Для достижения целей естественнонаучного образования в основной школе важную роль играет связь между предметами «Физика» и «Химия». Практическая реализация межпредметных связей осуществляется через овладение обучающимися общих понятий, законов, теорий и выполнение экспериментальных заданий.
Ключевые слова: естественнонаучное образование, межпредметные связи, функциональная грамотность, физико-химический эксперимент.
Из наблюдений устанавливать теорию, через теорию направлять наблюдения есть лучший способ к отысканию истины.
М. В. Ломоносов
В целях обеспечения единства образовательного пространства введены единые для Российской Федерации федеральные основные общеобразовательные программы (далее — ФООП), которые разрабатываются и утверждаются Минпросвещения России. [10]
Результаты освоения ФООП соответствуют современным целям образования, представленным во ФГОС как система метапредметных, предметных и личностных достижений учащегося. [6,7] Целями естественнонаучного образования в основной школе являются:
— освоение учащимися межпредметных понятий;
— готовность к самостоятельному планированию учебной деятельности и способность к учебному сотрудничеству;
— формирование системы естественнонаучных знаний, как компоненты единой картины мира;
— развитие личности обучающихся (духовно-нравственное, интеллектуальное развитие, становление экологической культуры);
— воспитание отношения к естественным наукам и технологиям, как к части культуры человечества;
— формирование умений безопасного обращения с механизмами и веществами, используемыми в повседневной жизни.
Одним из важных условий достижения этих целей — повышение функциональной грамотности обучающихся, которая проявляется в решении проблемных задач, выходящих за пределы учебных ситуаций.
Интеграция содержания естественнонаучных дисциплин позволяет повысить качество усвоения учебного материала учащимися, подвести к осознанию единой картины Мира, привить навыки практического использования изученной теории, навыки исследовательской, экспериментальной работы
Анализируя содержание учебных программ курсов физики и химии в основной и старшей школе, можно выделить общие разделы и темы, изучение которых усилит прикладную и практическую направленность этих предметов. Например:
1) Вещества, их строение и свойства рассматриваются неоднократно и в физике, и в химии, отсюда общность теорий и законов: атомно-молекулярное учение, закон сохранения массы и энергии, законы электролиза, теория строения вещества и др. Таким образом, на уроках химии можно использовать знания, полученные в курсе физики и наоборот. [2]
2) Тема электрический ток в жидкостях в физике 10 класса изучается как продолжение темы «Электролитическая диссоциация» в курсе химии 9 класса.
3) Понятия физическое тело, вещество, физическое явление, температура, тепловые процессы кипение, плавление и плотность изучаются в курсе химии 8 класса и физики 7–8-х классов.
Одним из наиболее успешных методов формирования естественнонаучной грамотности является физико-химический эксперимент. Решение учащимися практических задач всегда связано с использованием знаний и умений из различных областей науки, а также с применением их в новых ситуациях. Направления исследования или эксперимента может быть задано как педагогом, так и определено учащимися самостоятельно на основе наблюдений, опытов.
Рассмотрим примеры физико-химических экспериментов.
1. Тепловой эффект растворения на примере концентрированной серной кислоты.
Цель: знакомство с тепловым эффектом растворения веществ в воде
Методика проведения эксперимента: толстостенный стакан емкостью 200 мл наполняем дистиллированной водой (рис.1). Термометр, закрепленный в штативе, опускаем в стакан с водой так, чтобы шарик с ртутью не касался дна стакана. Отмечаем комнатную температуру. Затем медленно при помешивании стеклянной палочкой добавляем концентрированную серную кислоту из стакана на 100 мл. Температура, постепенно поднимается. Происходит гидратация молекул.
Рис. 1.
2. Исследование веществ и их растворов на электрическую проводимость.
Методика проведения эксперимента: изучение схемы установки. Прибор включают в цепь — лампочка не горит. Тогда накладывают металлический проводник на верхние концы электродов электролизера — лампочка загорается. Так устанавливается место разрыва цепи.
Затем в банку насыпают сухую поваренную соль, опускают электроды и вставляют вилку в штепсель. Лампочка не горит. После этого при опущенных электродах, добавляют воду, помешивая образующийся раствор. Лампочка медленно загорается.
Таким образом, проверяют электропроводность других веществ и их растворов. [3]
3. Закон сохранения массы
Цель: доказать, что закон сохранения массы соблюдается при химических процессах (реакциях).
Методика проведения эксперимента: на весах уравновешивают сосуд Ландольта. В одном сосуде уже вступившие в реакцию вещества. В другом — еще не прореагировавшие.
Рис. 2.
Путем переливания из одного колена сосуда Ландольта в другое, добиваются протекания химической реакции (рекомендуется брать химические процессы с видимыми изменениями — выпадение осадка, изменение цвета раствора). Равновесие весов не нарушается, что доказывает закон сохранения массы.
Еще одним способом формирования естественнонаучной грамотности является работа с научным текстом физико-химического содержания. Например: в 8 классе из текста «Химический ток и его источники» учащиеся узнают о физических и химических свойствах металлов и рассматривают протекания физических процессов с химический точки зрения. [8]
Выбор текста с описанием лабораторного исследования позволяет формировать значимые предметные результаты: проводить прямые и косвенные измерения и исследования зависимости одной физической величины от другой, сравнивать результаты, сопоставлять факты, формулировать общие положения науки о мире.
Помимо традиционного использования эксперимента в учебном процессе в виде лабораторных работ и демонстраций, эффективным оказывается использование экспериментальных задач. К экспериментальным относятся задачи, постановка и решение которых, органически связаны с экспериментом: с различными измерениями, с обсуждением и обработкой результатов опыта, воспроизведением физических явлений. [1] Во время эксперимента осуществляется воспроизведение изучаемого явления в условиях, удобных для его наблюдения и изучения.
Благодаря практической направленности, высокому уровню наглядности и проблемному характеру экспериментальная задача способствует развитию логического мышления и познавательного интереса, творческих способностей, приобретению исследовательских умений и навыков. При наблюдении явлений в ходе выполнения подобных задач наука становится ближе ученикам, что стимулирует осмысление изучаемого материала, способствует формированию умения пользоваться знаниями на практике, анализировать и объяснять окружающие явления с научной точки зрения. Решая экспериментальную задачу, учащиеся находятся в условиях исследователя, стоящего «на пороге открытия». [4] При этом сам процесс обучения превращается из процесса восприятия и запоминания в процесс активного самостоятельного овладения знаниями. Чувство глубокого эмоционального удовлетворения при решении этих задач способствует более прочному усвоению приобретенных знаний.
Включение экспериментальных задач в учебный процесс позволяет реализовать классические педагогические приемы и подходы:
— проблемный (экспериментальную задачу можно предложить перед изучением новой темы для создания проблемной ситуации),
— индивидуально-дифференцированный (учителя могут варьировать условие задач, ориентируясь на уровень подготовки и способности каждого ученика),
— демонстрационно-технический (реализация принципа наглядности в обучении, непосредственная работа с оборудованием и наблюдение физических явлений — основное в данном методе),
— модельный (для решения задачи учащемуся необходимо мысленно создать модель физического процесса),
— деятельностный (школьник решает доступную ему теоретическую задачу или систему экспериментальных задач в процессе своей непосредственной теоретической или практической деятельности, приобретая при этом знания и навыки),
— задачный (экспериментальные задачи помогают лучше решать теоретические),
— межпредметный (с помощью экспериментальных задач можно проводить межпредметные связи, не только с химией и биологией, но и, например, с географией при работе с картой и определении координат и проекций векторов перемещения)
— исследовательский (вариативность парных задач позволяет ученику самому исследовать и выбрать способ решения возникшей перед ним проблемы).
Экспериментальные задачи, входящие в методическое обеспечение школьного курса физики и химии, должны удовлетворять основным дидактическим требованиям, таким как: научность, доступность, систематичность, последовательность и наглядность. [5] Они должны обеспечивать сознательность, активность действий учащихся, предполагать возможность реализации личностного подхода, адаптации с учетом индивидуальных возможностей ученика, что в целом ведет к развитию интеллектуального потенциала обучаемого.
Приведем пример некоторых экспериментальных задач:
Задача № 1: Определить плотность клюквы. (Оборудование: используя весы и банку известного объема).
Задача № 2: Определить максимальную скорость движения среднего пальца вашей руки при щелчке по камешку. (Оборудование: камешек, линейка.) [15]
Задача № 3: Определить коэффициент трения вашего ботинка. (Оборудование: грузик, весы, резинку, линейку).
Задача № 4: В одной пробирке дан раствор гидроксид натрия, во второй — раствор хлорида бария, а в третьей — раствор карбоната калия. Опытным путем определите, в какой пробирке находится каждое из выданных вам веществ. В отчете напишите уравнения соответствующих реакций в молекулярном и ионном видах. (Оборудование: растворы гидроксида натрия, хлорида бария, карбоната калия, индикаторы, раствор серной кислоты, пробирки)
Задача № 5: В одну пробирку налейте 1–2 мл раствора хлорида натрия, а в другую — 1–2 мл раствора хлорида калия. В обе пробирки по каплям добавьте раствор нитрата серебра. Объясните наблюдаемое. Составьте уравнения реакции. Запишите полное и сокращенное ионные уравнения реакции. (Оборудование: пробирки, растворы хлорида натрия, хлорида калия, нитрата серебра)
Использование подобных задач особенно актуально в настоящее время для реализации ФООП и обновленного ФГОС, поскольку позволяет реализовать системно-деятельностный подход обучения и практическую направленность получаемых знаний. [9,11]
Приведем некоторые качества, определяемые обновленным ФГОС и Федеральными образовательными программами основного и среднего общего образования (ФОП ООО и ФОП СОО), которые формируются в процессе использования экспериментальных задач:
— личностные: способность к саморазвитию, мотивация к обучению и целенаправленной познавательной деятельности;
— метапредметные: способность использования универсальных учебных действий в познавательной и социальной практике, самостоятельность в планировании и осуществлении учебной деятельности и организации учебного сотрудничества с педагогами и другими учащимися, способность к построению индивидуальной образовательной траектории, владение навыками учебно-исследовательской, проектной и социальной деятельности;
— предметные: освоенные обучающимися в ходе изучения физики умения, виды деятельности по получению нового знания и применению в учебных, учебно-проектных и социально-проектных ситуациях, формирование научного типа мышления, владение научной терминологией, ключевыми понятиями, методами и приёмами.
Систематическое применение современных средств обучения, включение различный форм эксперимента в учебный процесс, использование новейшего оборудования химико-биологического класса, реализация межпредметных связей через подбор заданий соответствующего содержания, способствует естественнонаучному развитию и формированию важнейших качеств личности. Именно способность самостоятельно добывать знания, применять их в практической деятельности, описывать физическую и химическую ситуации, распознавать и объяснять явления, делать выводы, опираясь на сформированную картину Мира — являются результатом успешного освоения школьной программы и развития функциональной грамотности.
Литература:
- Антипин И. Г. Экспериментальные задачи по физике в 6–7 классах. Пособие для учителей. М., «Просвещение», 1974.
- Аршанский, Е. Я. Специфика обучения химии в физико-математических классах / Е. Я. Аршанский // Химия в школе. — 2002. — № 6. — С. 23–29.
- Верховский В. Н. Техника и методика химического эксперимента в школе. — М.: Государственное учебно-педагогическое издательство РСФСР, 1959.
- Ларина Т. А. Экспериментальные задачи в курсе физики средней школы: метод. пособ. /Т. А. Ларина, Н. И. Ермаков; Ряз. обл. инт-т развития образования. — Рязань, 2006.
- Основы методики преподавания физики в средней школе/ В. Г. Разумовский, А. И. Бугаев, Ю. И. Дик и др.; Под ред. А. В. Перышкина и др.–М.: Просвещение, 1984.
- Приказ Министерства просвещения Российской Федерации от 16 ноября 2022 г. № 993 «Об утверждении федеральной образовательной программы основного общего образования» http://publication.pravo.gov.ru/Document/View/0001202212220024).
- Приказ Министерства просвещения Российской Федерации от 23 ноября 2022 г. № 1014 «Об утверждении федеральной образовательной программы среднего общего образования» http://publication.pravo.gov.ru/Document/View/0001202212220051).
- Проверочная работа 8 класс, вариант 8 https://fipi.ru/otkrytyy-bank-zadaniy-dlya-otsenki-yestestvennonauchnoy-gramotnosti
- Федеральный государственный образовательный стандарт среднего (полного) общего образования.- http://минобрнауки.рф/документы
- Федеральный закон от 24 сентября 2022 г № 371-ФЗ «О внесении изменений в Федеральный закон «Об образовании в Российской Федерации» и статью 1 Федерального закона «Об обязательных требованиях в Российской Федерации» http://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_427331/
