CC BY
46
УДК 372.854
https://doi.org/10.24411/2226-2296-2018-10401
Фундаментальные образовательные объекты
химии
А.М. БАНАРУ, к.х.н., ст. преподаватель кафедры физической химии А.Н. ГРИГОРЬЕВ, к.х.н., доцент кафедры неорганической химии
Химический факультет Московского государственного университета (МГУ) им. М.В. Ломоносова (Россия, 119991, Москва,
Ленинские горы, 1/3).
E-mail: banaru@phys.chem.msu.ru
В статье рассказывается об использовании статистического анализа текста учебников для поиска ключевых слов и понятий, отвечающих фундаментальным образовательным объектам, на примере химии.
Ключевые слова: метапредметный подход, фундаментальный образовательный объект, анализ текста, закон Ципфа.
Метапредметное образование, согласно А.В. Хуторскому [1], может быть выстроено вокруг фундаментальных образовательных объектов. Это «ключевые сущности, отражающие единство мира и концентрирующие в себе реальность познаваемого бытия; это узловые точки основных образовательных областей, благодаря которым существует реальная область познания и конструируется идеальная система знаний о ней» [1]. Фундаментальный образовательный объект (далее ФОО) имеет две грани: идеальную (понятие об объекте) и реальную (реализация объекта). Каждый ФОО связан с другими родовидовыми, а также функциональными отношениями. Примером таких объектов можно считать физические фундаментальные постоянные (скорость света в вакууме, постоянная Планка, элементарный заряд и др.). Чтобы найти ФОО в учебных предметах и образовательных областях, А.В. Хуторской предлагает следующие варианты: анализ науки или другой исходной области деятельности, анализ учебного предмета, рефлексивный анализ учебной деятельности. Метапредметное не следует путать с межпредметным, поскольку внутренняя логика образовательного движения учащихся в метапредметном подходе направлена не к разным учебным курсам, а к единым ФОО, находящимся вне предметной системы координат. В отличие от Ю.В. Громыко, который под метапредметным содержанием образования понимает деятельность, обеспечивающую процесс обучения в рамках любого учебного предмета (то есть общеучебная деятельность), А.В. Хуторской дистанцирует свой метапредметный подход и от нее. Из системы ФОО
произрастает учебный метапредмет [1], к которому предъявляются те же требования, что и к обычным учебным курсам, но у которого гораздо более гибкое содержание. ФОО, или первосмыслы, «служат источниками образования человека на протяжении всей его жизни».
В настоящей работе мы попробовали найти ФОО в химии посредством статистического анализа текстов нескольких школьных учебников по химии [2-5]. Наша исходная гипотеза заключалась в том, что среди самых часто употребляемых понятий на страницах учебника (понятий как химических, так и общеучебных) будут встречаться такие, у которых на диаграмме частотного распределения есть некоторая особенность, например излом или перегиб. Понятия, объединенные подобного рода общей особенностью, можно считать системой фундаментальных понятий, или ФОО. Выбор учебников для анализа в некоторой степени случаен, однако все они являются учебниками для 8-го класса, что обеспечивает более достоверную картину фундаментальных понятий, ведь большинство из них учащийся встречает впервые. Еще одна черта, объединяющая выбранные нами учебники, - их последняя научная и педагогическая экспертиза, по результатам которой они были включены в Федеральный перечень, проводилась примерно в одно время (лето 2016 года).
Методика исследования
Текст выбранных учебников был подвергнут семантическому анализу с помощью одного из популярных онлайн-анализаторов текста [6]. В каждом тексте на выходе анализатора были получены списки самых часто встретившихся слов, перечисленных
в порядке убывания частотности. Формы одного и того же слова с разными окончаниями считались как одно. Дальнейшая обработка списков проводилась вручную: из них были выброшены слова общего назначения, такие как местоимения, союзы, предлоги и т.д. Внутренним стандартом в нашем исследовании выступал учебник О.С. Габриеляна [2] как наиболее востребованный в школах России на протяжении нескольких десятилетий подряд [7]. Для более подробного анализа в списках были оставлены химические и общеучебные понятия, повторенные в тексте [2] не менее 50 раз. Списки терминов, составленные по результатам анализа текстов учебников [3-5], сравнивались с исходным. Граница отсечения в 50 слов была выбрана нами не произвольно: как показал предварительный (формирующий) анализ, именно такая граница практически точно отделяет фундаментальные, базовые понятия текста учебника от названий химических веществ, использование которых в методическом аппарате учебника во многом случайно и определяется скорее вкусом авторов, чем объективной необходимостью. Например, понятие «гидроксид» относится к фундаментальным, тогда как конкретный пример, «гидроксид натрия» или «гидроксид калия», уже не фундаментален. Поэтому слово «калий», хотя и может довольно часто упоминаться в тексте учебника (52 раза [2]), не обязано быть включенным в укороченный список анализируемых слов. Напротив, название и даже химическая формула такого вещества, как вода, безусловно, является фундаментальным, потому что это универсальный растворитель и в неживой
* Авторы признательны д.х.н. С.С. Бердоносову за ценные советы.
4■2018
История и педагогика естествознания
природе, и в организмах. В подтверждение этому химическая формула воды встречается почти в два раза чаще, чем «гидроксид калия» (96 упоминаний [2]). Таким образом, граница на отметке в 50 упоминаний представляется более чем достаточной для полноты исследования.
Частотности слов, попавших в укороченный список, затем нормировались с учетом объема учебного текста. Для нормировки использовалось общее количество символов, не считая пробелов. После этого для каждого слова была подсчитана сумма общего числа нормированных упоминаний по всем анализированным учебникам [2-5], и список отсортировывался в порядке уменьшения этой суммы. Часть результатов расчета представлена в таблице.
Обсуждение результатов
Давно известно, что статистическая структура естественного языка (имеются в виду живые, не искусственные языки) подчиняется так называемому закону Ципфа [8]:
N = On-',
где N - частота упоминания слова в тексте, n = 1, 2, 3 и т.д. - порядковый ранг слова по уменьшению частоты упоминания, O = const.
В оригинальной версии закона у = 1, то есть зависимость N(n) обратно пропорциональная. Закону Ципфа подчиняются не только языки, но и многие другие объекты окружающей действительности, в частности численность населения городов внутри одной страны. Показатель у может немного отличаться от единицы в большую или меньшую сторону.
Результаты нашего исследования показывают (рис. 1а), что фундаментальные понятия хорошо подчиняются закону Ципфа с у = 0,75. С одной стороны, этот факт свидетельствует о хорошем языковом качестве учебных текстов. С другой стороны, найденная
70 60 50 40 30 20 10
N = 125,7л
Таблица.
Ключевые понятия с наибольшим суммарным числом упоминаний [2-5] на 10 тыс. знаков текста
—Г"
20
Понятие N > 10 (слов /10 тыс. знаков)
[2] [3] [4] [5] Сумма
Вещество 14,50 7,95 25,11 30,37 77,93
Атом 11,38 8,61 18,34 12,35 50,68
Реакция 12,94 7,81 13,71 15,64 50,10
Элемент 8,89 2,57 20,41 17,74 49,61
Химический 10,65 3,48 19,38 15,82 49,32
Кислота 9,95 3,18 5,09 10,69 28,90
Масса 4,81 1,68 8,23 11,12 25,84
Оксид 5,57 2,60 6,32 11,00 25,49
Свойство 3,95 2,26 9,62 8,83 24,66
Раствор 8,89 2,40 4,86 7,28 23,43
Кислород 3,45 1,44 6,55 10,52 21,95
Металл 6,00 1,57 4,96 8,02 20,56
Соль 6,93 3,95 3,60 5,19 19,66
Водород 4,45 1,33 4,76 8,97 19,50
Молекула 4,21 2,18 6,64 4,70 17,74
Состав 1,69 4,33 4,73 6,88 17,63
Формула 5,27 1,19 4,83 5,87 17,16
Газ 3,28 3,18 3,01 6,19 15,66
Электрон 5,18 2,26 4,89 2,49 14,82
Моль 2,89 0,11 6,55 4,90 14,44
Уравнение 5,01 0,83 3,31 5,27 14,41
Число 4,74 1,02 4,93 3,07 13,76
Связь 3,75 3,62 5,09 0,60 13,05
Соединение 3,09 1,16 6,29 2,35 12,88
Опыт 3,15 1,66 2,17 4,96 11,94
Ион 6,27 3,59 1,68 0,03 11,57
Медь 3,12 1,19 1,78 4,01 10,10
Н20 3,18 3,26 1,65 1,98 10,07
б а 10 8 6 4 2 Я2 = 0,925 ^^
40
60 п
10
20
30
40
50
60
70
Рис. 1. Зависимость суммарной частоты понятий [2-5] на 10 тыс. знаков текста от порядкового ранга (а) и ее стандартное отклонение (б); П2 - квадрат коэффициента корреляции
История и педагогика естествознания
4■2018
0
N
закономерность не дает возможности найти конечный кластер наиболее фун -даментальных понятий химии. Иными словами, фундаментальность химических понятий в каком-то смысле убывает постепенно, без выраженных изломов. Единственными терминами, резко отличающимися по частотности от остальных, оказываются «вещество», «атом», «реакция», «элемент» и «химический». Последние два понятия имеют почти одинаковую частотность (таблица) и часто употребляются в одном словосочетании («химический элемент»).
Более определенный ответ на вопрос, какие именно термины можно считать наиболее фундаментальными, могла бы дать диаграмма среднеквадратичного отклонения ст(Ы) от среднего по рассмотренным учебникам. В случае отчетливого превосходства некоторого понятия над остальными можно было бы ожидать небольшого значения ст при сравнительно большом N, то есть авторы всех учебников были бы единодушны в том, что данное понятие должно быть одним из центральных в учебном курсе независимо от авторской концепции. Однако в нашем случае указанная диаграмма (рис. 1б) показывает, что разброс значений стЩ почти пропорционален N, и только два понятия (они обозначены на рисунке квадратами) находятся в стороне от общего тренда - «атом» и «реакция». По-видимому, именно эти два понятия и обозначаемые ими объекты являются в химии фундаментальными в подлинном смысле.
Если говорить об особенностях исследованных текстов [2-5] на основа-
нии полученных данных, то обращает на себя внимание следующее. Некоторые образовательные объекты, связанные с расчетами (например, масса, состав, формула, моль, уравнение) не имеют жесткой привязки к учебной программе 8-го класса, основной акцент на расчеты и решение задач определенного типа может быть сделан и в 9-м классе. Поэтому распространенность соответствующих понятий в учебниках для 8-го класса сильно варьируется. Среди подобных понятий встречаются и те, которые частью авторов вообще игнорируются по тем или иным причинам. К примеру, О.С. Габриелян в учебниках осознанно избегает понятия «валентности», потому что по современным представлениям состав вещества правильнее рассчитывать по степеням окисления, ведь большинство неорганических веществ имеет немолекулярное строение. В учебнике П.А. Оржековского и др. [5] практически не встречаются понятия «связь» и «ион», то есть в этой линии учебников химической связи отведено совсем другое место авторской программы. Учебник В.В. Еремина и др. [3], судя по таблице, изложен менее дидактично и в каком-то смысле более литературно, чем остальные, потому что распределение фундаментальных понятий в них «размазано». С другой стороны, изложение здесь одновременно и более формализованное, так как химическая формула Н20 встречается чаще всего именно в этом учебнике. Вообще, среди конкретных веществ еще большую распространенность в текстах имеют
кислород, водород и, как ни странно, медь. Как известно, медный век существовал гораздо раньше железного, поэтому то, что медь предшествует в списке железу (оно не попало в таблицу), глубоко символично.
По отношению к предметному содержанию химии перечисленные нами ФОО могут быть классифицированы следующим образом:
• физико-химические - «вещество», «атом», «масса», «оксид», «раствор», «соль», «молекула», «газ», «электрон» и др.
• математические - «формула», «уравнение», «число» и др.
• общеучебные - «элемент», «свойство», «связь», «соединение» и др.
Большинство понятий имеет общеучебную окраску, однако в традиционной, предметной парадигме школьного обучения эта окраска часто неразличима. И речь идет совсем не о «свойстве», «связи» и «соединении». Например, «опыт» может быть и научным экспериментом, и спонтанным, причем не обязательно в сфере естественных наук. «Состав» бывает как у материальных объектов, так и у абстрактных. Даже «соль» настолько внепредметна, что едва ли у обычного человека (не химика) первая возникшая ассоциация при произнесении этого слова связана с химией. При более детальном выявлении ФОО химии в учебной литературе можно обнаружить «степень», «продукт», «уровень», «простой», «периодический», «система», «процесс». За каждым из этих понятий скрывается обширное метапредметное содержание.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Хуторской А.В. Дидактика: учеб. для вузов. СПб: Питер, 2017. 720 с. Габриелян О.С. Химия: 8 класс: учеб. М.: Дрофа, 2016. 286 с.
Еремин В.В., Кузьменко Н.Е., Дроздов А.А., Лунин В.В. Химия. 8 класс: учеб. М.: Дрофа, 2016. 287 с.
Кузнецова Н.Е., Титова И.М., Гара Н.Н. Химия: 8 класс: учебник. М.: Вентана-Граф, 2016. 222 с.
Оржековский П.А., Мещерякова Л.М., Шалашова М.М. Химия: 8 класс: учебник. М.: Астрель, 2016. 270 с.
Колесников Д.Г. Семантический анализатор текста, https://htmlweb.ru/analiz/semantic text.php (дата обращения 24.10.2018).
Банару А.М. Реализация требований ФГОС в линии УМК по химии О.С. Габриеляна //Книжная индустрия. 2014. № 1. С. 48-51.
Шрейдер Ю.А. О возможности теоретического вывода статистических закономерностей текста (к обоснованию закона Ципфа) // Проблемы
передачи информации. 1967. Вып. 1. С. 57-63.
FUNDAMENTAL EDUCATIONAL OBJECTS OF CHEMISTRY
BANARU A.M., Cand. Sci. (Chem.), Senior Lecturer of the Division of Physical Chemistry
GRIGORIEV A.N., Cand. Sci. (Chem.), Assoc. Prof. of the Division of Inorganic Chemistry
Chemistry Department of Lomonosov Moscow State University (1/3, Leninskye Hills,119991, Moscow, Russia).
E-mail: banaru@phys.chem.msu.ru
ABSTRACT
The article describes the using of statistic analysis of a text mined from school handbooks for the search of key words and concepts corresponding to fundamental educational objects of Chemistry.
Keywords: meta-subject approach, fundamental educational object, text analysis, Zipf's law. REFERENCES
1. Khutorskoy A.V. Didaktika [Didactics]. St. Petersburg, Piter Publ., 2017 720 p.
2. Gabriyelyan O.S. Khimiya: 8klass [Chemistry: Grade 8]. Moscow, Drofa Publ., 2016 286 p.
3. Yeremin V.V., Kuz'menko N.Ye., Drozdov A.A., Lunin V.V. Khimiya. 8klass [Chemistry: Grade 8]. Moscow, Drofa Publ., 2016 287 p.
4. Kuznetsova N.Ye., Titova I.M., Gara N.N. Khimiya: 8klass [Chemistry: Grade 8]. Moscow, Ventana-Graf Publ., 2016 222 p.
5. Orzhekovskiy P.A., Meshcheryakova L.M., Shalashova M.M. Khimiya: 8 klass [Chemistry: Grade 8]. Moscow, Astrel' Publ., 2016 270 p.
6. Kolesnikov D.G. Semanticheskiy analizator teksta (Text semantic analyzer) Available at: https://htmlweb.ru/analiz/semantic_text.php (accessed 24 October 2018).
7. Banaru A.M. The implementation of the requirements of the State Educational Standard in Educational and Methodical Complex in Gabrielyan's Chemistry. Knizhnayaindustriya, 2014, no. 1, pp. 48-51 (In Russian).
8. Shreyder YU.A. On the possibility of a theoretical conclusion of statistical laws of the text (to the substantiation of Zipf's law). Problemy peredachi informatsii, 1967, no. 1, pp. 57-63 (In Russian).
4■2018
История и педагогика естествознания
