"Решение задач МСА"
статья по теме

Решение задач по химии с помощью

метода системного анализа.

Учитель химии  

высшей категории

 ГБОУ СОШ № 349

Двинина М.Ю.

«Когда людей станут учить не тому,

что они должны думать, а тому,

 как они должны думать,

то тогда исчезнут всякие

недоразумения».

Г.Лихтенберг

«…не давать образцов, ставить ребенка в ситуацию, где его привычные способы действия с очевидностью непригодны и мотивировать поиск существенных особенностей новой ситуации, в которой надо действовать – вот основания нетрадиционной педагогики, основанной на психологической теории учебной деятельности…»

Г. А. Цукерман, доктор психологических  наук

Одной из характерных особенностей XX века является невиданное ранее ускорение научно-технического прогресса и обусловленная этим перемена образа жизни и основного вида деятельности на протяжении жизни даже одного поколения. Конкретные знания в определенных областях устаревают нередко уже к моменту окончания учащимися учебного заведения. Человек должен быть подготовлен к тому, чтобы учиться и переучиваться всю свою жизнь, непрерывно пополняя запас знаний и умений. Эта тенденция сохранится, по-видимому, и в будущем. В нашей стране на этот процесс накладывается и смена общественного строя, сопровождающаяся реорганизацией целых отраслей промышленности, сельского хозяйства, армии и т.д., в результате чего огромные массы людей должны быть переориентированы и переобучены на другие виды деятельности. Исключительно важным становится в новых условиях формирование как грамотных специалистов-исполнителей, так и руководителей и предпринимателей, способных ответственно, инициативно, творчески и глубоко осмысливать и анализировать происходящие процессы, вскрывать имеющиеся проблемы и находить оптимальные методы их решения в быстро меняющемся и все усложняющем мире. Поэтому одной из целей современной системы обучения на всех ее уровнях, и, в особенности, на этапе базового среднего образования, является не только усвоение учащимися определенной суммы знаний, сколько формирование теоретического способа мышления - способа, который позволял бы самостоятельно приобретать знания, ориентироваться в самой разнообразной информации, строить целостный образ складывающейся ситуации, видеть анализируемый объект во всех его связях и отношениях.

В свете новых стандартов образования рассмотрели решение учебных расчетных задач с точки зрения организации системного анализа объекта, представленного условиями задачи, выявление  структуры задачи и ее значения для способа ее решения, показать возможность метода системного анализа для формирования ориентировочной части деятельности по решению учебных расчетных задач, выявить содержание, структуру и средства деятельности по решению задач при системном типе ориентировки в предмете. Социальный заказ на формирование у учащихся в процессе обучения теоретического мышления и проблемы усвоения теоретически обобщенных умений решать учебные расчетные задачи придает МСА актуальность.

 Трудности, возникающие у учащихся при решении расчетных задач, связаны с неадекватной ориентировочной деятельностью по анализу их условий - учащийся не в состоянии разобраться во всей системе внутренних отношений задачи, установить ее структуру и составить план ее решения. Обучение учащихся методу системного анализа условий задачи, открытие связи между структурой задачи и способом ее решения, анализ основных типов структур и программ деятельности по их решению должны устранить обычные трудности и привести к адекватному выбору способа решения. Системный анализ условий задачи как способ исследования, выделение инвариантной структуры и ее особенностей в частных случаях дает возможность разработать типологию задач по их структурным особенностям. Такая типология должна иметь существенное значение для выбора способа решения учебных задач и формирования обобщенных умений их решать.

Одним из важнейших понятий в современной теории и практике учебной деятельности является понятие учебной задачи. Функции и место учебной задачи различные исследователи определяют по-разному в зависимости от теоретических представлений о процессе учения. Здесь можно выделить два основных направления - традиционное, реализуемое в настоящее время в большинстве случаев в практике образования, и так называемое инновационное, теоретические основы которого строятся исходя из основных положений современной педагогической психологии.

Традиционное направление исходит из того, что процесс учения является пассивным процессом. Общая схема процесса усвоения складывается из трех ступеней: восприятие - запоминание - воспроизведение. Показателем усвоенных знаний являются: а) воспроизведение полученных, «готовых» знаний, то есть формальное репродуцирование учебного материала; б) практическое применение знаний для решения учебных задач. Содержание и форма организации решения задачи могут стать средством повышения мотивации учащихся к деятельности учения, средством формирования организационных, коммуникативных или иных умений, однако основная функция учебной задачи при таком подходе - диагностическая, когда решение или не решение задачи выступает критерием, по которому оценивается результативность обучения .

Другое направление, так называемое инновационное, исходит из того, что процесс учения - процесс активный, представляющий собой особый вид деятельности, целью которого является усвоение знаний, умений, развитие способностей и формирование творческого мышления. От способов организации этой деятельности зависит содержание и характеристика усваиваемых знаний и умений, способностей, тип формируемого мышления. Весь учебный материал должен быть представлен для усвоения системой учебных задач. Поэтому решение учебных задач учащимся, организация его деятельности являются исходным моментом обучения. Учебная задача в таком случае является единицей усваиваемого содержания: и объективного содержания знаний, и самой деятельности по превращению его в субъективную форму - усвоенные знания.

Метод решения расчётных задач на основе системного анализа их условий, включает в себя следующие  стадий — исследовательскую, стадию планирования, исполнительную, контрольно-оценочную и коррекционную. Для каждой стадии выделены действия, входящие в состав деятельности по решению задач с помощью предложенного метода.

На стадии исследования: 

выделение в задаче объектов анализа; выделение структуры описываемых в задаче объектов; выделение параметров объектов; нахождение отношений между параметрами объектов:

а) общих для систем данной предметной области;

б) специфических для данной системы;

в) дифференцирование отношений между параметрами на однородные и разнородные; г) определение характера искомых (параметры объектов или отношения между ними).

На стадии планирования решения: 

поиск не заданных в условии значений параметров объектов и отношений между ними;

установление структуры и определение типа задачи, способов её решения;

составление плана решения и математического описания ситуации на основе системного анализа условия задачи.

На стадии контроля и оценки: контроль правильности решения.

На стадии коррекции: выявление стадии и действия, в которых допущена ошибка; устранение ошибки и повторное выполнение необходимых действий.

Рассмотрим особенности организации этой деятельности и каждого из действий в отдельности.

Исследование условия задачи

При выполнении программы исследования предлагаем учащимся записать результаты анализа условия задачи в таблицу-матрицу. Анализируя условие задачи, учащиеся выделяют описываемые в ней объекты, которые записывают в первый столбец таблицы, и физические величины (ФВ), обозначения и единицы которых также вписывают в таблицу, называя ими столбцы. Далее они определяют отношения между разнородными физическими величинами, которые заносят в последний столбец таблицы. Если обозначенные в таблице физические величины связаны друг с другом с помощью дополнительных величин, не оговорённых в условии, их также необходимо вписать в матрицу. В последней строке таблицы в соответствующих колонках учащиеся записывают отношения между однородными физическими величинами, как общие для всех систем данной предметной области, так и специфические для данной системы (из условий задачи). После этого в клетках таблицы они указывают известные значения физических величин в соответствующих единицах и определяют место искомого, которое отмечают знаком вопроса.

Таким образом, в результате исследования условия задачи учащиеся получают информацию об описанной в задаче ситуации: об объектах, величинах, которые характеризуют эти объекты, и разного рода отношениях между этими величинами, причём представляют всё это в материализованной форме.

Пример анализа условия задачи.

Задача 1.

Некоторое соединение, состоящее из серы, кислорода и натрия, имеет относительную молекулярную массу 142. Найдите массовую долю серы в этом соединении, если массовая доля натрия равна 0,3243, а число атомов кислорода в 2 раза больше числа атомов натрия.

Объекты задачи: атомы серы, атомы кислорода, атомы натрия, соединение.

Физические величины, описываемые в условии, и их единицы: относительная молекулярная масса МТ (безразмерная), массовая доля w (безразмерная), число атомов элемента n.

Дополнительные физические величины, не оговорённые в условии: относительная атомная масса Аг (безразмерная).

Таблица 1. - Отношения между разнородными физическими величинами

Таблица-матрица содержит полную информацию об описанной в задаче ситуации: в её клетках проставлены известные значения физических величин, вопросительный знак стоит на месте искомого значения, а клетки, соответствующие значениям величин, которые не являются ни известными, ни искомыми, пустуют. Таким образом, в результате исследования условия учащиеся получают своего рода карту ситуации, с помощью которой они могут двигаться от известных значений величин к искомым с учётом однородных и разнородных отношений.

Планирование, выполнение плана, контроль, коррекция.

На стадии планирования учащиеся с учётом имеющихся отношений планируют такое преобразование известных величин, которое в итоге позволит им определить искомые. Обычно необходим целый ряд преобразований, при этом неизвестные значения физических величин, не являющиеся искомыми, выступают в качестве промежуточных результатов. В клетках таблицы учащиеся римскими цифрами обозначают порядок вычислительных операций для нахождения искомых величин, а затем в соответствии с ним описывают план выполнения операций.

На стадии исполнения учащиеся производят вычисления согласно составленному плану и рассчитывают значения искомых величин. Сравнивая их с ответом, предложенным учителем, они оценивают правильность решения (контрольно-оценочная стадия), при необходимости анализируют его с целью отыскания стадии и действия, в которых допущена ошибка. Исправив её, учащиеся заново выполняют все последующие действия (стадия коррекции).

Примеры определения структурных особенностей задачи, её типа, выбора способа решения и составления плана решения.

Задача 2. Рассчитайте мольные доли спирта и воды в 96%-ном растворе этилового спирта.

Определение типа задачи Выделяем состав объекта: в состав раствора входят два вещества — спирт и вода. Известны три отношения между однородными физическими величинами.

Таблица 2. – Типы структур расчетных химических задач

Таблица 3. – Отношения между однородными ФВ

Таблица 4. - Результаты анализа условия

Задача 3. Какие объёмы 2 М и 6 М соляной кислоты нужно смешать для приготовления 500 мл 3 М раствора? Изменением объёма при смешивании пренебречь.

Определение типа задачи Выделяем состав объекта- первый и второй растворы, соединяясь, образуют третий. Известны два отношения между однородными физическими величинами  Заданных значений физических величин недостаточно для поэтапного расчёта искомых.

Возможность её решения определяется дополнительными особенностями. Способ произвольного присвоения значений использовать нельзя, так как в условии указаны значения величин, описывающих меру веществ и имеющие размерность (объём третьего раствора 500 мл). Будем использовать способ введения переменных.

Буквой х можно обозначить: а) объём первого или второго раствора; б) количество вещества, содержащегося в первом или втором растворе.

Таблица 5. – Объекты и ФВ единицы

Таблица 6. – Объекты и ФВ единицы – 2 этап

Очевидно, что различия при решении учебных расчётных задач из разных курсов заканчиваются на первой стадии — стадии анализа (исследования) условия задачи. В некоторых случаях для такого анализа необходимо предварительное составление качественной модели задачной ситуации (схема, рисунок и т. д.), исследование которой и помогает обнаружить специфические отношения между физическими величинами и заполнить предлагаемую нами таблицу, являющуюся качественно-количественной.

И так, ребенок, применяя МСА при решении расчетных задач по химии должен научиться самостоятельно добывать новые знания, собирать необходимую информацию, выдвигать гипотезы, делать выводы и умозаключения. Вместо простой задачи передачи знаний, умений, навыков от учителя к ученику приоритетной целью школьного образования становится развитие способности ученика самостоятельно ставить учебные цели, проектировать пути их реализации, контролировать и оценивать свои достижения, иначе говоря, умение учиться. Из пассивного потребителя знаний, обучающийся становится активным субъектом образовательной деятельности.

Литература:

Дерябина, Наталья Евгеньевна. Системный подход к решению учебных расчетных задач : На материале шк. курса химии : диссертация ... кандидата педагогических наук : 13.00.01 Москва, 1998 172 c.