CC BY
376
УДК 372.854
Турчен Дмитрий Николаевич
кандидат химических наук, докторант кафедры химического и экологического образования Российского государственного педагогического университета им. А.И. Герцена тел.: (908) 135-55-06
НОВАЯ МЕТОДИКА ОБУЧЕНИЯ РЕШЕНИЮ РАСЧЕТНЫХ ЗАДАЧ ПО ХИМИИ В СРЕДНЕЙ ШКОЛЕ
Решение задач в средней школе - один из основных способов формирования универсальных учебных действий. В статье предлагается новая методика обучения решению задач. Для этого проведена классификация школьных расчетных задач с точки зрения логических алгоритмов решения. Выделены три основных логических алгоритма: последовательно-разветвленный, встречный, альтернативный.
Ключевые слова: задача, алгоритм, обучение, школа, универсальные учебные действия.
Turchen Dmitry Nikolaevich
PhD in Chemistry, Doctoral Candidate of the Department of Chemical and Ecological Education of Herzen State Pedagogical University of Russia, tel.: (908) 135-55-06
NEW TRAINING TECHNIQUES FOR SOLUTION OF RATING CHEMISTRY TASKS IN SECONDARY SCHOOL
The solution of tasks in secondary schools is one of the main ways of formation of universal educational actions. The article suggests a new training technique for teaching the task solution. For that purpose the classification of school rating tasks is undertaken from the viewpoint of the logical algorithms solutions. Three main algorithms are emphasized. They are consecutive- ramified, oncoming and alternative.
Key words: task, algorithm, teaching, school, universal educational activities.
Одним из основных критериев компетентности современного специалиста является умение найти, верифицировать информацию и использовать ее для решения конкретных практических задач. Начальные умения и навыки в решении реальных практических задач приобретаются посредствам решения учебных задач в процессе обучения. Именно учебная задача, как модель реальной проблемной ситуации, делает фактические знания востребованными, развивает мышление, формирует универсальные учебные действия, межпредметные и метапредметные связи. Но в последнее время, особенно в школьном естественнонаучном образовании наметилась тенденция исключения из процесса обучения расчетных задач. В российском образовательном процессе происходит увеличение количества фактических знаний, которые плохо усваиваются и без использования очень быстро теряются. Такая негативная тенденция проявляется и в содержательной части вопросов ЕГЭ. Так среди 43 заданий каждого варианта по химии лишь 5 расчетных задач. Причем оцениваются они обычно ниже, чем другие вопросы того же уровня сложности. Такая структура содержательной части также заставляет учащихся направлять свои усилия на усвоение фактических знаний.
В последнее время наметилась тенденция к изменению сложившейся ситуации. В конце 2010 г. был принят новый ФГОС, в основе которого лежит системно-деятельностный подход, предполагающий формирование универсальных учебных действий. Одним из основных инструментов такого формирования являются учебные задачи, которые, в свою очередь, представляют собой прообраз реальных жизненных задач. Системность подхода предполагает как систематизацию самой деятельности, так и подробную систематизацию изучаемого материала. В основе же любой систематизации лежит классификация объектов. Таким образом, классификация учебных задач играет очень важную роль в формировании универсальных учебных действий учащихся. Большинство учебных задач встречается на предметах естественно-научного направления, одним из которых является химия.
Существует значительное количество классификаций задач по различным критериям. Каждая из этих классификаций вносит структурную ясность в безбрежное море разнообразных задач и помогает в обучении их решения и, в некоторых случаях, при самом решении. Существует несколько вариантов классификации школьных химических задач [1, с. 7]. Но знакомство школьников с данными видами классификаций мало помогает в деле решения самих задач. Это происходит потому, что в основу известных классификаций положены критерии, не связанные с решениями. Наибольшего эффекта в процессе обучения решению задач можно ожидать при использовании классификации, базирующейся не на условиях, а на ходе их решения. Одним из таких критериев можно выбрать направление осуществления действий при решении. По этому признаку удалось разделить все школьные химические задачи на три типа:
1) задачи, решаемые по последовательно-разветвленному алгоритму;
2) задачи, при решении которых используется встречный алгоритм;
3) задачи, схема решения которых содержит альтернативные участки.
Рассмотрим каждый из этих типов отдельно.
Последовательно-разветвленный алгоритм решения.
Отличительной чертой данного вида алгоритма является прямая последовательность действий от исходных данных к ответу. Степень разветвленности алгоритма зависит от сложности задачи и количества исходных данных в ней. Для простейших задач, в условии которых лишь одно числовое данное и требуется найти только одну величину, этот алгоритм принимает последовательный характер без разветвлений. При усложнении условия и увеличении количества исходных данных в условии увеличивается количество необходимых действий и часто растет разветвленность алгоритма. Пример последовательно-разветвленного алгоритма задачи представлен на рис. 1.
Задача. В горячей воде растворили пероксид натрия массой 5,85 г, при этом выделился кислород и образовался 4% раствор щелочи. В каком объеме воды был растворен пероксид натрия?
Встречный алгоритм.
Встречный алгоритм используется, когда последовательно-разветвленный алгоритм слишком сложен, либо не применим вовсе. Его отличительной чертой является составление и решение одного или нескольких математических уравнений. При использовании такого типа алгоритма обычно искомая величина обозначается в буквенном виде. Далее, используя эту величину как известную, выражаем один из параметров системы двумя путями, используя при этом обязательно разные числовые данные из условия задачи. Приравнивая друг другу полученные разными путями значения одного параметра, получаем математическое уравнение (точка встречи), решение которого дает значение исходно введенной величины.
Схематично в общем виде встречный алгоритм представлен на рис. 2.
Рисунок 2. Общий вид встречного алгоритма.
Здесь параметр "Б" является точкой встречи.
Например, решение следующей задачи возможно только по встречному алгоритму, изображенному на рис. 3.
Задача. Определите массу 3% водного раствора ШОИ, который необходимо добавить к 2 граммам Л/а для получения 7% раствора №ОН в воде.
Рисунок 3. Встречный алгоритм решения задачи.
Альтернативный алгоритм.
В большинстве реальных задач такой вид алгоритма является частью более сложного. Основная его особенность - наличие альтернативных путей решения, из которых лишь один приводит к верному ответу. Основополагающим данный тип алгоритма является для задач на определение избытка-недостатка. Пример задачи, при решении которой требуется встречный алгоритм, приведен на рис. 4.
Задача. Определите объем газа (н.у.), который получится, если 8 г алюминия поместить в 200 г 8% раствора соляной кислоты.
Рисунок 4. Альтернативный алгоритм.
При анализе условия данной задачи обнаруживаются два альтернативных друг другу варианта: рассчитать объем водорода по алюминию или по хлороводороду. Причем лишь один из этих вариантов ведет к верному ответу. Дальнейший ход решения зависит от выявления вещества, взятого в избытке.
Альтернативный алгоритм не является принадлежностью только одного типа задач. В сложных
многоходовых задачах он может выступать в качестве составной части более крупного алгоритма. Причем таких альтернативных участков в более сложном алгоритме может быть несколько, но не больше количества разных уравнений реакций, описанных в условии.
Для того чтобы данная классификация помогала учащимся при решении задач, необходимо выявить признаки, по которым можно определить ее тип. Для этого предлагается следующая последовательность действий.
1. В первую очередь, условие задачи анализируется на предмет альтернативного алгоритма решения. В большинстве случаев это задача на определение избытка-недостатка. Поэтому в качестве основного признака альтернативного алгоритма является наличие в условии задачи данных, позволяющих определить количество вещества для двух или более веществ, участвующих в одной химической реакции в качестве исходных компонентов. Причем, с точки зрения этого критерия необходимо проанализировать все реакции, описанные в условии. Таким образом, условия задач, при решении которых используется альтернативный алгоритм, содержат на первый взгляд избыточные данные.
2. Далее необходимо составить полную графическую схему, представляющую собой план решения задачи [2]. Для этого используют как синтетический путь (рассуждение от исходных данных к ответу), так и аналитический путь (поиск решения от ответа к исходным данным). Для этого условно обозначают все исходные данные и то, что требуется найти. После этого пытаются выстроить между ними последовательно-разветвленную схему решения. При этом следует учитывать возможность наличия в схеме участков альтернативного алгоритма, которые были выявлены на первом этапе поиска решения задачи. В случае если исходных данных в условии окажется достаточно для последовательного перехода от них к ответу, задача решается по последовательно-разветвленному алгоритму.
3. Если исходных данных в условии недостаточно для построения последовательно-разветвленного алгоритма решения, необходимо использовать встречный алгоритм с введением буквенной переменной и составлением математического уравнения.
Таким образом, основным признаком, позволяющим определить при анализе условия, к какому типу по направлению осуществления действий относится задача, является избыточность, достаточность или условная недостаточность данных в ее условии.
Классификация задач по признаку направления осуществления действий значительно облегчает составление плана решения. Большинство учащихся при решении задач, требующих большого количества логических действий в первую очередь пытаются составить последовательный или последовательно-разветвленный алгоритм ее решения. В случае невозможности решения задачи по последовательно-разветвленной схеме многие учащиеся, незнакомые со встречным типом алгоритма, отказываются от решения.
Проведенный в нескольких школах эксперимент выявил следующие закономерности:
1) знакомство с классификацией алгоритмов решений по признаку направления осуществления действий приводит к повышению успешности в решении задач;
2) введение требования, составлять план решения в виде графических схем, дало результаты только в том случае если у учащихся формировалось данное умение с самого начала обучения химии. Введение данного требования на заключительном этапе обучения химии в школе оказалось малоэффективным.
Таким образом, основные положения новой методики обучения школьников решению расчетных задач можно сформулировать следующим образом.
1. У учащихся необходимо формировать умение представлять условие задачи как методические рекомендации к практическому действию, представлять и отображать в виде схем и рисунков все действия описанные в условии задачи.
2. До начала этапа вычислений составлять графическую схему плана решения задачи.
3. Ознакомить учащихся с классификацией алгоритмов решения задач по направлению осуществления действий и при составлении графической схемы решения каждой конкретной задачи обращать их внимание на тип алгоритма согласно данной классификации.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЕ ССЫЛКИ
1. Ерыгин Д.П., Шишкин Е.А. Методика решения задач по химии. М., 1989.
2. Турчен Д.Н. Графические схемы при решении расчетных задач // Химия в школе. 2010. № 6.
