Межпредметная интеграция как средство повышения интереса к изучению химии у учащихся физико-математических школ



В статье рассматриваются приемы интеграции физики и химии и их применение на уроках как средство повышения интереса к изучению химии.

Ключевые слова: межпредметная интеграция, химия, физика, химическое образование, интеграция, интерес к изучению предмета.

Государственный стандарт образования ставит перед школой задачу — качественное обучение учащихся на основе системно-деятельностного подхода. Обучающийся должен активно участвовать в процессе обучения, обладать навыками самостоятельного обучения, а, следовательно, уметь ориентироваться в информационном потоке. Основой учебной деятельности становятся мотивы, потребности и познавательный интерес.

Актуальность работы обусловлена тем, что в настоящее время интеграция естественнонаучных, технических и культурных знаний лежит в основе современного уровня развития науки и техники. В профильных школах физико-математического направления существует необходимость выявления специфики содержания, форм, методов и средств обучения предметам, которые в таких школах не являются основными, в частности химии. Познавательный интерес в отношении изучения непрофильных дисциплин, как правило, у учащихся невысокий. Данная проблема может быть решена только с учетом особенностей учебно-познавательной деятельности учащихся. Для этого необходимы:

1. Выявление и разработка через межпредметную интеграцию условий для реализации потенциальных возможностей учебного процесса и необходимость интеграции учителей — предметников;
2. Всестроннее развитие обучающихся в учебном процессе, несмотря на недостаточность интеграции предметов естественно-математического цикла;
3. Проведение интегрированных уроков химии с физикой и математикой, а также мероприятия межпредметного характера, способствующие повышению уровня мотивации к изучению химии у учащихся с хорошим уровнем подготовки в области физики и математики.

Цель исследования: разработка методики проведения интегрированных уроков по химии, способствующих повышению уровня познавательного интереса школьников к изучению химии.

Гипотеза исследования: уровень познавательного интереса учащихся физико-математической школы к изучению химии повысится, если в процессе обучения химии будет осуществляться интегрирование с физикой и математикой.

Задачи исследования:

1. Изучить научно-методическую литературу по теме исследования.
2. Изучить роль интегративных процессов в мире и их влияние на современное образование.
3. Изучить планирование, проведенное администрацией школы по реализации межпредметных связей.
4. Провести теоретический анализ современного состояния проблемы повышения учебной мотивации.
5. Выявить повышение учебной мотивации школьников средствами межпредметной интеграции и определить педагогические условия ее реализации посредством мониторинга качества знаний по химии и с помощью анкетирования.
6. Разработать интегрированные уроки по химии.
7. Проверить опытно-экспериментальным путем эффективность разработанной методики повышения учебной мотивации обучающихся.

Методы исследования: анализ психолого-педагогической литературы, нормативных документов в сфере образования, учебно-методического комплекса по химии для основной и средней школы, анализ результатов анкетирования и тестирования обучающихся, изучение опыта других учителей, моделирование методики обучения школьников химии на основе межпредметных связей с другими школьными предметами, разработка интегрированных уроков и мероприятий во внеурочной деятельности, педагогический эксперимент.

Межпредметные связи характеризуются структурой, а так как внутренняя структура предмета является формой, то выделяют следующие формы связей:

– по составу;

– по направлению действия;

– по способу взаимодействия направляющих элементов.

Таблица 1

Формы межпредметных связей	Типы межпредметных связей		Виды межпредметных связей
1) По составу	1) содержательные		по фактам, понятиям законам, теориям, методам наук
	2) операционные		по формируемым навыкам, умениям и мыслительным операциям
	3) методические		по использованию педагогических методов и приемов
	4) организационные		по формам и способам организации учебно-воспитательного процесса
2) По направлению	1) односторонние, 2) двусторонние, 3) многосторонние		Прямые; Обратные/ восстановительные
3) По способу взаимодействия связеобразующих элементов (многообразие вариантов связи)	Временной фактор	1) хронологические	1) преемственные 2) синхронные 3) перспективные
		2) хронометрические	1) локальные 2) среднедействующие 3) длительно действующие

Межпредметные связи по составу показывают — что используется, трансформируется из других учебных дисциплин при изучении конкретной темы.

Межпредметные связи по направлению показывают:

1) Является ли источником межпредметной информации для конкретно рассматриваемой учебной темы, изучаемой на широкой межпредметной основе, один, два или несколько учебных предметов.

2) Используется межпредметная информация только при изучении учебной темы базового учебного предмета (прямые связи), или же данная тема является также «поставщиком» информации для других тем, других дисциплин учебного плана (обратные или восстановительные связи).

Временной фактор показывает:

– какие знания, привлекаемые из других дисциплин, уже получены учащимися, а какой материал еще только предстоит изучать в будущем (хронологические связи);

– какая тема в процессе осуществления межпредметных связей является ведущей по срокам изучения, а какая ведомой (хронологические синхронные связи).

– как долго происходит взаимодействие тем в процессе осуществления межпредметных связей.

Вышеприведенная классификация межпредметных связей позволяет аналогичным образом классифицировать внутрикурсовые связи (связи, например, между физикой, математикой, информатикой — курса физики; связи между неорганической и органической химией — курса химии), а также внутрипредметные связи между темами определенного учебного предмета, например физики, органической химии, новейшей истории. Во внутрикурсовых и внутрипредметных связях из хронологических видов преобладают преемственные и перспективные виды связей, тогда как синхронные резко ограничены, а во внутрипредметных связях синхронный вид вообще отсутствует.

В настоящее время необходимо совершенствование процесса обучения, а именно: в содержании учебного материала естественно-научных дисциплин важно усилить системность; в методах и приемах обучения — проблемность, активизацию познавательной деятельности; в формах организации — сотрудничество преподавателей разных предметов.

В специализированных физико-математических школах Казахстана учащиеся в большей степени изучают физику и математику, а на химию отводится не так много часов в учебных планах, поэтому считаю выбранную тему достаточно актуальной. В 7–9 классах 1 час инвариантного компонента, в 10–11 классах — 2 часа инвариантного компонента. В то время как на изучение физики в 7–8 классах до 5 часов в неделю, в 9 классах до 7 часов в неделю, в 10–11 классах до 8 часов в неделю инвариантного и вариативного компонентов.

Анализ способностей учащихся к изучению физики и математики позволил Аршанскому Е. Я. [1] сделать вывод, что для учащихся физико-математических классов характерно сочетание математической и естественно-научной направленности учебно-познавательных процессов (табл. 2) [2]

Таблица 2

Процесс	Математическая направленность	Естественно-научная направленность
Восприятие	Аналитико-синтетическое	Аналитико-синтетическое
Мышление	Абстрактно-теоретическое мышление Легкость и широта обобщений, глубина анализа. Большая подвижность мыслительных процессов. Математическая логика и склад ума. Пространственное мышление	Теоретическое мышление Сочетание логического и образного компонентов. Пространственное мышление. Способность к моделированию.
Память	Словесно-смысловая, обобщенная, математическая	Словесно-смысловая, образная
Воображение	Творческое, пространственное	Творческое

Анализ таблицы 2 показывает, что учащиеся физико-математических классов имеют способности, необходимые для изучения химии: аналитический склад ума, динамичность мыслительных процессов, пространственное мышление, способность к абстрагированию. Курс химии может формировать у таких учащихся представление об общности изучаемых физикой и химией объектов, взаимосвязи физических и химических процессов, физических методах исследования, применяемых в химии (спектральный и рентгеноструктурный методы анализа, электронную микроскопию и др.).

Химия и физика имеют общую предметную область — атомный и молекулярный уровни организации материи. Обе науки используют квантовую механику и одинаковые методы анализа. Установление связей в преподавании является целесообразным тогда, когда изучаются элементы общей предметной области химии и физики. Также важно усилить математический аппарат химии как точной науки.

Приступая к отбору материала, осуществляющего интеграцию, можно выделить следующие принципы:

1. Химико-физическое содержание учебной программы должно быть взаимосвязано.
2. Факты, сообщаемые учащимся, должны быть верны в одинаковой степени с точки зрения обеих дисциплин.

Сейчас актуально введение в изучение химии элементов аналитической химии, основ физических и физико-химических методов анализа веществ: ИК -спектроскопия, рентгеноструктурный анализ, ЯМР — спектроскопия, масс-спектрометрия и др.

3. Химико-физический учебный материал должен быть доступным для учащихся: соответствовать возрасту учащихся и уровню теоретической подготовки.
4. Химико-физический учебный материал должен способствовать конкретизации и обобщению естественнонаучных понятий.

По определению Д. П. Ерыгина: «Межпредметные связи можно рассматривать как дидактическую систему, которая отражает в школьных курсах объективно существующие взаимосвязи, обеспечивает посредством согласованного взаимодействия ее учебных компонентов осуществления целенаправленного процесса обучения школьников». [4]

Использование межпредметных связей требует знания содержания учебных программ по другим предметам, реализация межпредметных связей в практике обучения предполагает сотрудничество учителей естественнонаучного цикла. Анализ содержания учебных программ по физике и химии в старших классах [5, 6] позволил определить объём информации, который возможно использовать в школьном курсе для осуществления межпредметной интеграции (таблица 3).

Таблица 3

Содержание физико-химического материала (10–11 классы естественно-математического направления)

Раздел долгосрочного плана (физика)	Темы /Содержание раздела долгосрочного плана	Цели обучения (физика)	Цели обучения (химия)
Газовые законы	Уравнение состояния идеального газа.	10.3.2.1 — применять уравнение состояния идеального газа при решении задач	10.1.1.3 -производить вычисления с использованием величины количества вещества и стехиометрических законов
Электрический ток в различных средах	Электрический ток в растворах и расплавах электролитов. Законы электролиза.	10.4.3.5 — описывать электрический ток в электролитах и применять законы электролиза при решении задач	10.2.3.8 — описать сущность процесса электролиза 10.2.3.9 — применять эмпирические правила для прогнозирования продуктов электролиза на электродах
Атомная и квантовая физика	Опыт Резерфорда по рассеянию альфа-частиц. Постулаты Бора. Опыты Франка и Герца	11.8.1.12 — обосновать планетарную модель атома на основе опыта Резерфорда по рассеянию альфа-частиц; 11.8.1.13 — объяснять условия устойчивого существования атома с помощью постулатов Бора	10.1.3.1 — называть характеристики и значения квантовых чисел; 10.1.3.2 — применять принцип минимума энергии, принцип Паули, правило Хунда для заполнения электронных орбиталей
Физика атомного ядра	Естественная радиоактивность. Закон радиоактивного распада.	11.8.2.1 — объяснять, на основе закона радиоактивного распада причины, длительного сохранения заражения местности ядерными отходами; 11.8.2.2 — применять формулу радиоактивного распада при решении задач.	10.1.2.4 — использовать кривую отношения протонов/нейтронов в ядрах атомах химических элементов для определения устойчивости ядер изотопов
	Атомное ядро. Нуклонная модель ядра. Изотопы. Энергия связи нуклонов в ядре.	11.8.2.3 — вычислять энергию связи атомного ядра и объяснять графическую зависимость удельной энергии связи от массового числа ядра	10.1.2.1 — объяснять физический смысл понятий «нуклиды» и «нуклоны» 10.1.2.2 — вычислять среднюю относительную атомную массу смеси природных изотопов элемента
	Ядерные реакции. Искусственная радиоактивность. Деление тяжелых ядер. Цепные ядерные реакции. Критическая масса.	11.8.2.4 — использовать законы сохранения массового и зарядового чисел при написании ядерных реакции; 11.8.2.5 — понимать природу ядерного синтеза и естественного радиоактивного распада	10.1.2.3 — объяснять природу радиоактивности и применение радиоактивных изотопов 10.1.2.5 — составлять уравнения ядерных реакций
Нанотехнологи я и наноматериалы	Основные достижения нанотехнологии, проблемы и перспективы развития наноматериалов	11.9.1.1 — объяснять физические свойства наноматериалов и способы их получения; 11.9.1.2 — обсуждать сферы применения нанотехнологии	11.4.2.34 — объяснять физический смысл понятий «наночастица», «нанохимия» и «нанотехнология» 11.4.2.35 -описывать методы синтеза и исследования наночастиц 11.4.2.36 -называть области применения наночастиц

В 2022–2023 учебном году планирую разработать и провести интегрированные уроки по следующим темам:

1. Уравнение состояния идеального газа. (химия и физика);
2. Ядерные реакции. Искусственная радиоактивность. (химия и физика);
3. Основные достижения нанотехнологии, проблемы и перспективы развития наноматериалов (химия и математика);
4. Вычисление средней относительной атомной массы смеси природных изотопов элемента (химия, физика и математика);
5. Математические приемы при решении химических задач (химия и математика).

Я считаю, что использование межпредметных связей является одним из способов совершенствования учебно-воспитательного процесса. Предполагаю, что рассмотрение отдельных разделов химии во взаимосвязи с физикой и математикой позволит повысить интерес к изучению химии, а следовательно, будет способствовать формированию научного мировоззрения у учащихся. Содержание школьного курса химии для учащихся физико-математических классов должно состоять из инвариантного ядра (химическая символика, основные химические понятия, законы, теории, методы химической науки) и вариативной оболочки (физический и математический компоненты, связанные с химическим компонентом). Таким образом учитель химии сможет показать учащимся значимость химической науки и облегчить ее изучение.

Литература:

1. Аршанский Е. Я. Специфика обучения химии в физико-математических классах // Химия в школе. — 2002. — № 6. — с. 23–29.

2. Аршанский Е. Я. Обучение химии в разнопрофильных классах. Учебное пособие. — М.: Центрхимпресс, 2004.-128 с.

3. Кулагин П. Г. Межпредметные связи в процессе обучении. — М.: Просвещение, 1981. — 94с.

4. Содержание и методы осуществления межпредметных связей в курсе химии. Методические рекомендации / сост. Ерыгин Д. П. и Дьякова М. Б. — М., 1988.-92с.

5. Типовая учебная программа по учебному предмету «Физика» для 10–11 классов естественно-математического направления уровня общего среднего образования по обновленному содержанию — Астана: НАО им. И. Алтынсарина, 2013. — 28 с.

6. Типовая учебная программа по учебному предмету «Химия» для 10–11 классов естественно-математического направления уровня общего среднего образования по обновленному содержанию — Астана: НАО им. И. Алтынсарина, 2013. — 29 с.