Интерактивное обучение химическим дисциплинам как средство формирования профессиональной компетентности студентов педагогических вузов

- способность находить связь содержания дисциплины с образовательным и жизненным опытом школьника,

- способность отбирать коллоидно-химическое содержание обучения для основных и элективных курсов в основной и профильной школе различных профилей, для предпрофильной подготовки и внеклассной работы.

- способность организовывать образовательную среду в соответствии с коллоиднохимическим содержанием обучения химии в школе.

Краткосрочные цели представляют собой конкретизированные в рамках каждого модуля специальные профессиональные компетенции, они имеют конкретное описание, непосредственно связанное с содержанием, ожидаемыми результатами и критериями оценки результатов обучения. Конкретизация специальных компетенций основывается на выявлении наиболее значимых элементов содержания, их выделения в качестве основы компетенции и определения требуемого уровня их усвоения. В диссертации с использованием двухэтапной схемы субъективно-объективного оценивания (анализ структурно-логических связей графов и матриц, анализ учебной литературы и нормативной документации) и экспертного опроса преподавателей конкретизированы специальные профессиональные компетенции по всем модулям дисциплин «Физическая химия» и «Коллоидная химия».

Проектирование целей интерактивного обучения химическим дисциплинам требует выявления специальных профессиональных компетенций в отношении дисциплины в целом (долгосрочные цели) и их конкретизации по модулям (краткосрочные цели), что возможно только при едином рассмотрении целей, содержания, ожидаемых результатов и оценочных критериев.

Содержание интерактивного обучения рассматривается через призму трех системных характеристик -- состава, структуры и функций. Состав содержания интерактивного обучения химическим дисциплинам соответствует основному содержанию химической науки и отбирается на основе принципов научности, доступности, соответствия условиям обучения и профессиональной направленности. Инвариантная составляющая отражает требования ГОС к обязательному минимуму содержания и рекомендуемых программ дисциплин. Вариативная часть включает расширенное содержание отдельных разделов дисциплин федерального компонента образовательной программы, содержание учебных дисциплин вузовского компонента, дисциплин по выбору и факультативных дисциплин, а также содержание, осваиваемое студентом при самостоятельной работе в рамках учебной дисциплины.

Содержание интерактивного обучения структурировано по модульному принципу. В содержании дисциплины «Физическая химия» выделено шесть модулей. В содержании дисциплины «Коллоидная химия» выделено девять модулей, системообразующей основой которых является единое рассмотрение дисперсных систем и поверхностных явлений, а также система смысловых связей между ними (рис.2).

Рис.2. Модульная структура содержания интерактивного обучения коллоидной химии

В каждом модуле выделены учебные элементы, структурно-логические связи между ними представлены в виде графов учебной информации и матриц связей, которые служат источником информации о структуре содержания обучения.

В качестве функций содержания интерактивного обучения химическим дисциплинам рассматривается формирование профессионально-значимых химических знаний, умений и опыта деятельности, ценностно-смысловых отношений, отвечающих формированию знаниевой, деятельностной и ценностной составляющих специальных профессиональных компетенций.

Деятельность субъектов интерактивного обучения (студентов и преподавателей образовательных программ химических и естественнонаучных специальностей и направлений педагогического вуза) расценивается как форма активного целенаправленного взаимодействия с образовательной средой обучения химическим дисциплинам. Деятельность студентов строится исходя из их субъектной позиции и высокой самостоятельности, акцент смещается с пассивного потребления и заучивания информации на интерпретацию и производство знаний, их творческое осмысление и применение в реальных ситуациях. Профессиональная фасилитирующая позиция преподавателя выражается в вытеснении информационно-контролирующих функций координационно-управленческими. В соответствии с важнейшими характеристиками деятельности (предметностью, мотивированностью, целенаправленностью, осознанностью) в деятельности субъектов интерактивного обучения выделены ориентировочно-мотивационный, операционно-исполнительский и рефлексивно-оценочный этапы, что нашло свое отражение в стадийной методике интерактивного обучения химическим дисциплинам.

Процессуальный компонент интерактивного обучения химическим дисциплинам характеризуется посредством описания форм, методов, стадийной методики, и средств интерактивного обучения.

Разнообразные комбинации элементов общих, внешних и внутренних форм образуют систему конкретных форм интерактивного обучения химическим дисциплинам -- интерактивная лекция, интерактивный семинар, лабораторное занятие, внеаудиторные задания, работа над проектами и т.д. В диссертации описана специфика и приведены примеры форм интерактивного обучения физической и коллоидной химии.

В интерактивном обучении химическим дисциплинам используются методы обучения, специально разработанные в рамках описываемой методической системы, а также общие методы обучения химии, адаптированные в контексте ведущей идеи концепции интерактивного обучения. Рассматривается четыре группы методов, соотнесенных с этапами и уровнями методики интерактивного обучения:

- методы создания положительной мотивации (построение системы профессиональных перспектив, эмоциональное стимулирование, учет личных учебных достижений, создание психологически комфортных условий обучения), соответствующие ориентировочно-мотивационному этапу;

- методы организации интерактивной познавательной когнитивной и практической деятельности студента (обсуждения, дискуссии, решение задач на основе анализа конкретных ситуаций, химический эксперимент, проекты, учебные исследования), соответствующие операционно-исполнительскому этапу;

- рефлексивно-оценочные методы (анализ результатов контроля и самоконтроля, диагностика учебных затруднений, оценивание значимости приобретенных знаний и умений), соответствующие рефлексивно-оценочному этапу;

- методы развития личной образовательной среды обучения (привлечение личного опыта студента, практическая ориентация, открытое планирование обучения, работа с дополнительными источниками информации), актуальные на всех этапах дидактического цикла, так как «отвечают» за развитие цикла по вертикали.

В диссертации на примерах физической и коллоидной химии охарактеризованы специфичные методы интерактивного обучения химическим дисциплинам: построения системы профессиональных перспектив, открытого планирования, решения учебных задач на основе анализа конкретных ситуаций. Далее кратко раскрыты метод решения учебных задач на основе анализа конкретных ситуаций и метод построения системы профессиональных перспектив, другие методы приведены при описании методики интерактивного обучения.

Метод решения учебных задач на основе анализа конкретных ситуаций предусматривает известные, подобные и неизвестные ситуации при решении. Под известной понимается ситуация, для решения которой имеются конкретные образцы. В случае задач на основе анализа конкретных (известных) ситуаций сначала разбирается стандартный метод решения, выявляется алгоритм деятельности, рассматриваются образцы решения задачи согласно выявленному алгоритму в нескольких вариантах. Далее студентам предлагается осуществить самостоятельное решение в аудитории, однотипные задачи включены в индивидуальные домашние задания.

Решение учебных задач на основе анализа конкретных (подобных) ситуаций основано на том, что ситуацию нужно проанализировать, сравнить с другими подобными ситуациями, видоизменить их, приближая к рассматриваемой.

Задача. При 25 С удельная электропроводность насыщенного раствора бромистого серебра равна 2, 24 10^-6 Ом^-1см^-1, а воды, в которой растворена соль 1, 25 10^-6 Ом^-1см^-1. Молярные электропроводности ионов Br^- и Ag⁺ при бесконечном разбавлении соответственно равны 78, 14 и 61, 90 см²Ом^-1моль¹. Определите растворимость и произведение растворимости AgBr.

Решение включает: 1) анализ подобной ситуации «малорастворимый электролит». Концентрация насыщенного раствора малорастворимого электролита, находящегося в равновесии с твердой фазой, определяется величиной растворимости. Для насыщенного раствора малорастворимого бинарного электролита типа КА, к которым относится изучаемое вещество: [K⁺] [A^-] =S² =ПР; 2) анализ подобной ситуации «электропроводность раствора». Молярная электропроводность раствора связана с удельной электропроводностью через величину концентрации, в случае малорастворимого электролита -- растворимости, с учетом размерности данных в условии величин: . Необходимо учесть, что приведенная в тексте задачи ч насыщенного раствора включает электропроводность собственно AgBr и электропроводность воды: ; 3) видоизменение ситуаций «малорастворимый электролит» и «электропроводность раствора» до конкретной ситуации. Насыщенный раствор малорастворимого вещества, соприкасающийся с твердой фазой, бывает настолько разбавленным, что л_нас?л_?. Величину л_? можно вычислить по справочным данным _? ионов.Таким образом, можно рассчитать растворимость и произведение растворимости AgBr:

Задачи на основе анализа конкретных (неизвестных) ситуаций, то есть ситуаций, которые не встречались в практике студента даже в виде образца, который может быть подвергнут определенной модификации можно разделить на: задачи, связанные с самостоятельным углубленным изучением какого-либо раздела, практические задачи, контекстные задачи, то есть задачи, имеющие педагогическую направленность. В ходе решения таких задач студенту необходимо самостоятельно сформулировать проблему, выработать стратегию и тактику решения, найти дополнительную необходимую информацию, позволяющую использовать, анализировать, интерпретировать подобные и известные ситуации, что в обязательном виде предусматривает обращение к дополнительным источникам информации и творчество. В приведенном ниже примере студент посредством задачи побуждается к самостоятельному изучению автоколебательных реакций и одного из методов определения энергии активации -- метода трансформации кинетических кривых, а также к сбору материала для будущей профессиональной деятельности.

Задание. В середине прошлого века открыт крайне интересный класс химических реакций -- автоколебательные реакции. Одной из первых была реакция Белоусова-Жаботинского, где в системе «малоновая кислота-KBrO₃-KBr-H₂SO₄-Ce(SO₄)₂» наблюдаются периодические изменения окраски, обусловленными переходами катализатора Се³⁺(желтый)/Ce⁴⁺(бесцветный). Затем подобную реакцию стали проводить с другими органическими кислотами (лимонная, яблочная, винная) и катализаторами (Fe²⁺/Fe³⁺, Mn²⁺/Mn³⁺ и т.д.). Самостоятельно изучите этот класс реакций, опишите ее механизм, составьте свое мнение о возможности использования материала об автоколебательных реакциях в работе учителя химии. Определите энергию активации реакций Белоусова-Жаботинского, используя приведенные в таблице данные о времени колебаний (реакции проводили при различных начальных концентрациях реагентов).

При оценивании результатов выполнения задания делаются выводы об умении студента находить необходимую информацию, понимании границы ее использования, способности оценить ее значимость для развития науки и перспективы использования в профессиональной педагогической деятельности.

Метод построения системы профессиональных перспектив основан на выявлении перспектив использования специальных компетенций, формируемых при изучении дисциплины, в будущей профессиональной деятельности. На разных уровнях овладения компетенциями используются следующие методические приемы:

- обзор тем, разделов, возможных элективных курсов школьного курса химии и естествознания, где используется учебная информация модуля (в коллоидной химии для модуля «Получение и образование дисперсных систем» -- качественные реакции с выпадением осадков, растворы и смеси, флотация руд, формование искусственных волокон; для модуля «Молекулярно-кинетические свойства дисперсных систем» -- уроки «Закон и постоянная Авогадро», «Растворы и смеси», электив «История естествознания»).

- сбор и накопление материала для собственной педагогической деятельности (информация, полученная в процессе обучения с преподавателем или при работе с дополнительными источниками; факты, используемые для постановки и полученные в процессе решения задач на основе анализа конкретных ситуаций; специальные практические компетенции, необходимые для организации школьного учебного эксперимента по химии);

- выполнение заданий по контекстного педагогического содержания, связанных с отбором содержания учебного материала для школьного курса химии, конструированием содержания элективных и факультативных курсов, внеклассной работы; организацией исследовательской деятельности школьников по химии.

Методика интерактивного обучения химическим дисциплинам представлена в виде стадийного процесса, отражающего уровни формирования специальных профессиональных компетенций и этапы деятельности субъектов интерактивного обучения. Дидактический цикл интерактивного обучения химическим дисциплинам представляет трехступенчатую структуру. Ступени цикла отвечают уровням формирования компетенций, сопровождаются усложнением учебной познавательной деятельности студентов и повышением степени ее самостоятельности. В соответствии с этапами интерактивной деятельности каждая из трех ступеней осваивается в три этапа (ориентировочно-мотивационный, операционно-исполнительский, рефлексивно-оценочный), что в общей сложности составляет девять стадий цикла. Каждая стадия имеет свои специфические цели, методы и формы обучения, проиллюстрированные в диссертации на примере дисциплины «Коллоидная химия».

На первой стадии (ориентировочно-мотивационная стадия ступени ознакомления) происходит диагностика готовности студентов к освоению содержания, постановка целей, установление связей предмета изучения с личным и учебным опытом студента, первоначальная ориентация в предметном поле. Ведущей формой обучения является ознакомительное интерактивное занятие, в ходе которого используются следующие приемы и методы создания положительной мотивации к обучению и развития личной образовательной среды:

- обзор предмета изучения;

- выявление личного опыта студентов в отношении предмета изучения и установление связи имеющегося бытового и учебного опыта с содержанием модуля. (для модуля «Получение и образование дисперсных систем» -- образование золей и пептизации осадков в аналитической химии; процесс образовании тумана в физике; получение золей золота или коллоидного никеля из опыта работы в студенческом научном обществе и т.д.);

- диагностика готовности студента к изучению содержания модуля проводится с помощью тестирования востребуемых в данном модуле знаний и умений из предшествующих модулей и учебных дисциплин;

- обзор разделов школьного курса химии, где используется содержание модуля;

- характеристика содержания и структуры учебного материала;

- обсуждение развернутой учебно-технологической карты модуля, включая информацию об ожидаемых результатах изучения модуля, диагностируемых позициях и контролирующе-оценочных процедурах.

Целью второй стадии (операционно-исполнительская стадия ступени ознакомления) является формирование специальных профессиональных компетенций на уровне знания и понимания, осуществления стандартных лабораторных процедур по образцу. Методы обучения наиболее близки, но не тождественны тем методам, которые называют традиционными для высшей школы (описание, объяснение, рассуждение, примеры, выводы уравнений, химический эксперимент, решение расчетных задач), принципиальным отличием является наличие постоянной обратной связи по вертикали (студент-преподаватель), активизирующей и стимулирующей включение студента в деятельность, опора на имеющиеся у студента знания и опыт.

Методы организации интерактивной познавательной когнитивной и практической деятельности студента на этой стадии реализуются в формах интерактивной ознакомительной лекции по изучению нового и интерактивных практическо-лабораторных занятий. Интерактивная ознакомительная лекция по изучению нового сохраняет преимущественно монологический стиль общения преподавателя с аудиторией в сочетании с элементами диалога. На интерактивных практических занятиях ведущим является метод решения учебных задач на основе анализа конкретных (известных) ситуаций. Лабораторный учебный эксперимент на этой ступени проводится сначала демонстрационно, а затем всеми студентами под непосредственным контролем преподавателя. Проведение эксперимента предваряется обсуждением общих требований к его безопасному проведению, прогнозированием причин возможных затруднений.

Третья стадия (рефлексивно-оценочная стадия ступени ознакомления) соответствует определению места формируемых компетенций в общей структуре научного знания и практической деятельности, выявлению трудностей в освоении содержания обучения, оцениванию значимости присвоенных знаний и умений для дальнейшего развития профессиональной компетентности. Для этого используются методы рефлексивного анализа процесса и результата аудиторной и внеаудиторной работы:

- анализ результатов экспресс-тестирования;

- студенческая экспертиза учебного демонстрационного эксперимента, реализуемая работой выбранной экспертной группы студентов, которые анализируют выполнение опыта (соблюдение техники безопасности, правильная последовательность действий, точность соблюдения прописи, полнота комментария);

- анализ трудностей в освоении содержания обучения. Используется приём разбора наиболее распространенных ошибок студентов, делается акцент на выявление типичных для данного студента ошибок, при необходимости проводится индивидуальная консультация с преподавателем или в качестве консультанта рекомендуется один из студентов;

- коллективный разбор решения учебных задач, в ходе которого обсуждается значимость получаемых в ходе решения знаний и умений для решения других задач, значимость умения решать другие задачи для решения данной. Так, задача о формульной записи мицеллы лиофобного золя опирается на знания о различных типах химических реакций, теории электролитической диссоциации, теории двойного электрического слоя и т.д. Приобретаемая компетенция связана с пониманием агрегативной устойчивости золей, их коагуляции под действием электролитов, причин электрокинетических явлений и т.д.;

- оценивание значимости приобретенных знаний и умений происходит в процессе их применения, в частности при получении нового знания на их основе. Например, каждый студент группы получает задание вычислить величину электрокинетического потенциала по скорости электрофореза в золе с определенной концентрацией электролита. Наряду с проверкой правильности вычислений ставится цель выявить влияние концентрации электролита на ж-потенциал. Результаты вычислений объединяются и используются для построения графической зависимости, делается вывод об изменения строения ДЭС.

На четвертой стадии (ориентировочно-мотивационная стадия ступени освоения знаний, умений) ставятся цели интеграции личной образовательной среды студента с образовательной средой обучения дисциплине, развития мотивации к учению, ориентации в структурно-логических связях содержания обучения. Используются методы развития личной образовательной среды студента и методы создания положительной мотивации в аудиторных и внеаудиторных формах индивидуальной и групповой деятельности. На этой стадии работа ведется по конкретизированному заданию преподавателя и, как правило, требует привлечения дополнительных источников информации и активного взаимодействия как по вертикали (студент-преподаватель), так и по горизонтали (студент-студент). В качестве примера приведено внеаудиторное задание для группы студентов оценить площадь нефтяного пятна при растекании нефти по водной поверхности. В процессе решения и оценивания достоверности результата этой простой задачи студентами привлекается самая разнообразная информация -- состав нефти, ликвидация нефтяных и масляных разливов, их влияние на поверхностное натяжение, экологические и другие последствия.

Задание. Используя представления о строении поверхностного слоя, оцените площадь нефтяного пятна при растекании 2, 5 кг нефти по поверхности воды.

Фрагмент решения. Максимально большое пятно образуется при условии, что нефть растечется в виде мономолекулярного слоя. Нефть, из которой в дальнейшем получают керосин, имеет состав С₉Н₂₀-С₁₆Н₃₄, то есть молекулярную массу 128-370 (среднее значение 250). Если одна молекула занимает площадь 20•10^-20 м², то разлив 2, 5 кг нефти (10 моль) образует пятно площадью S=щ·N_A·n =20•10^-20 [м²/молекулу]·6, 02•10²³ [молекул/моль]·10 [моль]=1, 2 [км²]^.

Поскольку различные сорта нефти отличаются по составу, используемые студентами данные и результаты проводимых на их основе вычислений будут различны. Сопоставление результатов вычислений и найденных в средствах массовой информации сведений о разливах нефти свидетельствует о существовании различий между «теорией» и «практикой». Так, для оценки достоверности результатов вычислений одним из студентов была привлечена следующая информация: «В реке Иргиз Самарской области оказалось более трех тонн чистой нефти. Площадь нефтяного пятна составила около 300 квадратных метров». Такие существенные различия требуют выявления их причин или поиска ошибки в решении. В действительности из-за естественного и искусственного ограничения растекания пленка нефти на воде оказывается в несколько раз толще, а, следовательно, меньше по площади. Кроме того, нефть частично растворяется в воде, окисляется, образует водонефтяную эмульсию, которую и собирают при ликвидации экологических катастроф. Положительная мотивация создается методом учета личных учебных достижений: качественное и своевременное выполнение заданий учитывается в накопительной системе оценок; за счет построения системы профессиональных перспектив: собранный материал может явиться основой курсовой или выпускной квалификационной работы, пригодиться в собственной педагогической деятельности при работе в профильной школе экологического профиля, а в несколько модифицированном виде -- в классах культурологического или исторического профиля (например, как научное объяснение «жертвы» морским богам -- при сильном шторме моряки выливали в море бочку масла, волнение на некоторое время ослабевало, так как большое масляное пятно гасило волны); за счет эмоционального удовлетворения, появления интереса.

На пятой стадии (операционно-исполнительская стадия ступени освоения знаний, умений) осуществляется развитие специальных компетенций до уровней «применение» и «анализ». Методы организации интерактивной познавательной когнитивной и практической деятельности студента соответствуют продуктивным методам обучения и включают, в частности, обсуждения, проблемное обучение, решение учебных задач на основе анализа конкретных (подобных) ситуаций, а также частично-поисковый химический эксперимент, реализуемые в формах интерактивной проблемно-эвристической лекции и практических занятий.

Развитию специальных практических компетенций способствует выполнение лабораторных учебно-исследовательских работ частично-поискового характера. Это лабораторные работы, предусмотренные учебным планом, выполнение которых опирается на стандартные лабораторные процедуры, однако требует их видоизменения. Количественный результат работы не предопределен, как в случае изучения адсорбции кислот на активированном угле, где адсорбентами служат угли различных марок и их удельная поверхность заранее не известна.

На шестой стадии (рефлексивно-оценочная стадия ступени освоения знаний, умений) происходит оценивание значимости формируемых специальных профессиональных компетенций, определение ценности и значимости применять приобретенные на стадии освоения знания и умения для дальнейшего профессионального и личностного развития, оценивание вновь приобретенных знаний и компетенций, выявление трудностей в освоении содержания обучения дисциплине. Используются следующие рефлексивно-оценочные методы: анализ результатов текущего контроля, диагностика учебных затруднений в форме коллоквиумов, защит результатов лабораторных работ

В качестве примера приведем задания индивидуально-группового коллоквиума по теме «Адсорбция и адсорбционные свойства дисперсных систем». Индивидуальное задание для каждого из четырех студентов группы: охарактеризовать одну из изотерм адсорбции II, III, IV, V типов по классификации Брунауэра; групповое задание: «На основании сравнительного анализа формы начальных и конечных участков изотерм адсорбции II-V типов оцените возможность наличия пор в адсорбентах и сравните интенсивность взаимодействия адсорбент-адсорбат и адсорбат-адсорбат». В табл. 2 курсивом приведены сравнительные характеристики изотерм, даваемые студентами в ходе коллоквиума. В ходе коллоквиума диагностируются учебные затруднения, связанные со знанием (классификации изотерм, отличительных признаков изотерм разных типов), пониманием (причин адсорбционных взаимодействий и капиллярно-конденсационных процессов), умением (объяснить форму начальных и конечных участков изотерм), способностью анализировать, интерпретировать.

Таблица 2. Сравнительная характеристика изотерм адсорбции (материалы коллоквиума «Адсорбция и адсорбционные свойства дисперсных систем»)

Размещено на http://www.allbest.ru/

4

Размещено на http://www.allbest.ru/

4

Размещено на http://www.allbest.ru/

4

Размещено на http://www.allbest.ru/

4

Защита лабораторных работ заключается в презентации: 1) полученных результатов наблюдений и измерений, качественной и количественной обработки данных, 2) оценивании их достоверности и значимости, включая анализ погрешностей, оценку порядка величины и правильного использование единиц, сопоставление результатов с имеющимися литературными данными, 3) оценивании приобретенных практических и когнитивных компетенций. Например, определив в ходе лабораторной работы удельную поверхность активированного угля S_уд =720 м²/г, студенты сопоставили эту величину с характеристиками угля марок БАУ-А, ДАК, БАУ-МФ по ГОСТ 6217-74 (700-800 м²/г), данные найдены на сайте Приладожского завода сорбентов http://carbo.e-stile.ru. Ими был сделан вывод о достоверности полученных результатов, и, следовательно, о развитии своей компетенции в определении удельной поверхности адсорбента.

Седьмая стадия (ориентировочно-мотивационная стадия ступени овладения компетенциями) отвечает развитию образовательной среды обучения, ее расширению за счет внешних образовательных сред, развитию мотивации к самообучению и самообразованию. Мотивация познавательной деятельности создается методами эмоционального стимулирования, учета личных учебных достижений студента, за счет осознания успешности собственной деятельности. Так, подводя итоги выполнения лабораторной работы по изучению адсорбции ПАВ, мы акцентируем внимание, что студенты самостоятельно, используя простое оборудование, смогли достоверно определить размеры молекулы. Несмотря на трудоемкость расчетов, результат этой лабораторной работы приносит высокое моральное удовлетворение и служит серьезным источником мотивации.

Развитие, расширение личной образовательной среды обучения студента происходит не только за счет приращения обязательной учебной информации, но и за счет внешних образовательных сред (Интернет, дополнительная учебная и научная литература, общение с другими студентами и сотрудниками кафедры, исследовательская деятельность). Студенты составляют базы информационных ресурсов по дисциплине, подборки литературы и дополнительных материалов учебного содержания. Одним из наиболее интересных проектов в опыте интерактивного обучения стало создание электронного учебного пособия на основе творческих работ студентов, проект защищен в виде дипломной работы.

Целью восьмой стадии (операционно-исполнительская стадия ступени овладения компетенциями) является формирование специальных компетенций на уровне синтеза и оценки. Методы обучения на этой стадии характеризуются усложнением учебных задач и их решением на основе анализа конкретных (неизвестных) ситуаций. Примером практической задачи может служить изучение пористой структуры сорбента на основе анализа изотермы адсорбции, содержащей участок капиллярно-конденсационного гистерезиса. Методы обучения имитируют научный поиск: решение включает уточнение поставленной задачи (какие именно характеристики пористого сорбента можно определить по изотерме адсорбции -- удельную поверхность и размер пор), определение стратегии, выработку тактики, оценивание результатов. В качестве примера контекстной задачи приведем следующее задание: «Составьте план содержания элективного курса по теме «Адсорбция» для профильной школы (профиль выберите самостоятельно). Отберите содержание, доступное для понимания школьника. Продумайте, какие эксперименты по адсорбции можно провести в школьной химической лаборатории. Проведите поиск дополнительной литературы и материалов в соответствии с выбранным профилем обучения».

Девятая стадия (рефлексивно-оценочная стадия ступени овладения компетенциями) соответствует целям определения ценностного и ответственного отношения к содержанию, процессу и результату обучения в социальном, профессиональном, нравственном и экологическом контекстах, формированию суждений, основанных на прочных знаниях и умениях, оценке учебных достижений в предметной области модуля. Рефлексивно-оценочные методы этой стадии реализуются при выступлении студентов с докладами, защитах результатов решения исследовательских задач, дискуссиях, в ходе которых обсуждается деятельность студентов в процессе решения задач, полученные результаты. Особенностью стадии является ее открытость, принципиальная незавершенность, поскольку по окончании изучения модуля или всей дисциплины продолжается скрытая рефлексивная деятельность студента по отношению к приобретенным компетенциям.

Результативно-оценочный компонент интерактивного обучения химическим дисциплинам описывает ожидаемый результат -- формирование специальных профессиональных компетенций студента педагогического вуза. Качество результатов измеряется и оценивается на основе качественных и количественных критериев и диагностируемых показателей.

Методика оценивания специальных профессиональных компетенций состоит из нескольких этапов. На первом этапе овладение студентом конкретизированными специальными компетенциями отражает достижение краткосрочных целей обучения дисциплине, выражаемое в выполнении (зачтении) индивидуальных заданий, сдаче коллоквиумов и защите лабораторных работ. Второй этап соответствует количественному оцениванию овладения конкретизированными специальными компетенциями по результатам текущего модульного и комплексного контроля. Для количественной оценки введен показатель степени овладения специальными компетенциями Y, опирающийся на личный рейтинг студента. Третий этап -- оценивание уровня овладения специальными компетенциями связан с выявлением количественных показателей достижения долгосрочных целей обучения. За количественный показатель принят параметр уровня овладения специальными профессиональными компетенциями Z, полученный методом субъективного шкалирования по трем специально разработанным бальным шкалам специальных когнитивных N(А), практических N(Б), и компетенций, непосредственно связанных с будущей профессиональной деятельностью студентов педагогических вузов N(В). Получаемые значения степени и уровня овладения специальными компетенциями являются количественными показателями достигнутых студентом результатов обучения. Показатель Y характеризует широту, разнообразие специальных профессиональных компетенций, в первом приближении -- полноту выполнения студентом учебного плана по дисциплине, изучение всех необходимых разделов, присвоение требуемых знаний и умений. Показатель Z, в свою очередь, характеризует присвоенные студентом знания и умения в их внешнем деятельностном проявлении в терминах компетентностного подхода.

В четвертой главе «Теоретико-экспериментальное исследование эффективности методической системы интерактивного обучения химическим дисциплинам студентов педагогических вузов» описана организация исследования, его этапы, методы сбора и обработки данных, содержание проведенного эксперимента и его результаты. В экспериментальном исследовании на разных этапах принимали участие около 800 студентов факультета химии РГПУ им А.И. Герцена, обучавшиеся в 1995-2007 годах, в опросах, анкетировании и консультациях участвовали более 30 преподавателей высших учебных заведений, ведущих обучение химическим дисциплинам студентов химико-педагогических и химических специальностей и направлений: ОГПУ (Оренбург), ПГУ им М.В. Ломоносова (Коряжемский филиал), КГМУ (Краснодар), СПбГУ (Санкт-Петербург), ВГГУ (Киров), СПбГИЭУ (ИНЖЭКОН) (Санкт-Петербург), СПБТИ (ТУ) (Санкт-Петербург), ВГУ им П.М. Машерова (Витебск), БГПУ им М. Танка (Минск), ПГПУ (Псков), ПГПИ (Псков), кандидаты и доктора наук, имеющие стаж педагогической деятельности не менее пяти лет.

Констатирующий эксперимент проводился с целью определения уровня подготовки студентов по химическим дисциплинам, выявления соответствия уровня подготовки требованиям компетентного подхода и определению потребности в разработке методической системы интерактивного обучения химическим дисциплинам студентов педагогического вуза. Для получения экспериментальных данных были изучены и проанализированы: сведения об успеваемости студентов, материалы итоговой аттестации по химическим дисциплинам (экзаменационные билеты), мнения преподавателей химических дисциплин о традиционной для вуза методической системе обучения и об учебных достижениях студентов, результаты контрольных работ студентов по отдельным дисциплинам, наблюдения за текущей учебной деятельностью студентов. Анализ объективных результатов экзаменационных сессий по блокам дисциплин и по химическим дисциплинам в отдельности студентов показал, что успеваемость по химическим дисциплинам существенно ниже, чем по другим учебным дисциплинам. Изучение материалов аттестации по 10 учебным курсам химических дисциплин показало, что вопросы экзаменационных билетов преимущественно рассчитаны на воспроизведение информации, и лишь в отдельных случаях содержат задания по сравнению, сопоставлению, интерпретации и использованию знаний, а задания по нахождению уникальных ответов к проблемам или вынесению критических суждений на основе прочных знаний практически отсутствуют. Это вывод также был впоследствии подтвержден при интервьюировании преподавателей химических дисциплин.

Для определения уровня подготовки по химическим дисциплинам в 1996-97, 1997-98 гг. 93 студентам 3 курса были предложены контрольные работы, содержащие задания в отношении понятий курса физической и коллоидной химии, непосредственно связанных с другими химическими дисциплинами. Контрольная работа состояла из нескольких групп заданий, в каждой содержались вопросы в отношении одного из понятий при возрастающем уровне сложности по таксономии Блума, которая сегодня расценивается как одна из лучших для описания результатов в терминах компетентностного подхода. В соответствии с используемой таксономией выделено шесть уровней подготовки, результаты эксперимента показали, что средние показатели приходятся на второй уровень, то есть уровень понимания -- объяснения информации, что не соответствует современным требованиям подготовки компетентного специалиста.

Констатирующее исследование подтвердило необходимость разработки теоретической концепции интерактивного обучения химическим дисциплинам, а также разработки и внедрения методической системы интерактивного обучения химическим дисциплинам, которая обеспечивала бы овладение специальными компетенциями студентов химических и естественнонаучных специальностей и направлений педагогического вуза.

В поисковом эксперименте, проводимом методами анкетирования, экспертного опроса и консультаций с преподавателями были уточнены цели обучения химическим дисциплинам с позиции компетентностного подхода; выявлены пути обновления содержания обучения, необходимость и целесообразность внедрения в учебный процесс форм, методов и методики интерактивного обучения; определены критерии оценивания учебных достижений студентов по химическим дисциплинам; определен состав специальных профессиональных компетенций студентов химических и естественнонаучных специальностей и направлений педагогического вуза; конкретизированы специальные компетенции, формируемые при обучении дисциплинам «Физическая химия», «Коллоидная химия», «Физическая и коллоидная химия». Использование метода экспертных оценок позволило уточнить основные теоретические положения разработанной концепции и создать основу для практической реализации методической системы интерактивного обучения химическим дисциплинам.

На формирующе-корректирующем этапе педагогического эксперимента изучалась эффективность функционирования методической системы интерактивного обучения химическим дисциплинам, что потребовало модернизации традиционного процесса обучения в соответствии с выдвинутой рабочей гипотезой. Объектом эксперимента стал процесс обучения дисциплинам «Физическая химия», «Коллоидная химия», «Физическая и коллоидная химия» студентов химических и естественнонаучных специальностей и направлений педагогического вуза. В эксперименте по изучению эффективности функционирования методической системы интерактивного обучения приняли участие более 500 студентов 3-4 курсов РГПУ им А.И. Герцена, обучающихся по специальности 050101 Химия, направлению 050100 Естественнонаучное образование, профиль 050101 Химия (бакалавриат), и направлению 020100 Химия (бакалавриат) с 1998 по 2007 учебный год. Группы 1998-99, 1999-2000 и 2000-01 учебных годов рассматривались как контрольные, а 2001-02, 2002-02, 2003-04, 2004-05, 2006-07 -- как экспериментальные. К неварьируемым условиям эксперимента отнесены внешняя организация учебного процесса и постановка одинаковых дидактических задач по изучению одинакового объема содержания дисциплины. Варьируемые условия эксперимента могут быть уточнены через описание поэтапного введения элементов методики интерактивного обучения. Ее внедрение в учебный процесс началось в 2001-02 учебном году с систематического использования методов организации интерактивной познавательной когнитивной и практической деятельности студента, что сразу дало заметный положительный результат. Со следующего семестра того же учебного года в учебный процесс были внедрены методы развития личной образовательной среды обучения. В 2002-03 учебном году в дополнение к названным начали применяться методы создания положительной мотивации. С 2003-04 учебного года началось систематическое применение рефлексивно-оценочных методов и, соответственно, методика интерактивного обучения стала реализовываться в полном объеме.

На протяжении педагогического эксперимента проводился мониторинг обучения студентов по семи следующим показателям: уровень обученности «на входе», уровень подготовки по коллоидной химии; степень овладения специальными компетенциями Y; уровень овладения специальными компетенциями Z с отдельным рассмотрением уровней сформированности специальных когнитивных N(А), практических N(Б) и компетенций, непосредственно связанных с будущей профессиональной деятельностью студентов педагогических вузов N(В). Индивидуальные результаты студентов по всем параметрам в каждой из контрольных и экспериментальных групп повергались статистической обработке: определялись частоты проявляемых значений, строились гистограммы их распределения в выборках по годам эксперимента, анализировалось положение максимума, что давало возможность качественной интерпретации результатов. Для количественной оценки определяли средние значения показателей выборки, рассматриваемые как обобщенные результаты достижения поставленных целей, с последующим сравнением одних статистических данных с другими. Распределение показателей изучалось с целью доказательства принадлежности групп-выборок к одной генеральной совокупности при входном тестировании или для доказательства существенной разницы между контрольными и экспериментальными группами по итогам эксперимента. Для доказательства нулевой или альтернативной статистической гипотез были определены статистические критерии Стьюдента, Фишера, Крамера-Уэлча и Пирсона всех выборок по отношению к контрольной группе 1998-99 учебного года, а затем сопоставлены с критическими значениями указанных критериев. В диссертации приведены гистограммы и таблицы, объединяющие вычисленные статистические критерии по всем отслеживаемым показателям.

Содержание входного теста определялось важнейшими теоретическими и практическими вопросами из области химических, естественнонаучных и математических дисциплин, необходимыми для изучения коллоидной химии. Распределение оценок при входном тестировании студентов разных годов обучения с 1998-99 по 2006-07 доказало принадлежность групп-выборок к одной генеральной совокупности с достоверностью 95%.

Уровень подготовки оценивался по результатам специальных контрольных работ, аналогичным проводимым на этапе констатирующего эксперимента. Показатели степени и уровня овладения специальными компетенциями оценивались по методике оценивания специальных компетенций. На графических зависимостях средних значений уровня подготовки, степени овладения специальными компетенциями Y и показателя уровня овладения специальными компетенциями Z в течение эксперимента (рис. 3, 4, 5) отчетливо прослеживается тенденция к их повышению по мере внедрения в учебный процесс элементов методической системы интерактивного обучения химическим дисциплинам.

Рис. 3. Изменение уровня подготовки по дисциплине «Коллоидная химия» в течение эксперимента (К - контрольные группы, Э -- экспериментальные)

Рис. 4. Изменение степени овладения специальными компетенциями по дисциплине «Коллоидная химия» в течение эксперимента (К - контрольные группы, Э -- экспериментальные)

Рис. 5. Изменение среднего показателя уровня овладения специальными компетенциями Z в предметной области дисциплины «Коллоидная химия» в течение эксперимента (К - контрольные группы, Э -- экспериментальные)

На основании анализа изменений уровней сформированности специальных когнитивных, практических и непосредственно связанных с будущей профессиональной деятельностью компетенций N(A), N(Б), N(B), определяемых для получения показателя Z, было отмечено, что средний уровень овладения специальными компетенциями Z в течение эксперимента повышался за счет прироста всех трех составляющих. Сравнение темпов прироста показателей N(A), N(Б), N(B) и Z показало, что наибольший вклад в прирост Z дает увеличение уровня сформированности специальных компетенций, непосредственно связанных будущей профессиональной деятельностью студентов педагогических вузов.

Результаты эксперимента наглядно свидетельствуют о динамичном и последовательном повышении уровня подготовки, степени и уровня овладения специальными компетенциями при внедрении в учебный процесс обучения коллоидной химии методической системы интерактивного обучения, что является доказательством выдвинутой в начале исследования гипотезы об эффективности методической системы интерактивного обучения химическим дисциплинам.

В заключении диссертации обобщены результаты исследования и сформулированы выводы.

1. Установлена на основе теоретического анализа литературных источников и выявленных противоречий необходимость разработки и реализации методической системы интерактивного обучения химическим дисциплинам как средства формирования профессиональной компетентности студентов педагогических вузов.

2. Показана роль обучения химическим дисциплинам в содействии становлению профессиональной компетентности студентов химических и естественнонаучных специальностей и направлений педагогического вуза посредством формирования специальных профессиональных компетенций в тесной связи с ключевыми и компетенциями. Специальные профессиональные компетенции формируются при обучении отдельным дисциплинам цикла предметной/профильной подготовки по химии.

3. Обосновано, что интерактивное обучение химическим дисциплинам является неотъемлемой частью ориентированного на компетенции химико-педагогического образования. Цели содействия становлению профессиональной компетентности студентов химических и естественнонаучных специальностей и направлений педагогического вуза посредством формирования специальных профессиональных компетенций могут быть достигнуты при внедрении в образовательную практику методической системы интерактивного обучения химическим дисциплинам.

4. Создана концепция интерактивного обучения химическим дисциплинам студентов химических и естественнонаучных специальностей и направлений педагогического вуза. Сущность концепции отражается в представлениях о формировании специальных профессиональных компетенций при целенаправленном интенсивном рефлексивном продуктивном взаимодействии студента с образовательной средой обучения химическим дисциплинам.

5. Разработана и реализована теоретическая модель интерактивного обучения химическим дисциплинам, представляющая собой систему взаимосвязанных друг с другом теоретико-методических основ и структурно-функциональных компонентов: целевого, содержательного, процессуального и результативно-оценочного, а также деятельности субъектов интерактивного обучения в образовательной среде обучения химическим дисциплинам. Показана связь структурно-функциональных компонентов интерактивного обучения химическим дисциплинам. Теоретическая модель отражает общие существенные признаки интерактивного обучения химическим дисциплинам в педагогическом вузе и служит основой создания методических систем интерактивного обучения конкретным дисциплинам.

6. Разработаны и реализованы теоретико-методологические основы, включившие построение многоуровневой методологии, концепции и теоретической модели интерактивного обучения химическим дисциплинам студентов химических и естественнонаучных специальностей и направлений педагогического вуза. Определены в качестве ведущих компетентностный и средовый подходы, а также доминирующие принципы интерактивного обучения химическим дисциплинам: компетентностного развития личности, взаимодействия с образовательной средой, профессиональной направленности обучения.

7. Смоделировано в логике компетентностного подхода проектирование долгосрочных и краткосрочных целей и ожидаемых результатов интерактивного обучения химическим дисциплинам студентов педагогических вузов. В терминах специальных профессиональных компетенций описаны цели и ожидаемые результаты обучения дисциплинам «Физическая химия» и «Коллоидная химия».

8. Выделены в составе специальной профессиональной компетенции знаниевая (теоретическое знание академической области «химия»), деятельностная (практическое применение знаний к конкретным ситуациям состояния вещества, протекания химических процессов, их изучения, применения и практического использования) и ценностная (ценностное и ответственное отношение в социальном, профессиональном, нравственном и экологическом контекстах) составляющие. Разработана структура специальных профессиональных компетенций студентов химических и естественнонаучных специальностей и направлений педагогического вуза, представляющая собой комплекс специальных когнитивных компетенций, связанных с решением интеллектуальных задач в области химии, специальных практических компетенций, связанных с работой в учебной химической лаборатории, и специальных компетенций, непосредственно связанных с будущей профессиональной деятельностью. В процессе формирования специальных профессиональных компетенций при обучении химическим дисциплинам выделены уровни ознакомления, освоения знаний и умений, овладения компетенциями.

9. Разработано и проанализировано содержание интерактивного обучения, рассматриваемого через призму трех системных характеристик -- состава, структуры и функций; определены принципы отбора содержания обучения. Показано, что состав, предложенная модульная структура и функции содержания интерактивного обучения отвечают целям формирования специальных профессиональных компетенций студентов химических и естественнонаучных специальностей и направлений педагогического вуза. Структурировано по модульному принципу с использованием принципов научности, доступности, соответствия условиям обучения и профессиональной направленности содержание интерактивного обучения дисциплинам «Физическая химия» и «Коллоидная химия».

10. Деятельность субъектов интерактивного обучения химическим дисциплинам строится исходя из субъектной позиции студента и фасилитирующей профессиональной позиции преподавателя. В деятельности преподавателя доминирование переходит от информационно-контролирующих к координационно-управленческим функциям. В деятельности студента акцент смещается с пассивного потребления и заучивания информации на интерпретацию и производство знаний, их творческое осмысление и применение в реальных ситуациях. В деятельности субъектов интерактивного обучения химическим дисциплинам выделены ориетировочно-мотивационный, операционно-исполнительский, рефлексивно-оценочный этапы.