Чепелева Д. С., Лавров А. П. | РЕЗУЛЬТАТЫ РЕШЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ТВОРЧЕСКИХ ЗАДАЧ ПО ХИМИИ С НЕДООПРЕДЕЛЕННОЙ ЦЕЛЬЮ

      Чепелева Д. С., магистрант, ФГБОУ ВО МПГУ, Москва

E-mail: dasha911@list.ru

Лавров А. П., аспирант, ФГБОУ ВО МПГУ, Москва

E—mail: alex19971550@gmail.com   

Научный руководитель: Оржековский П. А.

Профессор кафедры естественнонаучного образования и коммуникативных технологий, доктор педагогических наук, профессор, член-корреспондент РАО  ФГБОУ ВО МПГУ, Москва

В статье описываются результаты оценки влияния решения экспериментальных творческих задач по химии с недоопределенной целью на  учебную мотивацию обучающихся основной школы, выявленные в результате использования компьютерно-цифровой системы “CREO—DATUM”. Решение задач происходило в условиях сотворчества в парах переменного состава. В ходе педагогического эксперимента удалось установить, что  существует ряд проблем, которые снижают учебную мотивацию при решении творческих задач с недоопределенной целью. Данные проблемы связаны с тем, что у обучающихся отсутствует опыт решения творческих задач, нет привычной учебной мотивации в виде оценок, и умения обучающихся корректно критиковать идеи друг друга.В статье также представлены дальнейшие перспективы исследований,  направленные на решение выявленной в результате педагогического эксперимента проблемы.В частности они связаны с внедрением искуственного интеллекта в процесс оценки решения экспериментальных творческих задач.  

The article describes the results of assessing the impact of solving experimental creative tasks in chemistry with an undefined goal on the learning motivation of  school students, identified as a result of using the computer-digital system “CREO-DATUM”. The tasks were solved in the conditions of co-creation in pairs of variable composition. During the  pedagogical experiment was found some problems that  reduce the learning motivation of solving creative tasks with an undefined goal. These problems are related to the fact that students have no experience in solving creative tasks, moreover, they doesn’t get traditional marks like the form of assessment and finally students can’t  correctly criticize each other’s ideas.The article also presents further prospects for research. In particular, this prospects are associated with the introduction of artificial intelligence in the process of evaluating the solution of experimental creative tasks.

ФГОС ООО ориентирован на развитие у обучающихся готовности к саморазвитию, самостоятельности и личностному самоопределению. Кроме того, в том же стандарте выделяют такие требования, как готовность обучающихся к самостоятельному планированию и осуществлению учебной деятельности и организации учебного сотрудничества с педагогическими работниками и сверстниками [5].

При обучении химии достичь данных требований поможет решение экспериментальных творческих задач, которые, согласно теории “открытых” и “закрытых” вопросов В.Г.Разумовского [6] отличает условие, не наталкивающее обучающихся на готовый способ решения, а наоборот формирующее поиск нескольких вариантов решения — новых идей.

Кроме того, по утвеждению П.А.Оржековского [3] обучающиеся, проводя химический эксперимент в процессе решения данных задач самостоятельно устанавливают то, верно или неверно они его провели. Данная особенность творческих задач способствует реализации требования ФГОС по формированию у обучающихся способности к самостоятельному планированию учебной деятельности.

Выделяют несколько видов экспериментальных творческих задач по химии. Одним из наиболее актуальных из них являются задачи с недоопределенной целью, так как такие задачи являются содержательной основой для развития у обучающихся способности к самостоятельному целеполаганию и конкретизации требований к конечному результату своей мыслительно-творческой деятельности [3].

Практика показывает, что творческое развитие обучающихся при решении экспериментальных творческих задач, связано с изменением их учебной мотивации: чем больше идей решения задачи будет высказано, и чем глубже эти решения будут проработаны, тем выше будет желание обучающихся изучать химию и интересоваться изучением состава и свойств различных веществ.

Для установления того, как решение экспериментальных задач с недоопределенной целью влияет на учебную мотивацию обучающихся был проведен педагогический эксперимент. Он проводился на внеурочных занятиях по химии в 8-х классах МОУ СОШ “Горизонт” г. Воскресенска, Московской обл. и в Государственном бюджетном общеобразовательном учреждении города Москвы «Школа №1694 «Ясенево» в течение 2022-2023 учебного года. В общей сложности в эксперименте приняли участие  28 обучающихся с отличающимися друг от друга качеством знаний и учебной мотивацией к изучению химии.

Решение задач было организовано в парах переменного состава с использованием компьютерно-цифровой системы «CREO-DATUM», которая помогает количественно определить уровень творческого развития каждого обучающегося [1, 3, 4, 7].  Данная система была разработана в рамках выполнения гранта РФФИ и имеет свидетельство о государственной регистрации (№RU2022668900). Работа в ней организуется в соответствии с методикой количественной оценки динамических показателей креативного мышления. С помощью анализа ключевых слов из текста, который обучающийся внес в текстовые поля программы определялся уровень решения задачи. Творческие задачи для проведения эксперимента были взяты из сборника [2], а также дополнительно разработаны авторами данной статьи. Пример одной из задач и возможных вариантов и уровней её решения приводится ниже:

Задача №4.Юному химику поручили подготовить эффектный опыт для химического вечера, связанный со способами получения кислорода, которые были изучены на уроке. Вам предлагается помочь ему и  придумать несколько вариантов химического фокуса, в основе которых лежат химические реакции получения кислорода в химической лаборатории.

Реактивы и оборудование: лабораторный штатив, пробирка, спиртовка, крепежная муфта, кристаллизатор, мерный цилиндр, пробка с газоотводной трубкой, перманганат калия, оксид марганца, перикись водорода , защитные резиновые перчатки, спички, моющее средство (по требованию), дистилированная вода, химический стакан, стеклянная палочка.

Вариант решения. На эффектный опыт похоже следующее решение. В кристаллизатор поставить мерный цилиндр. Залить в мерный цилиндр моющее средство и добавить перикись водорода (опыт проводить в защитных резиновых перчатках). Далее следует приготовить раствор перманганата калия и также добавить его в мерный цилиндр. В результате из цилиндра появится пена фиолетового цвета и будет заметно выделение газа.

Количественная оценка решения (4 этапа):

Поверхностное решение

1. Конкретизация цели: на основе знания лабораторных способов получения кислорода разработать эффектный опыт для химического вечера.
2. В учебнике химии есть информация о том, что впервые газ кислород был получен в 1774 году английским учёным Джозефом Пристли при прокаливании оксида ртути (II).
3. Повторить на химическом вечере опыт Дж.Пристли.
4. Ртуть, которая получается в результате реакции разложения является ядовитым веществом, опасным для человека.

Ключевые слова: ртуть, Пристли.

Тривиальное решение.

1. Следует собрать установки для получения газа кислорода и его собирания методом вытеснения воздуха и методом вытеснения воды.
2. Собрать установки согласно рисунку 1а и 1б

3. Провести опыт согласно последовательности, представленной на рисунке.
4. Опыт получается интересным,но можно придумать по эффектнее.

Ключевые слова: вытеснение, вода, воздух.

Близкое решение

1. Пероксид водорода можно получить в лаборатории также из пероксида водорода Н₂О_2.
2. Если в пробирку с разбавленным раствором H₂O_2, закрепленную в держателе поместить немного оксида марганца (IV) МnO_2, то начинается бурная реакция с выделением кислорода.
3. Провести опыт.
4. Опыт получается достаточно эффектным, но можно придумать еще более эффектный опыт.

Ключевые слова: пероксид, марганец.

Полное оригинальное решение

1. Моющее средство, добавленное к пероксиду водорода создаст эффект большого количества пены, что будет выглядеть достаточно эффектно.
2. В кристаллизатор поставить мерный цилиндр. Залить в мерный цилиндр моющее средство и добавить перикись водорода (опыт проводить в защитных резиновых перчатках).
3. Приготовить раствор перманганата калия и также добавить его в мерный цилиндр. В результате из цилиндра появится пена фиолетового цвета и будет заметно выделение газа.
4. Опыт достаточно эффектен для химического вечера.

Ключевые слова: моющее, средство, пена.

В результате педагогического эксперимента была выявлена неожиданная проблема, связанная с тем, что в результате решения нескольких задач не у всех обучающихся повысилась учебная мотивация, и следовательно, уровень творческого развития.

Разберем результаты эксперимента по решению четырех задач с недоопределенной целью. Особенностью данных задач, является то, что. учащиеся по началу должны конкретизировать  цель решения задачи и  далее  высказать более оригинальную идею решения задачи.

Переменный состав пар начинает влиять на появление большего количества обучающихся, которые могут конкретизировать цель и продумать идеи решения задачи, т.н. “генераторов идей”[1,7]. Результаты эксперимента показали, что общее число “генераторов идей” в процессе решения экспериментальных творческих задач оставалось стабильно высоким: общее количество “генераторов идей” при решении первой задачи составило 20 обучающихся, а при решении остальных —  18 обучающихся (Рис.2). Исходя из этих значений цифровой системой “CREO-DATUM” была рассчитана скорость креативных действий каждого “генератора идей”  ̶  показатель эффективности креативного мышления, который вычисляется по следующей формуле [1, 7]:

где V – скорость креативных действий (в креочасах, кр/час).N_k – количественно оцененный уровень высказанной идеи, а t  ̶  время, за которое обучающийся высказал ту или иную идею и проверил её. Если обучающийся высказал несколько идей за определенное время, то показатели количественно оцененного уровня высказанной идеи суммировались.

Анализ показателей скорости креативных действий помог определить то, сколько идей решения задачи высказал каждый обучающийся за одно занятие. В общей сложности группой обучающихся было решено 4 задачи. Количество высказанных идей можно описать с помощью диаграммы  на рисунке 2.

Рис 2. Анализ скорости креативных действий обучающихся при решении экспериментальных творческих задач с недоопределенной целью.

Анализ данной диаграммы помогает сделать вывод о том, что только шесть “генераторов идей”  к четвертой задаче проработали две-три идеи решения задачи, и только двое  ̶  четыре идеи (начиная от более поверхностной, заканчивая самой оригинальной). Отсюда можно сделать вывод о том, что обучающиеся начинают искать одно решение задачи, которое кажется им наиболее выгодным, не прорабатывая иных вариантов решения. Ведь за внеурочные занятия отметка не ставится. В результате эффективность креативного мышления “генераторов идей” снижается.

Кроме “генераторов идей” в процессе работы были выявлены также и обучающиеся, которые проявляли иные роли по отношению к решению задач. Перечень ролей представлен на сводной диаграмме на рисунке 3, где показано количество пар, в которых тот или иной обучающийся проявил ту или иную роль.

Рис 3. Анализ ролей в парах обучающихся при решении экспериментальных творческих задач с недоопределенной целью.

Анализ представленной диаграммы помогает сделать следующие выводы:

1) некоторые обучающихся в процессе решения задач занимали позицию “активных слушателей”. Они просто созерцали выполнение “генераторами идеи” химического эксперимента, не вмешивались в решение задачи, наблюдая за работой “генераторов идей”, и тем самым стимулируя их творческий поиск. В процессе решения задач таких обучающихся стало меньше, но все же к четвертой задаче осталось 3 пары, где у одного из обучающихся была выявлена роль “активный слушатель”. Связано это с различным уровнем предметных знаний, что мешает учащимся преодолеть мыслительные стереотипы.

2) в процессе экспериментальной работы в парах была выявлена устойчивая роль “исполнитель”—   обучающийся, который сам не участвует в процессе разработки идеи, но участвует в процессе подготовки химического эксперимента по её обсуждению. Это связано с тем, что обучающимся интересно проводить эксперимент, но собственную идею решения задачи высказать они пока не могут.

3) была выявлена еще одна важная роль для решения творческой задачи  — “критик идеи”. Данную роль проявляет обучающийся, который участвует в решении задачи, при этом высказывает только определенные замечания, но не предлагает собственную идею решения задачи. В процессе решения задачи было выявлено, что критика идей друг друга среди обучающихся почти не прослеживается. За все время работы только двое обучающихся при решении третьей задачи и один обучающийся при решении четвертой задачи проявили такую роль, т.к. во-первых, учашиеся не хотят обидеть партнера или наоборот критикуют его личность, а не идею, а во-вторых, критикуя, учащиеся часто предлагают иную идею решения задачи, в результате чего система “СREO-DATUM” распознает их, как “генераторов идей”[1].

Обобщая результаты эксперимента, следует отметить, что у проблемы, связанной со снижением у обучающихся учебной мотивации к решению экспериментальных творческих задач по химии,  есть ряд причин:

1. Отсутствие привычной внешней учебной мотивации для обучающихся в виде отметки по пятибалльной шкале.

Школьная система поощрения успешности обучения в виде выставления положительных отметок работает на ежедневной основе при выполнении домашних, самостоятельных, контрольных и других, но не творческих работ.

Попытки оценить традиционными отметками непредсказуемые результаты творческого поиска приводят к негативным переживаниям обучающихся, поэтому отметки им не ставились. В связи с этим ответственность за полученный результат стала носить ситуативный характер.

2. Осознание обучающимися трудности решения творческих задач из-за отсутствия опыта творческой деятельности.

Успешность решения экспериментальных задач связана с возможностью преодоления поведенческих стереотипов и способностью к совершению интеллектуальных усилий. При организации экспериментальной работы нами не было высказано предположение о том, что у многих обучающихся нет относительно большого опыта творческой деятельности. Из-за этого нами была выявлена следующая закономерность: повышающаяся трудность творческих задач приводит к снижению учебной мотивации учащихся. Стратегия решения начинает сводится к тому, чтобы придумать какое-либо решение, внести его в программу, и в случае экспериментальных задач еще и осуществить его проверку (поиск “выгодного решения”). Если проведенный эксперимент доказал верность варианта решения — учащиеся, посоветовавшись, завершают решать задачу и больше никаких решений не продумывают.

3. Повышение критичности обучающихся к собственным идеям.

Если обучающимся сложно конструктивно критиковать своего партнера в паре, то по отношению к собственным выдвигаемым идеям критичность обучающихся повышается. Они  вносят в программу не все высказанные ими идеи, а только одну —  ту, которую они считают наиболее подходящей для решения. При этом иных предположений они не высказывают. Как следствие, снижаются показатели скорости креативных действий.

Дальнейшая работа в контексте решения выявленной в результате педагогического эксперимента проблемы будет проводиться следующим образом:

1. Совершенствование методики организации решения экспериментальных творческих задач, путем создания условий объективной необходимости для обучающихся решать данные задачи.
2. Поэтапное внедрение базы искусственного интеллекта, которая могла бы фиксировать непосредственный процесс обсуждения идей решения задач и интерпретировать его в программу “CREO-DATUM” для более четкого понимания того, как следует работать с той или иной категорией обучающихся.
3. Создание благоприятной доверительной атмосферы на внеурочных занятиях для того, чтобы ученик не боялся высказать идею решения задачи.

Литература:

1. Лавров А. П. Творческие задачи: как оценить вклад учащихся в их решение // Химия в школе. 2022. № 10. С. 31-36.
2. Оржековский П. А. Экспериментальные творческие задачи по неорганической химии: книга для учащихся / П. А. Оржековский, В. Н. Давыдов, Н. А. Титов. – Москва: Аркти, 1998. 48 с.
3. Оржековский П.А., Степанов С.Ю., Титов Н.А. Развитие креативности: система творческих задач // Химия в школе. №10 С.13-20.
4. Оржековский П.А., Степанов С.Ю., Титов Н.А. Мишина И.Б., Чернышева Л.А., Шойтова В.С., Цифровизация динамических параметров развития креативного мышления в обучении химии// Инновационные процессы в химическом образовании в контексте современной образовательной политики: материалы VI Международной науч. – практ. конф. – Челябинск: изд – во Южно – Урал. гос. гуман. – пед. ун – та, 2021. С.88 – 97.
5. Приказ Минпросвещения России от 31.05.2021 N 287(ред. от 08.11.2022)» Об утверждении федерального государственного образовательного стандарта основного общего образования»(Зарегистрировано в Минюсте России 05.07.2021 N 64101)
6. Разумовский В.Г. Творческие задачи по физике в средней школе. – М.: Просвещение, 1966. 159 с.
7. Цифровизация динамики развития мышления школьников в учебной деятельности : монография / под ред. П. А. Оржековского и С. Ю. Степанова. – Москва : МПГУ, 2022. 240 c.