Вестник № 2/ 1997

ИЗ НАУЧНОЙ ЛАБОРАТОРИИ

ВЗАИМОСВЯЗЬ ВСЕОБЩЕЙ И ОСОБЕННОЙ ФОРМ УЧЕБНЫХ ЗАДАЧ И УЧЕБНОЙ ЗАДАЧИ ПРЕДМЕТА ХИМИИ

Сатбалдина С.Т., профессор, Уфа,
автор учебника «Химия 8, 9 класс»

В настоящее время назрела потребность в обозначении, хотя бы в первом приближении, иерархии учебных задач. С этой целью выделим сначала всеобщее, характерное для всех объектов и явлений, изучаемых нашими учащимися. Все объекты и явления по своей природе однотипны в том отношении, что они количественно и качественно изменяются, т.е. находятся в постоянном движении. Причем процессы развития взаимосвязаны и обуславливают друг друга.

Вопросы о том, как происходит развитие, какие изменения претерпевают при этом объекты и явления, как взаимосвязаны между собой эти изменения, наконец, как человек отражает все выше перечисленное в своем сознании, изучает диалектика.

Если мы живем в «раздираемом» противоречиями диалектическом мире, а наши обучаемые не будут владеть диалектикой, то они, не располагая объективной картиной мира, не будут владеть и жизненной ситуацией, ощущать и проявлять себя в качестве субъектов жизнедеятельности. Поэтому, задаваясь целью превратить учащихся в саморазвивающихся субъектов деятельности, мы в ситуациях противоречия должны научить их диалектически мыслить.

Это, вероятно, и будет содержанием самой  содержательной учебной задачи, направленной на открытие системы принципов диалектической логики. Данная форма учебной задачи будет всеобщей, т.е. «работающей» во всех учебных предметах, и именно она будет основанием для осуществления межпредметных связей. Особенные формы (в пределах всеобщего) составят, видимо, учебные задачи, работающие в пределах предметов либо гуманитарного, либо естественнонаучного циклов. Наконец, единичные формы (в пределах особенных форм) составят учебные задачи, присущие отдельно взятым учебным предметам.

Эта система учебных задач, вероятно, должна быть «открытой», ибо способы решения задач по мере развития будущими поколениями теоретических знаний будут (в соответствии с глубиной освоения сущности изменяющегося, развивающегося объективного мира) изменяться и углубляться.

Для обучения учащихся посредством выше обозначенной системы учебных задач учителю потребуется учебный материал, выстроенный в логике объективного исторического развития предмета познания в соответствии с принципом единства исторического и логического. В перспективе это должен быть учебный материал, скоординированный по всем учебным предметам на единой понятийной и методологической основе.

Если учащиеся будут совершать действия с диалектически выстроенным содержанием учебного материала разных учебных предметов и открывать для себя принципы и законы диалектики на всеобщем, особенном и единичном уровнях, а затем использовать их как средство для ориентации в мире и познания окружающей

действительности, то можно, вероятно, констатировать о формировании субъектов деятельности с развитым диалектическим способом мышления.

Уровень освоения этих принципов на содержательной предметной основе и будет показателем уровня субъектности личностей обучающихся в процессе учения.

Для отбора и построения диалектического содержания, разработки соответствующей технологии обучения и организации процесса обучения потребуются приведенные в систему наработанные человечеством законы диалектики,  диалектические методы познания. Последнее представлено принципами диалектической логики с соответствующими требованиями к действующему и познающему субъекту.

Рассмотрим процесс внедрения в учебную практику познания химии принципов диалектической логики, предварительно осмыслив процесс открытия учащимся предмета химии.

Открытие предмета химии

         Начнем с того, что наши обучающиеся совершают совместно с учителем квазиисследовательскую вначале предметную деятельность и «открывают» предмет познания химии – химическое явление. Целенаправленное его исследование приводит к раскрытию генетической клеточки предмета химии. Процесс познания при этом строится на анализе, рефлексии и прогнозировании доступных экспериментов, выполняемых частично учителем, а в основном самими учащимися.

Так, после анализа окружающей действительности и обнаружения различных явлений, доступные из них отбираются с помощью учителя, затем учащиеся осуществляют их сами экспериментально, но под руководством того же учителя.

Анализ результатов этих экспериментов свидетельствует об изменениях веществ. По этому признаку выделяются явления вообще. Затем, осмыслив в качестве основания характер изменения веществ, явления подразделяются на два типа: явления, сопровождающиеся лишь переходом веществ из одного состояния в другое, и явления превращения одних веществ в другие вещества.

С помощью учителя эти явления соответственно называются физическими (с ними учащиеся встречались в курсе физики) и химическими (с ними учащиеся столкнулись впервые).

Для более четкого дифференцирования (пока по основным внешним признакам) рассмотренных и обязательно предложенных самими учащимися подобных типов явлений ими же производится моделирование явлений либо в графической, либо в знаковой форме (по выбору).

Последующий анализ моделей и осмысление учащимися обобщенных явлений «было-стало» показывает, что в физических явлениях что было, то и осталось, т.е. вещества не изменили своей природы, а изменили только свое состояние, тогда как в химических явлениях (химических реакциях) было(и) одно(и) вещество(а), а стало(и) другое(ие).

Реализация учащимися выше описанных действий позволяет им выделить всеобщий признак химических явлений – превращение веществ (в сравнении с физическими), и тем самым открыть предмет химии. На базе этого же всеобщего признака формулируется пока абстрактное определение понятия «химическое явление» на уровне представления: химическое явление (химическая реакция) – это процесс превращения одних веществ в другие вещества.

Таким образом, учитель с самого начала изучения химии вводит учащихся в ситуацию открытия нового свойства реальной действительности – превращение веществ, характеризуемое субъективно неизвестным пока абстрактным понятием – химическое явление (химическая реакция).

После открытия учащимися предмета познания химии и формулировки абстрактного определения, действия учителя направляются на создание ситуации, где мыследействия учащихся способствуют осознанию ими своих индивидуальных внутренних мотивов, ведущих к пробуждению познавательного интереса к химии. Так, диалектически противоречивая ситуация создается учителем в процессе обсуждения вопроса: «А нужна ли химия вообще и учащимся в частности? Не все же они будут химиками». При совместном поиске ответа на этот вопрос учащиеся на конкретных примерах убеждаются в том, что, с одной стороны, на нынешнем этапе цивилизации химия жизненно необходима каждому из них независимо от места и времени проживания, а также рода (пока ориентировочно выбранной каждым из них) будущей профессии. С другой стороны, химия как бы и не нужна, т.к. отходы химической промышленности создают угрозу их здоровью и в конечном итоге – жизни. В процессе обсуждения учитель подводит их  к осмысленному выводу, охватывающему обе противоположности: химия непременно необходима хотя бы потому, что нужно переработать накопившиеся отходы как химической, так и других видов производств, и не нужна, если исследования (как в науке, так и на производстве) не будут направлены на разработку безотходных технологий превращения веществ. Поэтому, окончательный вывод, отражающий выход из этой ситуации, согласно мнению учащихся, один: в связи с тем, что знания по химии нужны всем, необходимо развивать как науку химию, так и химическое производство, направленное на разработку и реализацию на практике безотходных технологий, с соблюдением всех ее требований.

Убедившись в том, что выход из противоречий ситуации существует, и что химия необходима не только на производстве, в быту, в медицине, а также в учебной деятельности для усвоения других  естественных дисциплин, учащиеся приступают к исследованию предмета химии – превращения веществ.

Для этого учитель специально создает такую ситуацию, где все учащиеся, как им кажется, уверенно по внешним признакам (выпадению осадка, изменению цвета, выделению газа) дифференцируют химические явления и отделяют их от физических. Однако дальнейшие действия учителя заставляют их усомниться в своей уверенности, т.к. они, сталкиваются с очередной противоречивой ситуацией. Учитель демонстрирует физические явления, имеющие те же признаки, что и химические. По признакам эти явления нужно бы отнести к химическим, а на самом деле они – физические. Анализ этой ситуации подводит учащихся к такому заключению: для идентификации химических явлений лишь наблюдения за ходом явлений и перечисления их внешних признаков недостаточно, нужно выявить еще дополнительные, а именно в противоположность внешним – внутренние признаки.

В связи с этим формулируется учебная задача: каким же способом можно установить самые главные внутренние признаки (т.е. сущность) превращения одних веществ в другие вещества и как можно использовать эти сведения для предсказания возможности протекания химических реакций и получения новых веществ?

С момента формулировки условия учебной задачи начинается новый этап квазиисследования учащихся, и он будет направлен на логическое абстрагирование (расчленение) предмета исследования. Дело в том, что выделенное на первом этапе субъективно неизвестное понятие – химическая реакция, выступает перед учащимися в качестве нерасчлененного (конкретного «в себе») понятия. Поэтому на втором этапе деятельности учащиеся исследуют внутреннюю структуру этого понятия.

Для этого в первую очередь учитель договаривается с учащимися о том, что задача будет решаться по частям. В процессе решения первой ее половины учащиеся выдвигают различные гипотезы. При этом учитель акцентирует внимание учащихся на высказываниях тех учащихся, которые склонны к диалектико-логическому абстрагированию (расчленению) предмета познания химии – химическое явление. Так, например, часть учащихся настаивает на изучении веществ, участвующих в превращениях. Их аргументы примерно таковы: превращаются-то ведь вещества, а мы о них мало, что знаем. Нужно вначале ознакомиться с ними.

Совместными усилиями формулируется общая гипотеза: в выявлении сущности химических явлений, возможно, нам поможет процесс изучения веществ, участвующих в превращениях. При обсуждении задачи учебная гипотеза переформулируется примерно так: что же мы получим, если сущность превращения попытаемся установить способом изучения веществ, участвующих в превращениях.

В процессе решения этой задачи производится абстрагирование, т.е. мысленное как бы извлечение из предыдущих моделей химических явлений моделей веществ в экспериментальное исследование реальных веществ, а затем возвращение всего наработанного о веществах в модели химических явлений.

Выше перечисленные действия позволяют перевести мыследействие учащихся с плоскости абстрактных представлений о химическом явлении на плоскость абстрактных представлений о веществах с тем, чтобы вернуться опять к химическому явлению, но уже на каком-то менее абстрактном уровне его представления. По мере исследования уровень абстрактности представления о химическом явлении будет уменьшаться, и наращиваться уровень конкретности.

В процессе обсуждения способа изучения веществ учитель подводит учащихся к такой мысли, что ничего мы сами придумывать не будем, а будем исходить из наблюдаемых признаков, а если они не наблюдаемы, то будем с веществами экспериментировать, т.е. воздействовать на них тем или иным способом. Этим самым в завуалированном виде осмысливаются принципы объектности и активности. Конкретные требования этих принципов будут выделены вместе с учащимися позже.

После этого вещества вначале анализируются с помощью органов чувств: цвет, запах, если вещества знакомые учащимся, то и вкус. Экспериментально определяется твердость, растворимость. Кроме того по справочникам учащиеся знакомятся с такими справочными данными, как температура плавления, кипения и т.д.

После этого все наработанные сведения подвергаются рефлексии. При этом учащиеся подводятся на базе определенных осмысленных оснований к таким обобщенным умозаключениям:

Теперь рефлексируя совершенные действия, учащиеся совместно с учителем формулируют требования принципов объективности и активности.

После этого «добытые» сведения о веществах учащиеся как бы «возвращают» (относят) к химическим явлениям. При этом предыдущие модели химических явлений преобразуются. Модели веществ в них теперь оказываются как бы структурированными. Они заменяются частицами, связанными между собой черточками разной интенсивности. Последние символизируют различную степень прочности связей: чем прочнее связи, тем интенсивнее выражены черточки, соединяющие частицы того или иного вещества. (Пока основанием для определения прочности связей служит агрегатное состояние веществ.)

После реализации действия моделирования в процессе обсуждения учащиеся констатируют, что они не могут пока объяснить сущности превращений, но зато многое узнали о превращающихся веществах. Оказывается, вещество – это не что иное, как  с различной степенью прочности связанные между собой различные микрочастицы. Ими могут быть молекулы и различные виды атомов.

Тогда выдвигается новая гипотеза. Если вещества представляют связанные между собой частицы, то сущность превращения, возможно, связана с этими микрочастицами и со связями между ними? Учебная задача теперь переформулируется таким образом: что происходит с частицами и со связями между ними при превращении одних веществ в другие вещества, и как это можно установить? Таким образом, мыследействие учащихся с макроуровня организации вещества переводится на микроуровень с тем, чтобы вернуться теперь со сведениями о микрочастицах к химическим явлениям.

Осмысливается способ изучения микроуровня организации веществ в соответствии с требованиями принципов объектности и активности, согласно которым все наши мыследействия будут основаны на экспериментальных данных, и обобщения будут строиться по результатам экспериментов в соответствии с наработанными моделями веществ.

Для экспериментирования выбирается самое доступное и распространенное вещество на Земле – вода. После актуализации знаний учащихся о том, что вода состоит из молекул, учитель демонстрирует увеличение объема воды при нагревании.

При совместном обсуждении результата эксперимента устанавливаются причинно-следственные связи. Установление причинно-следственных связей является требованием нового принципа – принципа детерминизма, который будет отрефлексирован позже. А пока (в процессе обсуждения) факт увеличения объема воды (при нагревании) связывается с процессом сообщения молекулам воды дополнительной энергии, благодаря чему они движутся с большей скоростью, расстояние между молекулами увеличивается, за счет чего увеличивается и объем воды.

Затем учитель (в продолжение эксперимента) дополнительно нагревает воду. Она начинает испаряться. Опять устанавливаются причинно-следственные связи: испарение связывается с тем, что при дополнительном нагревании молекулам воды сообщается дополнительная энергия, они поэтому начинают двигаться с еще большей скоростью, что приводит к постепенному расшатыванию связей между молекулами воды до такой степени, что они разрываются, а это ведет к отрыву молекул воды от поверхности воды.

Продолжая эксперимент, учитель подставляет холодный предмет к струе пара и тем самым способствует его конденсации. Совместно еще раз устанавливаются причинно-следственные связи. Конденсация пара связывается с тем, что при охлаждении молекулы теряют часть своей энергии. А такие «медлительные» молекулы способны вновь связываться друг с другом и образовывать жидкую фазу. Все эти факты перехода жидкой фазы в газообразную, а затем опять – в жидкую – моделируются. После этого в процессе обсуждения хода мыследействия выводятся требования принципа детерминизма.

Затем в процессе рефлексии, наработанные в эксперименте сведения, направляются для объяснения сущности превращения. При этом выясняется, что в выше рассмотренных процессах либо разрываются, либо образуются межмолекулярные связи, т.е. если ранее исследованию подвергались отношения между веществами, то теперь были исследованы отношения между молекулами. Причем в процессе разрыва и образования связей между молекулами никакого превращения не происходит. Поэтому явление это идентифицируется как физическое. Исходя их этого, формулируется умозаключение: если в явлении задействованы молекулы и связи между ними, то никакого превращения не происходит. Поэтому нужно искать другие причины и признаки превращения одних веществ в другие вещества.

Обсуждение дальнейшего хода исследования приводит учащихся к мысли о том, что в моделях веществ не исследованными остались лишь различные виды атомов, составляющие молекулы, и связи между этими атомами. Поэтому выдвигается следующая гипотеза: возможно, сущность превращения веществ связана именно с различными видами атомов и связями между ними. Учебная задача переформулируется теперь таким образом: что происходит с атомами различных видов и со связями между ними при превращениях одних веществ в другие вещества и как это можно установить?

В качестве способа исследования опять совместно выбирается эксперимент. В процессе осмысления средств для проведения эксперимента еще раз рефлексируется ход предыдущего эксперимента. При этом внимание учащихся акцентируется на том, что тепловая энергия способствовала разрыву связей между молекулами воды, тогда как связи между атомами водорода и кислорода оказались не затронутыми. Исходя из этого формулируется заключение: мы не должны в исследовании использовать тепловую энергию. Осмысливаются доступные учащимся другие виды энергии, которые бы способствовали разрыву межатомных связей. Учитель предлагает использовать электрическую энергию и демонстрирует электролиз воды. Учащиеся наблюдают, как из одного вещества – воды – образуются два газообразных вещества: один из них – кислород, поддерживающий горение, а другой – горючий газ – водород. Процесс этот учащиеся относят к разряду химических явлений.

Для того, чтобы разобраться с тем, что же происходит в ходе эксперимента, учитель выводит учащихся (в процессе обсуждения) на потребность моделирования. Осмысление сконструированной модели процесса превращения подводит учащихся к заключению: атомы водорода и кислорода в ходе опыта сохраняются. На вопрос учителя: «А что же изменяется?» – учащиеся, обсуждая совместно, делают заключение: разложение молекул воды на молекулы кислорода (образующие газ – кислород) и молекулы водорода (образующие газ – водород) происходит благодаря тому, что связи между атомами кислорода и водорода в молекулах воды (составляющих исходное вещество) разрываются, а новые связи между этими же, но одноименными атомами водорода и одноименными атомами кислорода – образуются.

Все наработанное опять учащиеся соотносят с представлением о химическом явлении, с его сущностью. И здесь выясняется, что наконец-то, они, оперируя различными видами атомов и со связями между ними, смогли понять (т.е. связать внешние явления с внутренней сущностью) превращения.

После моделирования других химических процессов и выделения всеобщего, формируется общее заключение: сущность химического явления (превращения) заключается в разрыве «старых» связей в исходных веществах и в образовании новых связей между теми же видами атомов в продуктах реакции. Теперь формулируется определение химического явления на уровне сущности, но сущности пока абстрактной: химическое явление – это процесс разрыва старых связей между частицами в исходных веществах и образования новых связей в продуктах реакции между теми же частицами, что и в исходных веществах, но в новом сочетании. В том, что это определение абстрактно, учащиеся убеждаются тогда, когда ни один из них не может ответить на такой вопрос: «А почему одни связи разрываются, а другие – образуются?»

В процессе обсуждения выясняется, что для ответа на этот вопрос нужно знать, что представляют собой связи. Значит, нужно бы изучить связи, но связи-то образуются между различными видами атомов. Поэтому выдвигается ближайшая задача – изучить вначале различные виды атомов, а затем уже и связи между ними в процессе связывания последних. Осмысливая ход последующих действий, учащиеся с помощью учителя приходят к необходимости как бы «обратного» продвижения к химическому явлению, т.е. после изучения различных видов атомов «связать» их между собой и сконструировать химические соединения на микроуровне организации, затем сконструировать из различных видов атомов и из их соединений макроуровень организации вещества, а уж только, зная прочность связей в веществах, осмысливать и предсказывать процесс разрыва старых связей в исходных веществах и образование новых связей в веществах, представляющих собой продукты реакции.

В результате выстраивается не что иное как план (способ) изучения химии по восхождению от абстрактного к конкретному.

Так как согласно плану из различных видов атомов будут конструироваться как наиболее сложные микрочастицы (например, молекулы), так и макроуровень организации вещества, а затем из веществ будут конструироваться процессы превращения веществ, то виды атомов совместно с учителем называются генетической клеточкой химии, а отношение между различными видами атомов – генетическим отношением в химии.

В процессе восхождения от этой генетической клеточки к химическому явлению (и в окончательном варианте в конце восхождения) будут отрефлексированы требования принципов восхождения от абстрактного к конкретному и единства исторического и логического. Более детальная рефлексия позволит вывести обучающихся на принцип самоорганизации материи и способа ее существования.

А пока проводится рефлексия уже реализованного способа познания химии. Так, в сильных классах отмечается, что вначале был открыт предмет химии, а затем он исследовался в соответствии с принципами объективности, активности, всесторонности, детерминизма. При этом последовательно было рассмотрено три отношения между: а) веществами как целыми; б) молекулами как составными частицами вещества и в) между различными видами атомов как составными частицами молекул.

При обсуждении значимости этих отношений для процесса выявления сущности превращений выясняется, что все отношения оказались важными, но самое «главное» отношение – это отношение между видами атомов. Что касается первых двух отношений, то они способствовали «открытию» третьего отношения, позволившего нам разобраться с сущностью превращения.

Главное отношение – отношение между различными видами атомов – называется существенным отношением, а самой «главной», существенной микрочастицей вещества в химии, от которого зависит самое «главное» отношение, видами атомов.

В более «слабых» классах рефлексия проводится более детально, несколько упрощенно и начинается с обсуждения этапов исследования:

Таким образом, из изложенного следует, что процесс рефлексии на данном этапе прежде всего был направлен на обнаружение генетически исходной всеобщей связи (а именно: связи между различными видами атомов), определяющей содержание и структуру предмета изучения химии – превращения веществ (химической реакции).

После этого обсуждается последовательность принципов познания и их основные требования.

Наконец, рефлексируется способ продвижения по учебному материалу. При этом совместно с учителем учащиеся осознанно размышляют таким образом: «До этого мы продвигались от химического явления к веществу (связям между ними) и обратно – к химическим явлениям. При этом выявили генетическую клеточку (вид атома) и генетическое отношение (связи между видами атомов) и поняли сущность превращения веществ. Мы нашли то, что искали, но на вопрос «почему» мы часто ответить не могли. Поэтому в дальнейшем мы, вероятно, изучим виды атомов и будем двигаться обратно к химическому явлению, но уже на уровне понимания, т.е. связывая явления с сущностью (а именно связывая внешние признаки химических реакций с процессом разрыва и образованием конкретных связей). При этом, сконструировав из атомов молекулы, будем восходить от молекул к химическому явлению. Наконец, сконструировав из атомов, молекул (и др. частиц) макроуровень организации вещества, восходить от макроуровня организации вещества к химическому явлению.»

Процесс движения от атомарного уровня организации вещества к макроуровню его организации воспроизводит генезис вещества. Этот эволюционный путь развития вещества, а также способ его существования (химическое явление), и будет воспроизводиться учащимися в учебном процессе посредством собственного (внутренне мотивированного) мыследействия в условиях, когда учитель своевременно, т.е. по мере возникновения потребности у учащихся, будет обеспечивать их средствами для продвижения (восхождения).

Зону актуального развития учащихся (по Выготскому) в процессе восхождения от абстрактного представления об атоме к конкретному (содержательному) понятию «Атом» составят разрозненные сведения об атомарном уровне организации вещества, а зоной ближайшего развития составит способ восхождения (в процессе конструирования) и характеристики конкретного (содержательного) для учащихся понятия «Атом», а затем  понятия «Химический элемент», символизирующий вид атома. Анализ и последующая рефлексия (согласно моделям атомов) состава, строения и свойств сконструированных видов атомов позволит учащимся сконструировать удлиненный и укороченный варианты периодической системы элементов Д.И. Менделеева.

Когда знание способов конструирования и характеристики понятия «Атом» и «Химический элемент», символизирующий атомарный уровень организации вещества, перейдут в зону актуального развития учащихся, зоной ближайшего развития составят способы конструирования и характеристики молекулярного уровня организации вещества. В свою очередь, когда способы конструирования и характеристики микроуровня организации вещества (включая и молекулярный, и атомарный) перейдут в зону актуального развития, зону ближайшего развития составят способы конструирования и характеристики микроуровня организации вещества. Наконец, когда способы конструирования и характеристики химического явления – химической реакции.

Предметом особой рефлексии учащихся будет то обстоятельство, что абстрактные представления об уровнях организации вещества (атомарный, молекулярный и микроуровень) переходят по мере восхождения на конкретный содержательный уровень. Кроме того, в связи с тем, что каждый уровень организации будет связываться с химическим явлением, то в процессе восхождения будет наращиваться уровень конкретности понятия «химическая реакция».

Таким образом, учащиеся будут последовательно продвигаться по уровням организации вещества и способу его существования (химическая реакция), конструируя по восхождению четыре основополагающих понятия химии: химический элемент, символизирующий атомарный уровень организации вещества, химическое соединение, символизирующее молекулярный уровень организации вещества, химическое соединение, символизирующее макроуровень организации вещества и способ существования веществ – химическая реакция.

Однако вернемся к нашим учащимся, которые выстроили пока только абстрактный план (способ) продвижения.

В процессе рефлексии совершенного способа мыследействия, учащиеся совместно с учителем осмысливают различные аналогии данному способу познания окружающей действительности. Например, обсуждаются действия малышей, направленных вначале на обследования игрушек с помощью органов чувств, затем на активную разборку («ломку») игрушек, а затем их сборку. Рассматриваются также действия любого человека, изучающего тот или иной механизм (например, механизм будильника): вначале знакомство с внешним видом с помощью органов чувств и выделение предмета познания, разборка и нахождение самой существенной детали будильника и существенной связи этой детали с другими деталями, последующая обратная сборка механизма.

Эти мыследействия выведут учащихся на осознания всеобщности пути познания, выбранного учащимися, что в свою очередь позволит им рассуждать о правильности выбранного ими нового пути познания химии.

Все выше перечисленные действия учащихся, организуемые учителем, составляют этап «вхождения» учащихся в процесс познания химии, который мы назвали ориентировочно-мотивационным этапом.

Как показывают результаты экспериментов, именно этому этапу следует уделять особое внимание, если мы хотим перевести ученика с позиции объекта, на которого воздействует учитель, на позицию субъекта, который осознанно и активно действует сам, сотрудничая с другими учащимися и учителем.

В связи с большой значимостью ориентировочно-мотивационного этапа для развития учащихся мы задались целью – выявить критерий,  с помощью которого можно было бы судить об отношении учителя к этому этапу. Оказалось, что для этого нужно лишь проанализировать характер учебных потребностей учащихся. Так, если учащиеся на занятиях проявляют повышенный интерес лишь к химическому эксперименту как таковому, но равнодушны к процессу раскрытия сущности химических явлений, то это означает, что учитель, либо (якобы) в целях экономии счел возможным вообще опустить этот этап вхождения учащихся в химию, либо в должной мере не организовал и не управлял внутренне мотивированными (и в этом смысле собственными) действиями учащихся. Большинство действий, которые должны были реализовать учащиеся, учитель совершал сам. Если же учащиеся содержательно могут обосновать необходимость изучения атомарного уровня организации вещества до изучения превращения веществ, то это означает, что учитель, обучающий этих учащихся, организовал ориентировочно-мотивационный этап, и вложил немало сил для реализации собственных мыследействий обучающихся.

Обычно необходимость изучения генетической клеточки химии учащиеся обосновывают примерно таким образом: «Мы теперь знаем, что превращение веществ обусловлено разрывом одних связей и образованием других. А связи разрываются и образуются между различными видами атомов. Поэтому до осуществления химических явлений нам надо сначала изучить атомы, затем, «связывая» их, сконструировать молекулы, затем, в свою очередь, «связывая» различные виды атомов и молекулы, сконструировать макроуровень вещества, а затем уже думать о том, какие связи могут разрываться, какие – образовываться, после этого только осуществлять превращения.»

Таким образом, если у первого учителя учащиеся склонны к реализации лишь эмпирического мышления, то у второго – теоретического. В связи с этим учащиеся, поработавшие на ориентировочно-мотивационном этапе обучения, имеют определенные черты субъектов деятельности, тогда как не проработавшие – проявляют черты обычных объектов педагогического воздействия, и химические эксперименты им нужны в определенной степени (как бы) для забавы.

Большая значимость ориентировочно-мотивационного этапа для развития учащихся объясняется тем, что на этом этапе, совершая собственные мыследействия, учащиеся осознанно отвечают на такие вопросы:

При поиске ответа на первый вопрос они открывают предмет химии; на второй – выстраивают осознанно внутренний(ие) мотив(ы) и потребность изучения химии; на третий – осмысливают пока на абстрактном уровне план (способ) изучения химии в соответствии с принципом восхождения от абстрактного к конкретному, являющемуся естественным способом познания любой предметной области.

Изучение происхождения генетической клеточки химии

В связи с тем, что план изучения химии составлялся самыми лучшими учащимися в процессе собственных мыследействий, последовательность изучаемых понятий впоследствии они предлагают сами. Так, после реализации (на ориентировочно-мотивационном этапе) предметных действий, организуемых учителем, учащимся предлагают начать изучение химического явления (к которому они будут восходит поэтапно) с генетической клеточки химии – а именно с атома, лежащего в основании макроуровня организации вещества, участвующего в превращении. Этим самым они сами называют предмет познания на новом этапе мыследействия.

Затем учитель создает ситуацию, где учащиеся в процессе анализа и последующей рефлексии приходят к мысли, что после выделения предмета познания нужно непременно осмыслить способ его познания. Для этого совместными усилиями учащиеся актуализируют переведенные ранее во внутренний план принципы познания, которые и могут быть использованы ими либо без изменения, либо в преобразованном виде как средства познания. В ходе обсуждения учитель подводит учащихся к потребности использования принципов, составляющих всеобщий принцип познания, а именно – принцип восхождения от абстрактного к конкретному.

Таким образом, если на ориентировочно-мотивационном этапе учащиеся были подведены к осмыслению процесса познания предмета химии в соответствии с действиями, выстроенными по восхождению от абстрактного к конкретному как бы по вертикали, то теперь каждый раз, на каждом этапе восхождения при переведении каждого (промежуточного при восхождении) абстрактного понятия с уровня представления на понятийный уровень уже как бы по горизонтали «будут работать» те же действия, составляющие принцип восхождения от абстрактного к конкретному.

Так, в процессе рефлексии действий, составляющих принцип восхождения от абстрактного к конкретному, учащиеся совместно с учителем осмысливают план переведения представления об атоме на понятийный уровень.

В ходе реализации этого плана вначале каждый учащийся в тетради изображает абстрактные модели атомов, усвоенные им ранее на тех или иных предметах естественного цикла и отражающие лишь такие внешние признаки как размеры и формы. В процессе обсуждения в группах учащиеся отбирают наиболее интересные из них для отображения на доске. Анализ моделей атомов, представленных разными группами, и выделение (при обсуждении) их общих и отличительных признаков, позволяет учащимся сформулировать пока на абстрактном уровне примерно такое определение понятия «атом»: «атом – микрочастица сферической формы, которая может иметь разные размеры и наверняка разные массы».

После этого учитель предлагает модели объектов, анализ которых создает противоречивую ситуацию. Согласно моделям, они должны быть атомами, но оказывается, что это – модели совершенно других объектов. В результате формулируется умозаключение; точно так же, как и в случае с осмыслением сущности понятия «химическое явление», при изучении понятия «атом» недостаточно сведений о внешних признаках, необходимо подключить признаки и внутренние.

В ходе анализа и рефлексии, изложенных учителем, экспериментальных данных, полученных учеными, выясняется, что в атоме есть малая по объему положительно заряженная часть, называемая ядром, и большая по объему – отрицательно заряженная часть, называемая электронной оболочкой. Каждая из них, в свою очередь, состоит соответственно из частиц: положительно заряженных протонов, нейтральных нейтронов, составляющих ядро, и отрицательно заряженных электронов, составляющих электронную оболочку. Параллельно с анализом, учащиеся синхронно моделируют то, что бы получилось при мысленном расчленении нескольких атомов на части, а последних, на частицы. Затем при содействии учителя учащиеся характеризуют эти частицы по массе, заряду и выводят соответствующую символику.

В ходе последующей рефлексии характера составных частиц атома выясняется, что по составу атом представлен противоположностями: положительно заряженными протонами и отрицательно заряженными электронами. Кроме того, в ядрах атомов имеются частицы, которые сочетают в себе обе противоположности – это нейтральные нейтроны, каждая из которых при определенных условиях способна распадаться на положительный протон и отрицательно заряженный электрон. Таким образом, нейтроны сочетают в себе «и то» и «другое».

После этого совершаются (согласно ранее составленному плану) действия, обратные предыдущим. А именно: из этих охарактеризованных частиц (протонов, нейтронов и электронов) мысленно конструируются вначале ядра атомов, а затем и атомы. Процесс этот обязательно как всегда, синхронно рассуждениям, моделируется.

Анализ сконструированных моделей позволяет учащимся выделить общие внутренние признаки атомов и сформулировать (по сравнению с предыдущим) более конкретное определение понятия «Атом» примерно такого содержания: «Атом – это мельчайшая нейтральная частица, состоящая из положительно заряженного ядра (содержащего положительно заряженные протоны и нейтральные нейтроны, в котором практически сосредоточена вся масса атома) и отрицательно заряженной электронной оболочки, содержащей столько отрицательно заряженных электронов, сколько протонов в ядре.» Хотя определение получилось достаточно содержательным, оно еще является абстрактным. Об этом свидетельствуют последующие мыследействия учащихся. Зная, что каждый вид атома содержит и протоны, и нейтроны, и электроны, при совместном обсуждении никто не может выделить частицу, существенную для того или иного вида атома. Поэтому ими формулируется очередная учебная задача, направленная на поиск критерия вида атома.

Разыгрываются различные жизненные ситуации, где учащиеся ищут способ выяснения самого важного критерия, существенного для той или иной системы. При совместном обсуждении предложенных способов учащиеся выбирают способ, направленный на преобразование системы путем удаления или добавления тех или иных составляющих данной системы. Затем осуществляется перенос этого способа на процесс преобразования атома. Совместно с учителем учащиеся выстраивают план исследования. Согласно этому плану учащиеся мысленно добавляют в атом или удаляют из атома те или иные структурные частицы и анализируют последствия. Весь этот процесс как всегда моделируется. При этом выясняется, что изменение в атоме числа нейтронов и электронов не приводит к изменению вида атома, меняются лишь собственно масса либо заряд атома. Эти разновидности атомов учитель называет изотопами и ионами, а определения формулируют при совместном обсуждении в группах учащиеся сами. При этом в определение они включают все произведенные ими действия по преобразованию атома.

Последующие действия по изменению в атоме числа протонов приводит к изменению вида атома. На этом основании делается умозаключение, что существенной частицей для вида атома является протон, и в соответствии с этим учащиеся при совместном обсуждении в группах формулируют определение вида атома, называемого учителем химическим элементом. Впоследствии учащиеся осознанно пользуются понятием «химический элемент», связывая его сущность с числом протонов в ядрах атомов.

На основе анализа ситуаций, представленных учителем, учащиеся устанавливают соответствие между числом протонов в ядрах различных видов атомов и порядковыми номерами этих элементов в периодической таблице. А так как число протонов в ядрах равно числу электронов в электронных оболочках атомов, учащиеся вооружаются способностью характеризовать число протонов и электронов в атомах любого элемента по значению их порядковых номеров в периодической таблице.

В заключение осмысливается иерархия и объем сконструированных понятий: изотопы, ионы и химический элемент. Учащиеся рефлексируют, что изотопы, как разновидности атома, могут образовывать разновидности в виде ионов, а изотопы и ионы, в свою очередь составляют один вид атома, т.е. химический элемент. Поэтому эти понятия по нарастанию их объемов учащиеся располагают в такой последовательности: изотопы – ионы – химический элемент. Таким образом, самым емким понятием оказывается химический элемент, который может быть представлен как изотопами, так и их ионами. Иерархия и объемы этих понятий моделируются в виде единой системы.

При анализе понятия «атом химического элемента» учащиеся без затруднения выделяют первое существенное отношение: между числом протонов в ядрах и числом электронов в электронных оболочках. Их должно быть в атоме равное количество.

Для раскрытия второго существенного отношения и выходя на законы диалектики учитель допускает механические рассуждения, он специально создает ситуацию для анализа. При этом он использует одну из гипотез происхождения Вселенной. Совместно с

учащимися осмысливается тот период ее формирования, когда она представляла собой скопление протонов, нейтронов, электронов и др. частиц, двигающихся с очень большими скоростями. Учащиеся предсказывают, что противоположно заряженные частицы (протоны и электроны) могли притягиваться друг к другу. Так они конструируют атом водорода – протий.

При осмыслении и прогнозировании последующих событий, ведущих к усложнению атома водорода, мнения учащихся разделяются. Одни из них считают, что из атома водорода мог образоваться другой вид атома при попадании в его ядро одного протона и соответственно – в электронную оболочку одного электрона.

Другие – возражают. Учитель просит учащихся подвести основания под свои утверждения. Учащиеся первой группы после обсуждения приходят к такому общему мнению, что положительно заряженные протоны могли проникнуть в положительно заряженные ядра при очень большой скорости протонов. Вторая же группа связывает свое заключение со скоростью, которая была недостаточна для преодоления силы отталкивания положительно заряженным ядром положительно заряженного протона. Затем обсуждается вопрос: «А могло ли быть и то и другое». В ходе обсуждения учащиеся допускают, что в ходе эволюции вначале могли быть условия для проникновения протонов в ядро и образования нового элемента, позже таким способом образоваться химические элементы не могли.

В дальнейшем внимание сосредотачивается на втором случае. Обсуждается вопрос: «А как же тогда могли образоваться элементы? В процессе обсуждения учащиеся предполагают, что в положительно заряженное ядро могли проникнуть нейтральные нейтроны. Другие напоминают, что при этом могли образоваться лишь изотопы. Учащиеся в этот момент оказываются как бы в тупиковой ситуации. Они не могут продолжить мыследействия. Тогда учитель в целях развития мыследействия учащихся напоминает, что изотопы в основном не устойчивы. Тогда обсуждается вопрос: «Что же происходит с неустойчивыми изотопами?»

Для осмысления этого вопроса учитель приводит экспериментальные данные физиков-ядерщиков, которые свидетельствуют о том, что при проникновении в ядро атома одного нейтрона из атома этого вида вначале образуется его легкий изотоп, затем более тяжелый, затем еще более тяжелый (об этом учащиеся уже знали). Но учитель продолжает: «Наступает такой момент, когда самый тяжелый изотоп этого вида атома превращается в другой вид атома, находящийся в периодической таблице рядом с ним.» Этот процесс для учащихся новый. Они о нем ничего не знали. Учитель продолжает: «При этом масса тяжелого изотопа предыдущего элемента и масса атома вновь образованного элемента оказывались одинаковыми».

Весь изложенный ряд преобразований учащиеся моделируют совместно с учителем на примере атома водорода, получая вначале протий, затем дейтерий, тритий, наконец, из изотопа, где оказывается уже 3 нейтрона (и масса его равна 4), образуется новый вид атома – He, в ядре которого теперь 2 протона и 2 нейтрона и в электронной оболочке 2 электрона. Теперь учащиеся работают в группах над вопросом: «Как это могло произойти?» При совместном анализе ситуации и последующей рефлексии учащиеся делают такое

умозаключение: «Если масса атома не меняется, а увеличивается заряд ядра на единицу, то, вероятно, нейтральный нейтрон, имеющий примерно такую же массу, что и протон, распадается на положительно заряженный протон (остающийся в ядре) и электрон, переходящий в электронную оболочку. В результате получается новый вид атома с той же массой, что и самый тяжелый изотоп предыдущего элемента, вероятно живущий настолько короткое время, что исследователи не успевают его экспериментально уловить.»

В дальнейшем обсуждается такой вопрос: «Почему же при большем значении массы атома заряд ядра как бы стремится к увеличению?» Учащиеся предполагают, что, вероятно, атом с большей массой и малым зарядом ядра и соответствующим зарядом электронной оболочки удержаться как целое не может. Большая масса каким-то образом (этого мы не знаем) как бы «требует» большой заряд, тут-то и срабатывает механизм превращения, нейтрона в протон и электрон. В результате значение большого заряда ядра и соответствующего заряда электронной оболочки как бы приходит в соответствие с большей массой атома. Атом становится «устойчивым».

Далее осмысливается процесс проникновения в ядро полученного вида атома очередного нейтрона. При этом образуются изотопы нового элемента до тех пор, пока не образуется изотоп с самой тяжелой массой (так называемой критической массой). Эта критическая масса, в свою очередь, способствует увеличению заряда ядра (и электронной оболочки). В результате нейтрон превращается в протон (и электрон). Образуется новый вид атома и т.д.

Учащиеся предполагают, что это, вероятно, один из возможных способов образования новых химических элементов. Он позволяет выделить второе существенное отношение – это отношение, с одной стороны, масс атома и, с другой, заряда ядра с соответствующим зарядом электронной оболочки. Оказывается, что заряды структурных частиц (протонов и электронов) и масса атома должны быть соответствующими.

Таким образом, применяя ранее осмысленные принципы диалектики, рассматривается происхождении генетической клеточки химии.

Проанализировав и отрефлексировав совместно с учащимися этот процесс, учитель подводит их к «открытию» законов диалектики: единства и борьбы противоположностей, перехода количества в качество и отрицания – отрицания.

Вначале при совместном мыследействии «открывается» закон единства и борьбы противоположностей. Для этого, в первую очередь, в атоме выделяются противоположности: масса атома, с одной стороны, и заряд ядра и электронной оболочки, с другой. Затем учащиеся переходят к анализу такого явления: по мере увеличения массы изотопов (при постоянном заряде ядра и электронной оболочки) увеличивается неустойчивость атома. Эта нарастающая неустойчивость связана с нарастающей противоречивостью между массой и зарядом. Такое отношение между массой и зарядом называется борьбой противоположностей. Рассмотренное противоречие (по-другому, неустойчивость и борьба) достигает пика к тому моменту, когда масса становится наибольшей (критической). На этом пике неустойчивость атома (противоречие, борьба) снимается тем, что нейтрон превращается в протон и электрон. При этом увеличивается заряд ядра и электронной оболочки и как бы масса превращается в свою противоположность – заряд. Получается, что теперь «увеличенный» заряд ядра и электронной оболочки стабилизирует атом тем, что способны удержать атом такой большой (критической) массы, как единое целое. Атом становится устойчивым. По-другому – противоречие, борьба снимаются. Наступает момент единства противоположностей. Это явление повторяется, т.е. опять увеличивается масса атома. Нарастает неустойчивость – обостряется противоречие, наступает пик противоречия, и разрешается оно в момент образования изотопа с критической массой, способствующей переходу нейтрона в протон и электрон. Появляется устойчивый новый химический элемент. При этом противоречие снимается. Наступает опять как бы момент единства противоположностей, который как бы в скрытом виде содержит противоречие. Оно проявится в дальнейшем в виде неустойчивости вновь образующегося изотопа при попадании в ядро очередного нейтрального нейтрона. Учащиеся делают умозаключение, что причиной – источником развития атомов, т.е. процесса превращения одного вида атома в другой вид, является каждый раз возникающее противоречие между массой, с одной стороны, и зарядом ядра (и электронной оболочки) с другой. Повторяющуюся причинно-следственную взаимосвязь массы и заряда ядра (и электронной оболочки) атома, а также «переход» одной противоположности в другую учащиеся совместно с учителем называют законом единства и борьбы противоположностей.

Затем заостряется внимание на механизме перехода одного вида атома в другой вид. При этом учащиеся анализируют, как по мере усиления противоречия количественно нарастает масса атома. Достигнув критического значения она (масса) способствует скачку в новое качество, т.е. переходу атома в новое качество. Проявляется это внешне в том, что один вид атома превращается в другой вид. Эту повторяющуюся взаимосвязь учащиеся совместно с учителем называют законом перехода количества в качество.

Наконец, внимание концентрируется на моменте перехода одного вида атома в другой вид, т.е. на снятии противоречия противоположностей и борьбы. Каждый раз в этот момент один вид атома как бы отрицается другим, другой – третьим и т.д. Это повторяющееся отрицание одних видов атомов другими видами атомов учащиеся совместно с учителем называют законом отрицания.

В заключение рефлексируется процесс развития атомарного уровня организации вещества и характер проявления при этом трех основных законов диалектики. Процесс этот синхронно моделируется.