возможность использования расчетных задач по нанохимии в качестве способа формирования теоретических и практических знаний в области нанотехнологий, а также способствует повышению коэффициента активности обучающихся. дополнительных временных и материальных затрат с целью активизации.

 

Список литературы:

  1. Богданов К. Ю. Что могут нанотехнологии? –М.: Просвещение, 2009. –96с.
  2. Еремин В. В., Дроздов А. А. Нанохимия и нанотехнологии. 10-11 классы. Профильное обучение: учеб.пособие. –М.: Дрофа, 2009. –109с. (Элективные курсы)
  3. Медведев Д.А. Математическая индивидуальность расчетных задач по химии: пособие для учителя / Д.А. Медведев, С.А. Войтукевич; М во образования и науки Рос. Федерации; Урал. федер. ун т. — Екатеринбург : Изд во Урал. ун-та, 2015. — 128 с.
  4. Турчен Д.Н. Эффективное использование задач в процессе формирования универсальных учебных действий на уроках химии // Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» 2014. № 6 http://naukovedenie.ru/PDF/183PVN614.pdf (доступ свободный). Загл. с экрана. Яз. рус., англ. DOI: 10.15862/183PVN614
  5. Шигарева Е.Н. Методика преподавания основ нанотехнологий учащимся младших классов в условиях дополнительного технологического образования // Научно-методический электронный журнал «Концепт». – 2014. – Т. 12. – С. 41–45. – URL: http://e-koncept.ru/2014/54113.htm.
  6. Шигарева Е.Н. Методика изучения основ современных технологий в условиях дополнительного образования (на примере программы «Удивительный мир нано») / Е. Н. Шигарева. –Киров: Издво ВятГГУ, 2013. –87 с.
  7. Портал Школьная лига РОСНАНО» [Электронный ресурс]/ Режим доступа: www.schoolnano.ru, свободный.


Комментарии:

Фамилия Имя Отчество:
Комментарий: