Методология и методика адаптационного обучения химии на дуязычной основе в высшей школе

Синергизм укрупнения лингвистических и дидактических единиц эффективен при самостоятельной работе студентов в момент использования родного языка как вспомогательного средства обучения при дидактических затруднениях в освоении содержания дисциплины на неродном языке. Привлечение лингвистических знаний из бытовой действительности по принципу антонимии (например, сильное – слабое, растворимое – нерастворимое) создает основу для осознанного укрупнения таких дидактических единиц, как сильное основание – слабое основание, растворимое соединение – нерастворимое соединение.

Представляет интерес укрупнение дидактических единиц всех шести учебных элементов (УЭ-27 – УЭ-32) модуля «Гидролиз», следуя схеме:

При самостоятельном выполнении студентами подобного задания им необходимо найти нужные дидактические единицы в соответствующем учебном элементе и соединить (укрупнить) их по схеме. При этом ориентировочной основой может служить УЛЕ по принципу антонимии. (Подобные задания создают такие педагогические ситуации процесса обучения, как проблемность, эвристичность, состязательность, усвоение тематической терминологии на русском и родном языках.)

Варианты укрупнения дидактических единиц из разных учебных элементов по предложенной схеме при рассмотрении вопроса гидролиза ионных соединений (солей) и веществ, не распадающихся в растворе на ионы (ковалентных соединений), представлены в прил. 13.

Таким образом, интегрирующая цель модуля М-8 «Гидролиз» заключается в том, чтобы студенты имели представление о сути гидролиза солей, распадающихся в водном растворе на ионы, и ковалентных соединений, не распадающихся на ионы; понимали, что соль можно представить как продукт взаимодействия кислоты и основания; умели связывать склонность к гидролизу анионов и катионов с силой соответствующих кислот и оснований, со значениями констант ионизации (К) соответствующих ступеней ионизации кислот и оснований, с поляризующей силой ионов (в зависимости от их заряда и размера); умели выражать процесс гидролиза с помощью ионных и полных уравнений; объясняли влияние температуры, концентрации ионов Н

, ОН

, одноименных ионов на смещение ионного равновесия и др.

Достижение интегрирующей цели данного модуля является вкладом в достижение комплексной цели модульного обучения – предметно-ориентированной дидактической адаптации при усвоении содержания дисциплины «Общая и неорганическая химия», приводящей к пониманию профессиональной значимости усвоенного модуля и, в связи с этим, положительном отношении и интересе к профессии. При дальнейшем изучении химии элементов в курсе «Неорганическая химия» содержание промежуточных модулей «Гидролиз» и «Окислительно-восстановительные реакции» встраивается в содержание выходных модулей «Химия s-, p-, d-, f-элементов», что находится в соответствии с принципом динамичности модульного обучения. Знания, приобретенные студентами на двух языках (русском и родном, нерусском) в процессе усвоения модулей «Гидролиз», «Окислительновосстановительные реакции» и других промежуточных модулей, активно используются при изучении кислотно-основных и окислительно-восстановительных свойств соединений элементов различного типа. Так, при изучении химии р-элементов VII группы (например, хлора) обращение к процессам гидролиза и окисления-восстановления происходит неоднократно: гидролиз хлоридов, оксохлоратов (I), оксохлоратов (II), диспропорционирование простого вещества хлора в воде, восстановительные свойства галогенидов, окислительные свойства галогенов и оксохлоратов и др.

Итак, при модульном методе с укрупнением дидактических единиц систематизируется маршрут использования химических понятий и терминов, а значит, и преемственность, повторяемость, последовательность и непрерывность знаний. При этом УЭ разных модулей находятся во взаимосвязи, позволяющей изучать каждый УЭ с опорой на предыдущие и с ориентацией на его использование на последующих, более высоких уровнях познания. Так, УЭ модуля «Химическая связь» являются мобильными и встраиваются во многие другие модули (прил. 14–15).

Использование модульного структурирования содержания курса «Общая и неорганическая химия» предоставляет возможность системного возврата к рассмотрению ключевых понятий и терминов. При изучении химии на двуязычной основе повторное рассмотрение понятийного аппарата в совокупности с методами сэндвича и параллельного сопоставления химических текстов на русском и родном языках студента с использованием не только обозначающей (или предметной отнесенности), но и анализирующей функция слова приводит к лучшему усвоению изучаемого курса химии билингвальными учащимися.

Таким образом, цель адаптационного обучения химии на двуязычной основе, заключающаяся в усвоении студентами содержания химического курса на русском и родном языках, когда процессу усвоения курса на одном языке способствует другой язык, достигается модульным структурированием содержания изучаемого химического курса, синергизмом УДЕ и УЛЕ (прил. 16), а также созданием ООД. При этом основным языком учения, на который должен опираться студент из числа этнической молодежи, зависит от того, какой язык был первым обучающим языком. У выпускников национальных школ Татарстана это – родной, татарский, язык (или язык другой национальности), у выпускников русских школ – неродной, русский, язык. Процессу усвоения содержания химии на двух языках сопутствует параллельный процесс обогащения научного и профессионального терминологического запаса в лексике русской и татарской речи студентов, то есть тезауруса студента – будущего специалиста. Эффект такого обучения проявляется в экономии учебного времени, умственных затрат и в глубине восприятия изучаемого материала.

С целью осознания студентами эффективности модульного обучения химии целесообразно модульное построение содержания изучаемой дисциплины довести до студентов в виде таблиц и графиков как раздаточный материал. К такого рода материалу (прил. 1–3, 8, 9) следует добавить карту рейтингового контроля с указанием баллов за каждый оцениваемый модуль, а также литературу, рекомендуемую для усвоения содержания модулей. С учетом обучения химии на двуязычной основе следует обеспечить наличие учебно-методической литературы на родном языке студентов, которая будет использоваться параллельно с русскоязычной литературой.

Ознакомление студентов с табличной и графической подачей модульного структурирования дисциплины «Общая и неорганическая химия» позитивно и в том отношении, что при изучении других химических дисциплин на последующих курсах будет эффективнее происходить актуализация одноименных учебных модулей. Вклад «Общей и неорганической химии» значителен в модули Программы общехимических дисциплин для подготовки специалистов инженерно-технологических специальностей: 92,9 % вклада в модуль «Строение атома. Периодический закон Д.И. Менделеева», 87,9 % – в модуль «Химическая связь», 41 % – в модули «Термодинамика химических равновесий», «Химическое равновесие», «Поверхностные явления. Фазовые равновесия. Растворы», «Химическая кинетика и катализ», «Физикохимия дисперсных систем. Полимеры» [25, с. 79].

2.2. Учебный тезаурус химической дисциплины

Для приведения адаптационных возможностей студентов в соответствие с их адаптационными потребностями, возникающими при попадании в новую образовательную среду в ходе изучения общепрофессиональных и специальных дисциплин на соответствующих химических кафедрах, следует использовать возможности тезаурусного подхода, а именно выявить область «перекрывания» тезаурусов поэтапно изучаемых химических дисциплин. Для этого нами осуществлены предварительные операции, заключающиеся в выделении структурных компонентов теоретического ядра, базисного и функционального содержания дисциплины «Общая и неорганическая химия» и построении схемы ее обобщенной структуры. Выполнение данных операций проходило с опорой на научные разработки Ю.Н. Семина [64, с. 179]. Схема обобщенной структуры дисциплины, состоящей из компонентов теоретического ядра, базисного и функционального содержания, представлена на рис. 5.

К теоретическому ядру дисциплины «Общая и неорганическая химия» нами отнесены первичные понятия и категории, концептуальные модели-объекты; к базисному содержанию – научные теории, фундаментальные законы, принципы, базовые понятия, основные методы, понятия, производные от базовых, «именные» уравнения; к функциональному содержанию – теоремы, правила.

Структурными компонентами теоретического ядра дисциплины «Общая и неорганическая химия» являются:

• первичные понятия – ядро, заряд, масса, спин, атом, протон, нейтрон, электрон, энергия;

• концептуальные модели-объекты – ядерная модель атома, атомная орбиталь, молекулярная орбиталь, кристаллическая орбиталь, модель отталкивания валентных локализованных электронных пар, модель гибридизации валентных орбиталей центрального атома.

Базисное содержание дисциплины составляют:

• фундаментальные законы – периодический закон Д.И. Менделеева, закон Мозли, первый и второй законы термодинамики, закон Гесса, закон действующих масс, закон Фарадея;

• принципы – принцип неопределенности Гейзенберга, принцип наименьшей энергии, принцип запрета Паули, правило Хунда, принцип подвижного равновесия Ле Шателье;

Рис. 5. Схема обобщенной структуры дисциплины «Общая и неорганическая химия»

• научные теории – теория молекулярных орбиталей, валентных связей, гибридизации, теория отталкивания локализованных электронных пар, кристаллического поля, зонная теория кристаллов, теория переходного состояния, теория электролитической диссоциации;

• основные методы изучения – метод молекулярных орбиталей, метод валентных связей, метод локализованных электронных пар;

• «именные» уравнения – уравнение Планка, уравнение де Бройля, уравнение Шредингера, уравнение Аррениуса, уравнение Нернста, уравнение Больцмана;

• базовые понятия – химический элемент, химическая связь, химическое равновесие, энтальпия, энтропия и т.д.

• понятия, производные от базовых, например полярная и неполярная связь, парамагнитная и диамагнитная молекула, экзотермический и эндотермический процесс и т.д.

Указанные компоненты обобщенной структуры дисциплины в то же время образуют иерархию ее дескрипторов, входящих в совокупности в учебный тезаурус. Выбор дескрипторов для учебного тезауруса «Общая и неорганическая химия» осуществлен экспертной группой на основании анализа образовательного стандарта, Программы общехимических дисциплин для подготовки специалистов инженерно-технологических специальностей, рабочей программы по этой дисциплине, учебной и учебно-методической литературы.

В учебном тезаурусе, оформленном в виде таблицы, отражена внутридисциплинарная логическая связь, установленная между дескрипторами, а именно указаны номера дескрипторов, используемых при изучении конкретного дескриптора. Кроме того, дескрипторы ранжированы в зависимости от их использования (усвоения) по трем уровням, и для каждого дескриптора указано необходимое для изучения время (в часах).

В качестве иллюстрации рассмотрим дескриптор «химическая связь» из класса базовых понятий. Данный дескриптор характеризуется первым уровнем усвоения, предполагающим общее представление студента о данном понятии, умение давать определение понятию, то есть семантизировать его, при необходимости производить символьный перевод, то есть из словесной формы в форму символов, моделей, графиков и др. (прил. 7). При его изучении используются дескрипторы «ядро», «электрон», «электронная плотность», «ковалентная связь», «ионная связь», «металлическая связь», «химическое соединение».

Учебный тезаурус по общей и неорганической химии составлен во взаимосвязи с модульным структурированием содержания дисциплины. Если считать, что учебный тезаурус является информационно-семантическим полем, то для каждого дескриптора указывается модуль (М) и учебный элемент (УЭ) этого модуля, в котором изучается дескриптор. Так, дескриптор «химическая связь» изучается в учебных элементах УЭ-12 «Теория молекулярных орбиталей» и УЭ-13 «Теория валентных связей» модуля М-3 «Химическая связь». Если же информационно-семантическим полем является модульно-структурированное содержание дисциплины, то для каждого учебного элемента предъявляется набор дескрипторов, составляющих его содержание (см. прил. 2). Например, для УЭ-12 «Теория молекулярных орбиталей» необходим набор дескрипторов, состоящий как минимум из 18 дескрипторов. Эти дескрипторы включают такие понятия, как атомная и молекулярная орбитали; принципы минимума энергии и запрета Паули, правило Хунда; метод молекулярных орбиталей; электронная плотность, молекула, сигма- и пи-связи, сигма- и пи-орбитали, связывающая и разрыхляющая орбитали; энергия, длина, порядок связи, магнитные свойства молекулы.

С целью методического обеспечения изучения модуля М-3 «Химическая связь» (УЭ-12 и УЭ-13) разработанное нами учебно-методическое пособие «Общая и неорганическая химия. Ч. 1» (2001) сопровождено тезаурусным словарем с семантизацией 55 тематических дескрипторов [54, с. 39–44].

Как при тезаурусном, так и при модульном структурировании содержания дисциплины адаптационное обучение студентов основано на овладении понятийно-терминологическим аппаратом дисциплины через семантизацию дескрипторов, то есть через раскрытие содержания терминов, понятий. Одним из эффективных средств семантизации ПТА в нашем исследовании позиционируется родной язык билингвальных студентов.

Тезаурусное структурирование содержания позволяет оценить уровень фундаментальности дисциплины, принадлежности к единому «корпусу» знаний в случае составления дидактического паспорта дисциплины, отражающего количественную характеристику дескрипторов различных классов, их распределение по уровням усвоения, и время, отводимое на изучение. Нами составлен подобный дидактический паспорт для «Общей и неорганической химии» (табл. 2), не претендующий на полноту дескрипторного отражения содержания дисциплины.

При неполном перечне базовых понятий и производных от них в учебный тезаурус общей и неорганической химии нами введены 223 дескриптора, в числе которых 127 (57 %) дескрипторов первого, феноменологического, уровня усвоения (идентификация, общее представление, определение, понимание содержания дескриптора); 63 (28 %) дескриптора второго, операционно-алгоритмического, уровня усвоения (репродуктивное применение идентифицированного дескриптора для типовых расчетов по образцу); 33 (15 %) дескриптора третьего, аналитико-синтетического, уровня усвоения (использование дескрипторов для самостоятельного установления причинно-следственных связей между явлениями по новым алгоритмам действий).

Таблица 2

Дидактический паспорт дисциплины «Общая и неорганическая химия»

К дескрипторам первого уровня усвоения относятся фундаментальные дескрипторы таких классов, как первичные категории, концептуальные модели, законы, принципы, теории, «именные» уравнения. Их количество составляет 41 дескриптор, что в долевом выражении соответствует 18 % от общего количества дескрипторов или 32 % от количества дескрипторов первого уровня усвоения. Основная доля дескрипторов приходится на базовые понятия – 147 (66 %) от общего количества дескрипторов, которые распределяются по уровням усвоения следующим образом: 75 (51 %) дескрипторов первого уровня усвоения, 52 (35 %) дескриптора второго уровня усвоения; 20 (14 %) дескрипторов третьего уровня усвоения.

Составленная дидактическая характеристика учебного тезауруса общей и неорганической химии позволяет установить его качественную и количественную детерминированность (включенность) в тезаурусы химических дисциплин единой предметной области – в естественно-научные, общепрофессиональные, специальные дисциплины. С этой целью нами проведен анализ программной, учебной, учебнометодической, лабораторно-практической литературы по смежным с ОиНХ химическим дисциплинам с опорой на специальные параграфы в учебниках, посвященные основным понятиям, необходимым для изучения той или иной дисциплины, и выделен круг общих (по определению Ю.Н. Семина, корреспондирующих) дескрипторов, используемых в учебной практике студентов [8, с. 22–27; 32, с. 67–68].

Предварительно нами были сгруппированы основные дескрипторы, используемые в начальный период изучения общих вопросов физической (82 дескриптора), аналитической (66 дескрипторов), органической химии (29 дескрипторов). Затем осуществлено попарное взаимное «наложение» тезаурусов монодисциплин и тезауруса общей и неорганической химии с целью выделения корреспондирующих дескрипторов. Выделенные корреспондирующие дескрипторы определены в соответствующие классы.

«Наложение» тезаурусов общей и неорганической химии и физической химии показало, что из 82 дескрипторов, используемых при обсуждении общих вопросов физической химии, 76 терминов и понятий (93 %) входят в тезаурус общей и неорганической химии и относятся к корреспондирующим дескрипторам. Их доля от общего количества дескрипторов в тезаурусе общей и неорганической химии (223 дескриптора) составляет 34 %. Словом, треть понятийно-терминологического аппарата общей и неорганической химии, осваиваемого студентами на этапе учебно-дидактической адаптации на первом курсе, необходима для успешного изучения содержания физической химии на следующем этапе – этапе их учебно-профессиональной адаптации к образовательной деятельности в вузе.

При этом покомпонентный анализ классов дескрипторов показал, что из 41 дескриптора (первичных категорий, концептуальных моделей, законов, принципов, правил и «именных» уравнений) из тезауруса ОиНХ, усвоение которых должно быть на первом феноменологическом уровне, предполагающем глубокое понимание содержания дескрипторов, 19 дескрипторов (46 %) являются корреспондирующими в тезаурусе физической химии. Из 147 базовых понятий тезауруса ОиНХ корреспондируют в тезаурусе ФХ 46 дескрипторов (31 %), которые по уровню усвоения распределяются следующим образом: 26 дескрипторов первого уровня усвоения, 12 дескрипторов второго уровня усвоения, 5 дескрипторов третьего уровня усвоения. И в случае базовых понятий большинство дескрипторов оказалось дескрипторами первого уровня усвоения, операциональное использование которых при решении учебных задач может быть нечастым, но знание их содержания в общем контексте изучаемой дисциплины должно быть обязательным. Чтобы дескрипторы первого уровня усвоения надолго сохранились в памяти, их необходимо наиболее полно семантизировать, при необходимости используя родной язык билингвальных студентов.

Проведем «наложение» отобранного нами тезауруса аналитической химии с тезаурусом общей и неорганической химии с целью нахождения корреспондирующих дескрипторов. В результате проведенной операции «наложения» тезаурусов ОиНХ и АХ были получены следующие результаты: из 66 дескрипторов тезауруса аналитической химии 46 дескрипторов (70 %) являются корреспондирующими в тезаурусе общей и неорганической химии. В полном тезаурусе ОиНХ они составляют 21 %. Это означает, что пятая часть понятийно-терминологического аппарата ОиНХ входит в ПТА аналитической химии и востребована учебным процессом уже в начале изучения этой дисциплины. От того, насколько студенты адаптированно будут использовать изученные на кафедре неорганической химии дескрипторы, настолько успешно будет усвоение содержания нового для них химического предмета. Из 46 корреспондирующих дескрипторов 11 дескрипторов первого уровня усвоения; 20 дескрипторов второго уровня усвоения, которые используются для решения типовых задач по известным алгоритмам; 15 дескрипторов третьего уровня усвоения, знание которых позволяют находить студентам новые алгоритмы учебных действий с использованием апробированных алгоритмов.

Выявление корреспондирующих дескрипторов в области «перекрывания» тезаурусов органической химии и ОиНХ показало меньшее количество таковых по сравнению с физической и аналитической химией. Общими для смежных химических дисциплин ОиНХ и ОХ являются 28 дескрипторов (13 % от ОиНХ), которые распределены по уровням усвоения: 18 дескрипторов первого уровня усвоения; 5 дескрипторов второго уровня усвоения; 5 дескрипторов третьего уровня усвоения. Деление по классам корреспондирующих дескрипторов показывает превалирование в них базовых понятий (23 дескриптора).

Таким образом, область «перекрывания» тезауруса ОиНХ с физической химией включает 34 % корреспондирующих дескрипторов, с аналитической химией – 21 %, с органической химией – 13 % дескрипторов. Детальная характеристика областей перекрывания тезаурусов ОиНХ с ФХ, АХ, ОХ представлена в табл. 3.

Таблица 3

Характеристика областей перекрывания тезаурусов ОиНХ и ФХ, АХ, ОХ

При количественной характеристике областей «перекрывания» тезаурусов перечисленных химических дисциплин использовали следующие данные по тезаурусу ОиНХ:

– общее количество исследуемых дескрипторов в тезаурусе – 223;