Сетевое издание
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

ФОРМИРОВАНИЕ КУЛЬТУРЫ АЛГОРИТМИЧЕСКОГО МЫШЛЕНИЯ НА УЧЕБНЫХ ЗАНЯТИЯХ ПО ПРЕДМЕТУ ХИМИЯ

Иконникова Л.Ф. 1 Иконникова К.В. 1
1 ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский Томский политехнический университет»
Обсуждена необходимость формирования культуры алгоритмического мышления для студентов технических высших учебных заведений. Представлены результаты апробации и внедрения в учебный процесс элементов, развивающих алгоритмическое мышление на лабораторных занятиях по предмету «Химия». Учебные занятия проблемно-ориентированы и построены в проектно-организационном формате. Длительность проекта – семестр, цель проекта –получение навыков преобразования инструктивного научно-технического текста в другое информационное поле. Охарактеризованы этапы проведения учебного занятия: подготовительный, осмысливающий, постижение новых знаний. На конкретном примере показано, что при выведении теоретических выкладок и экспериментальных результатов в обобщенный видеоряд (график → рисунок → таблица) достигается максимальный эффект восприятия и интерпретации инструктирующего текста как некоей целостной и связной информации.Исследование носит практикоориентированный характер, содержит конкретные предложения по формированию ключевых компетенций и рассчитано на преподавателей вузов и учителей.
информационное поле.
алгоритмическое мышление
преобразование
текст
1. Аникушина Е.А. Инновационные образовательные технологии и активные методы обучения: методическое пособие/Е.А. Аникушина, О.С. Бобина, А.О. Дмитриева и др. – Томск: В-Спектр, 2010.–212 с.
2. Иконникова Л.Ф., Иконникова К.В. Проектно-организационное обучение и проблемно-ориентированное учебное занятие //Современные проблемы науки и образования. – 2014. – №3. –C. 1-7(226); URL: http://www.science-education.ru/117-13275.
3. Иконникова Л.Ф., Иконникова К.В. Траектория достижения успеха студентом в свете ФГОС нового поколения/Современные проблемы науки и образования. – 2014. – №5. –C. 144; URL: http://www.science-education.ru/119-15224.
4. Лабораторный практикум по общей химии: учебное пособие/сост. Н. Ф. Стась, А.А. Плакидкин, Е.М. Князева. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 207 с.
5. Bloom, B.S. Taxonomy of educational objectives: The classification of educational goals: Handbook I, cognitive domain. –New York: Longman, 1994.
6. Ikonnikova L.F.,Ikonnikova K.V., Koltunova E.A.Energy and resource saving raw materials for dactyloscopy//MATEC Web of Conferences. – 2014 – Vol. 19, Article number 01017. – p. 1-3. The 2nd International Youth Forum «Smart Grids», Tomsk, Russia, October 6-10, 2014.
DOI: http://dx.doi.org/10.1051/matecconf/20141901017.
URL:http://www.matec-conferences.org/articles/matecconf/abs/2014/10/contents/contents.html
7. Ksenia V. Ikonnikova, Natalia E. Vaisblat, Igor S. Peremitin and Raisa N. Abramova. Electronic Database – Monitoring Tool and Quality Improvement of Supplied Electricity// MATEC Web of Conferences. –2014 – Vol. 19, Article number 01039. – p. 1-5 The 2nd International Youth Forum «Smart Grids», Tomsk, Russia, October 6-10, 2014.
DOI: http://dx.doi.org/10.1051/matecconf/20141901039.
URL:http://www.matec-conferences.org/articles/matecconf/abs/2014/10/contents/contents.html
В современных условиях лавинообразного потока информации остро стоит вопрос о получении образования по стандартам, которые формируют ключевые компетенции, выводят личность на более высокий уровень мышления и позволяют выпускникам дальше развиваться самостоятельно. Высокий уровень мышления по таксономии Б. Блума [5] характеризуется сформированной способностью перерабатывать полученную информацию системно (анализировать и дробить на части, синтезировать или обобщать, определять её ценность). Поэтому современная отечественная система высшего профессионального образования нацелена на перевод процесса обучения со статичного предметного знания к динамичному научному познанию. То есть на передачу студентам не столько готовой информации по предмету, сколько методов её получения, осмысления, преобразования и применения для дальнейшего саморазвития. Овладение этими методами приводит к формированию ключевых компетенций будущего выпускника:позволяет студентам самостоятельно ориентироваться в информационном пространстве и исследовать полученное сообщение,познавать связь между различными научно-техническими и творческими областями, конструировать новые (собственные) знания и отстаивать свою точку зрения.

На сегодняшний день нет типовой модели организации и проведения учебных занятий, которая дает представление о том, какие элементы педагогической технологии обучения, и каким образом влияют на формирование ключевых компетенций. Каждый преподаватель свободен в выборе форм, методов и технологии учебного процесса. Однако чем лучше структурирована и систематизирована совокупность знаний, подлежащих усвоению, тем в большей степени студентам ясны цели изучения и значимость овладения данной системой знаний и умений, тем легче и прочнее эти знания усваиваются.

Общепризнано, что проблемно-ориентированное учебное занятие с активными формами обучения наиболее продуктивно [1]: материал усваивается более полно, уменьшается время изучения учебного материала, учебный процесс становится творческим, увеличивается заинтересованность и успешность обучающихся[2].Результаты, получаемые преподавателями, различаются. Это связано со многими причинами, главными из которых являются: многообразие используемых форм, методов и технологий; контингент и количество обучающихся;профессионализм преподавателя.Так, от преподавателя требуется более продуманная подготовка на несколько занятий вперёд, экспериментирование в поиске  результативного встраивания в каждое занятие тех или иных элементов педагогического инструментария, вовлечение в процесс обучения всей группы (10÷15 человек).Следует отметить, что для решения такой проблемы, как развитие алгоритмического мышления, имеется существенная информационная недостаточность методологической проработки, практического использования и результативности той или иной активной формы обучения. В связи с этим обмен опытом организации и проведения учебного занятия в свете ФГОС нового поколения является актуальным и способствует оптимизации педагогического процесса в целом.

Результаты и их обсуждение

В настоящем сообщении представлен ход учебного занятия по дисциплине «Химия»  в проектно-организационном формате. Сроки начала и окончания проекта –один семестр.Контингент обучающихся – студенты нехимических специальностей первого курса технического вуза, первый семестр. Количество обучающихся – группа по 10÷15 человек.

Так как для выпускников технических ВУЗов важны навыки представления любой, даже самой сложной информации в максимально компактном и наглядном виде (удобные для практического использования схемы, графики, таблицы, символы, формулы, геометрические рисунки и т.д.), то целью семестрового проекта выбрано: развитие навыков алгоритмического мышления. Яркий пример результативности такого мышления – фундаментальный периодический закон Д. И. Менделеева, представленный в виде таблицы «Периодическая система элементов».Выбранная цель проекта является проблемой, для решения которой в каждое учебное занятие (посвященное освоению очередного текущего материала по предмету «Химия») встраиваются элементы её решения: приемы выявления и абстрагирования; кодирования и декодирования; анализ и синтез через сравнение, группирование и классификацию. Для достижения поставленной цели студенты на каждом занятии по химии обучаются переводить вербальный научно-технический текст в иное информационное поле, принятое в выбранной предметной области или сфере деятельности.

Проведем разбор учебного занятия. Вид занятия – лабораторная работа. Тема занятия: «Определение графическим методом частного кинетического порядка (n) по тиосульфату натрия в реакции между тиосульфатом натрия и серной кислотой». Текстовая информация о целях, задачахи ходе проведения лабораторной работы прописана в виде инструкции в учебном пособии [4] на 5 страницах. На предыдущем занятии студентам выдано задание на самоподготовку: проанализировать инструктивный научно-технический текст (С. 51-55) и преобразовать вербальный текст в другое информационное поле, объемом не более 1 страницы рабочей тетради. Так как для адекватного восприятия и интерпретации текста студенты должны обладать некоторым запасом знаний по данной теме, то накануне прочитана лекция «Кинетика. Скорость химической реакции».

Ход учебного занятия разделен на три этапа.

Первый этап – подготовительный (контролируется степень подготовленности студентов к восприятию новых знаний-умений-навыков). Рассматривается домашняя проработка задания попреобразованию вербального текста, и обсуждается её положительные  стороны. Кто-то выбрал таблицу или график, а иные – рисунок или схему.Для понимания сути настоящего сообщения приведем выдержку инструктирующего текста из руководства[4], который следовало перевести в другое информационное поле:«…Исследуется реакция между тиосульфатом натрия и сернойкислотой,  которая описывается уравнением:

Na2S2O3+ H2SO4= Na2SO4+ SO2↑+ S↓+ H2O

1.В пяти отдельных пробирках приготовить пять растворов тиосульфата натрия с различными концентрациями. В первую пробиркуналить из капельницы 2 капли раствора Na2S2O3, во вторую – четыре, в третью – шесть, в четвёртую – восемь и в пятую – десять капель раствора. После этого объём раствора в каждой пробирке довести до 12 капель добавлением воды: в первую пробирку внести 10 капель воды, во вторую – 8, в третью – 6, в четвёртую – 4 и в пятую – 2. Если теперь принять концентрацию самого разбавленного раствора (первого) условно за единицу, то следующие будут иметь концентрацию два, три, четыре и пять.

2. В приготовленных пробирках с растворами Na2S2O3 провести реакциис серной кислотой. Для этого в каждую из них добавить одну каплю сернойкислоты. Каждый раз по секундомеру определить время реакции – достижение одинаковой интенсивности опалесценции.

3. Вычислить значения скорости реакции и заполнить таблицу.

4. Построить график зависимости скорости реакции от концентрациираствора тиосульфата натрия Na2S2O3, по виду которого установить частныйкинетический порядок реакции (n) по тиосульфату натрия…»

Второй этап – осмысливающий (обдумывание ходов оптимального преобразования  и получения результата без практической пробы). Преподаватель совместно со студентами анализирует инструктивный вербальный текст с целью выбора значимых единиц анализа и их сортировки по иерархии, выбора максимально лаконичной и наглядной формы  преобразования текста. Здесь используется система наводящих вопросов и оценок, подтверждающих правильность или ошибочность хода решения. После анализа делается  вывод о том, что при выведениитеоретических выкладок и экспериментальных результатов в обобщенный видеоряд (график → рисунок → таблица →график) достигается максимальный эффект восприятия и интерпретации инструктирующего текста как некоей целостной и связной информации (рис.1). Подчеркивается, что зрительный образ своей конкретностью способствует кристаллизации мысли, поскольку изобразительный ряд сильнее действует на восприятие, воспринимается как нечто цельное с меньшим напряжением, чем вербальный научно-технический текст.

Третий этап – постижение новых знаний. Студенты заносят графический алгоритм инструктирующего текста в рабочую тетрадь (рис.1), проводят эксперимент, рассчитывают единицы анализа, наносят на график «Теория» экспериментальные результаты, строят  свой график зависимости. Замечено, что после выведения видеоряда у студентов резко повышается самостоятельность и осмысленность в проведении исследования и представлении результатов. В конце занятия преподаватель лишь помогает сформулировать четкий вывод о соответствии полученных экспериментальных фактов детерминированным положениям и выводам; проверяет письменный отчет и выставляет оценки в соответствии с оценочным листомвыполнения заданий (таблица 1, максимальный балл =1).

Рис. 1.Графический алгоритм инструктирующего текста

Таблица 1

Оценочный лист выполнения заданий

Критерии оценки точности и полноты ответа на задание

Баллы

а) понимает специфику задания:

владеет навыками кодирования и декодирования, анализа и синтеза через сравнение, группирование и классификацию;

справился с заданиями базового, среднего и системного уровня познаний; фактические ошибки в письменном отчете отсутствуют;

1

б) понимает специфику задания:

владеет навыками кодирования и декодирования, анализа и синтеза через сравнение, группирование и классификацию;

справился с заданиями базового, среднего и системного уровня познаний;  допускает 3 фактических ошибки;

0,8

в) не обнаруживает понимания специфики задания;

не владеет навыками кодирования и декодирования, анализа и синтеза через сравнение, группирование и классификацию;

допускает 5 фактических ошибок;

0,5

г) не дает ответ,  раскрывающий поставленную проблему;

не владеет навыками кодирования и декодирования, анализа и синтеза через сравнение, группирование и классификацию;

допускает больше 10 фактических ошибок в письменном отчете.

0,2

Заключение

Развитие культуры алгоритмического мышления выводит личность на более высокий уровень мышления и позволяет выпускникам дальше развиваться самостоятельно. В процессе обучения в ВУЗе алгоритмически представленная информация усваивается студентами более легко, закрепляется более прочно, трансформируется в другую область знаний-умений-навыков и успешно там применяется.Непрерывность в развитии ключевых компетенций повышает мотивациюстудентов к  качественному самообразованию в выбранной предметной области или сфере деятельности, а также к результативной публичной презентации своих знаний и умений. Признание  успешности студента подтверждается их траекторией успеха в учебе и научной деятельности[3, 6, 7].


Рецензенты:

КозикВ.В., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой неорганической химии ХФ ТГУ, г. Томск;

Саркисов Ю.С.,д.т.н., профессор, заведующий кафедрой  химии ООФ ТГАСУ, г. Томск.


Библиографическая ссылка

Иконникова Л.Ф., Иконникова К.В. ФОРМИРОВАНИЕ КУЛЬТУРЫ АЛГОРИТМИЧЕСКОГО МЫШЛЕНИЯ НА УЧЕБНЫХ ЗАНЯТИЯХ ПО ПРЕДМЕТУ ХИМИЯ // Современные проблемы науки и образования. – 2015. – № 1-1. ;
URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=17616 (дата обращения: 28.09.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074