CC BY
27to form the strengths of economic development, culture and society at the locality. This is also one of the issues that secondary schools need to consider when they organize experiential career-oriented activities for students, making them more relevant and realistic to students.
Socio-environmental conditions: people's intellectual levels, infrastructure, diversity of social organizations, especially socio-economic organizations, and local professional organizations are also important factors that impact on thinking, perception, career orientation, emotional life, behavior, habits etc. secondary school students. If these social conditions are good, students are able to live in a dynamic social environment, with a great care from many different educational forces; they will have a strong impact on their perception of career orientation and development, on developing their personalities and vice versa. Schools need to pay proper attention to these factors to organize experiential career-oriented activities for secondary school students appropriately.
3. Conclusion
In summary, many factors that affect educating the qualities and competencies of students through experi-
ential career-oriented activities, whether directly or indirectly, internally or externally the school. Determining the factors affecting educating students generally, and educating students through experiential career-oriented activities particularly is an important requirement for educational administrators and teachers to ensure the effectiveness of the activities.
References
1. Bo Giao due va Bao tao (2018), Hoat dong trai nghiem va Hoat dong trai nghiem, huong nghiep, Ban hanh kem theo Thong tu 32/2018/TT-BGDBT ngay 26 thang 12 nam 2018.
2. Phi Thi Hieu, Nguyen Bo Huong Giang, Le Van Khuyen (2019), Build qualities and competencies for students through activities experience, Proceedings of the International Scientific and Practical Conference on Digital Economy (ISCDE 2019), Atlantis Press, ISBN 978-94-6252-848-2, pp.732-736.
3. Vu Xuan Hung (2016), Ve he thong nang luc day hoc cua nha giao trong cac co sd giao duc nghe nghiep theo tiep can nang luc thuc hien, Tap chi Khoa hoc day nghe, so 30, tr 14-19.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТОДА ИЗМЕНЕНИЯ КОНЦЕПЦИЙ ЧЕРЕЗ ПРОВЕДЕНИЕ ПРАКТИЧЕСКОГО ЭКСПЕРИМЕНТА ПРИ ИЗУЧЕНИИ ХИМИЧЕСКОЙ КИНЕТИКИ
Кусепова Л.А.
Евразийский Национальный Университет им. Л.Н. Гумилева, Нур-Султан, к.х.н
Аманязова Б. Т.
Евразийский Национальный Университет им. Л.Н. Гумилева, Нур-Султан, магистрантка
USING CONCEPTUAL CHANGE METHOD THROUGTH PRACTICAL EXPERIMENTS IN
STUDYING CHEMICAL KINETICS
Kusepova L.,
Eurasian National University L.N. Gumilyov, Nur-Sultan, Professor of Chemistry
Amanyazova B.
Eurasian National University L.N. Gumilyov, Nur-Sultan, master degree student
АННОТАЦИЯ
Данное исследование было проведено с целью изучения влияния метода изменения неправильных концепций студентов при изучении раздела кинетики с помощью химического эксперимента. В исследовании участвовало 48 учеников 11 класса интеллектуальной школы. В одной из групп применялись традиционные методы преподавания, в другой - метод изменения концепций с использованием практических экспериментов. Для измерения результатов исследования была разработана констатирующая работа, которая включала в себя часто допускаемые концептуальные заблуждения. Результаты тестирования показали, что студенты экспериментальной группы имели более глубокое понимание научных концепций по разделу кинетики по сравнению с результатами студентов контрольной группы.
ABSTRACT
The aim of this study was to investigate the effect of conceptual change method on students' misconceptions in kinetics through a chemical experiment. The study involved 48 grade 11 students of intellectual school. In one of the groups the traditional teaching methods were used, in the other group was used the teaching method based on changing concepts using practical experiments. To measure the results of the study, a summative test was developed, it included the basic misconceptions in chemical kinetics. The test results showed that the students of experimental group had a deeper understanding of scientific concepts in kinetics comparing with the results of the students from control group.
Ключевые слова: изменение концепций, скорость химической реакции, химический эксперимент, заблуждения в обучении.
Keywords: conceptual changes, rates of chemical reaction, scientific experiment, misconceptions in learning.
Введение
Обучение как активное построение концепций происходит в результате взаимодействия между уже имеющимися и новыми знаниями. Предыдущие знания имеют большое влияние на дальнейшее обучение учащихся. Трудности в понимании научных концепций происходят из-за неправильных представлений, которые учащиеся уже получили ранее, и они становятся препятствием в дальнейшем обучении [1, с. 741]. Таким образом, студенту сложно подключить новую информацию, особенно, если она не соответствует привычным представлениям. В этой ситуации у учащихся возникают заблуждения, которые не согласуются с общепринятыми концепциями и теориями науки и устойчивы к изменениям [2, с. 98]. Следовательно, во время обучения естественным наукам учет неправильных представлений учащихся играет ключевую роль в содействии изменениям концепций студентов.
Понимание многих концепций химии затруднительно для большинства студентов из-за ее абстрактного характера [3, с.295]. Скорость реакции как высоко структурированная тема является центральной частью учебной программы по химии [4, а 504]. Следовательно, понимание концепций скорости реакции и факторов, влияющих на нее, играет ключевую роль в изучении химии. Кроме того, данные концепции являются важной предпосылкой для понимания других разделов химии, особенно химического равновесия.
Литература, посвященная преподаванию и изучению химической кинетики в средних школах, относительно скудна, несмотря на ее центральное значение в химическом образовании. Как отмечает Джасти [3, а 235]: «Поэтому удивительно, что эта тема не так часто оказывается в центре внимания научных исследований». Понимание химической кинетики требует концептуального понимания корпускулярной природы материи и динамических аспектов химических реакций. Качапуз и Маскилл [4, а 438] заметили, что студенты неправильно понимают принципы теории столкновений. Тогда как эта абстрактная теория играет важнейшую роль в химической кинетике для объяснения влияния различных факторов на скорость реакции.
Изменение имеющихся концепций - один из эффективных методов борьбы с неправильными представлениями, основанный на концепции конструктивизма, в соответствии с которым обучение -это процесс конструирования знаний. В этой модели, предложенной Познером, Страйком, Хьюсо-ном и Герцогом [5, а 211], существует четыре условия для возникновения фазы аккомодации: понятность, правдоподобие, плодотворность и неудовлетворенность существующими концепциями. Если концепция понятна для учащегося, он может найти способ представить эту концепцию. Если студент считает, что концепция верна, то он считает эту концепцию правдоподобной. Таким образом, данная концепция согласуется с его предыдущими концепциями. В соответствии с условием плодотворности студент должен верить, что кон-
цепция решает другие проблемы и предлагает новые возможности и идеи. Неудовлетворенность связана с изменением статуса концепции. Если учащийся не находит концепцию правдоподобной или плодотворной, он не удовлетворен этой концепцией.
Во многих исследованиях изучалось влияние нескольких учебных инструментов, основанных на подходах к изменениям концепций в науке, таких как концептуальные карты, тексты концептуальных изменений, стратегия кооперативного обучения, обучение с помощью компьютера, аналогии и т. д. Однако существует ограниченное исследование эффекта использования подхода изменения концепций через научный эксперимент. Учащиеся проводят научный эксперимент, а затем во время его анализа и обсуждения в классе дают возможность учителям и ученикам поделиться своими идеями о наблюдениях, что облегчает учащимся понимание научных концепций [6, а 523]. Использование научного эксперимента в качестве стратегии обучения основано на стратегии когнитивного конфликта, побуждающей учащихся к изменениям концепций. Ключевой особенностью является то, что наблюдения студентов иногда противоречат их ожиданиям.
Таким образом, цель данного исследования -изучить влияние обучения, ориентированного на изменение концепций путем проведения практического эксперимента, на понимание учащимися концепции скорости реакции по сравнению с традиционными подходами к обучению.
Метод исследования
В этом исследовании приняли участие 48 учеников одиннадцатого класса (22 мальчика и 26 девочек) из двух классов, у которых преподавал один и тот же учитель в интеллектуальной школе. Экспериментальная группа, обучавшаяся по методу, ориентированному на изменение концепций, с помощью практических экспериментов, состояла из 23 (13 девочек и 10 мальчиков) студентов, в то время как контрольная группа, обучавшаяся по традиционным методам, состояла из 25 студентов (13 девочек и 12 мальчиков. Возраст учеников обеих групп колебался от 16 до 17 лет.
Для измерения понимания учащимися концепций скорости реакции была разработана констатирующая работа. Данная работа была подготовлена с учетом учебных целей модуля, учебников химии для одиннадцатого класса. Работа содержала 15 вопросов с множественным выбором ответов из пяти возможных, а также 5 вопросов, предполагающих развернутый ответ студента. По каждому пункту теста неправильные ответы были подготовлены на основе наиболее часто встречающихся заблуждений учащихся. Некоторые из таких представлений приведены ниже [7, а 2]:
• Скорость реакции - это время между началом и окончанием реакции.
• Скорость реакции - это количество атомов, сталкивающихся за единицу времени.
• Чтобы произошла химическая реакция, сталкивающиеся частицы должны находиться в газовой фазе.
• Все столкновения в газовых фазах вызывают химическую реакцию.
• Скорость реакции не может быть измерена по изменению цвета.
• При увеличении концентрации вещества увеличивается его кинетическая энергия; таким образом, скорость реакции увеличивается.
• Когда концентрация увеличивается, увеличивается площадь соприкосновения веществ; таким образом, скорость реакции увеличивается.
• Скорость реакции не зависит от концентрации реагентов.
• Во время реакции концентрация продуктов увеличивается со временем; таким образом, скорость реакции увеличивается.
• Уменьшение концентрации одного из реагентов увеличивает концентрацию другого реагента; таким образом, скорость реакции постоянна.
• Когда площадь соприкосновения частиц реагентов уменьшается, уменьшается количество образующегося продукта.
• Поскольку вещества с большим размером частиц движутся медленнее, чем вещества с маленьким размером, скорость их реакции снижается.
• Катализатор - это промежуточное вещество, которое участвует в реакции, но выходит наружу, не влияя на реакцию.
• Катализатор - это вещество, которое образуется, а затем расходуется во время реакции.
• Когда энергия активации реакции уменьшается, скорость реакции также уменьшается.
• Чем выше энергия активации, тем быстрее скорость химической реакции.
• Энергия активации и есть кинетическая энергия реагирующих частиц.
• Скорость реакции остается постоянной в течение всего хода реакции.
• Повышение температуры реакции вызывает снижение скорости реакции из-за неэффективных столкновений частиц.
• Повышение температуры вызывает увеличение энергии активации, а это приводит к увеличению скорости реакции.
• Уравнение механизма скорости реакции -это отношение произведения концентраций продуктов к реагентам и не зависит от экспериментальных данных.
• В механизме реакции энергия активации медленного процесса меньше, чем у быстрого процесса.
• Быстрый процесс в механизме реакции определяет скорость реакции.
Чтобы проверить достоверность содержания теста, его проверила группа учителей кафедры химии в составе 10 человек.
Данное исследование проводилось в течение четырех недель. Один из классов случайным образом был отнесен к экспериментальной группе, а другой - к контрольной. Был разработан юнит -
план, в котором прописывались ключевые концепции, цели, а также ожидаемые результаты обучения и планы уроков по каждой теме. Обсуждаемые темы включали скорость реакции и ее измерение, теорию столкновений, энергию активации, факторы, влияющие на скорость реакции (концентрация, температура, катализатор, площадь соприкосновения веществ) и механизмы реакций. Учащиеся обеих групп использовали один и тот же учебник химии. Учитель также давал одинаковые домашние задания ученикам в обеих группах и на практических занятиях разбирались одни и те же вопросы. В начале обучения студенты обеих групп проходили предварительный тест, чтобы оценить понимание студентами концепции скорости реакции на начальном этапе обучения.
В экспериментальной группе учитель начинал урок с того, что задавал ученикам несколько вопросов по теме, чтобы актуализировать их предыдущие знания и неправильные представления. Когда учащиеся осознавали, что их существующие концепции недостаточны для объяснения явлений, они испытывали недовольство этими концепциями (неудовлетворенность). Например, когда учитель объяснял влияние температуры на скорость реакции, в начале урока ученикам был задан вопрос: «Что произойдет, если мы повысим температуру окружающей среды, в которой происходит химическая реакция?» Студенты дали разные ответы на этот вопрос. Некоторые из неправильных ответов были такими: «энергия активации реакции будет увеличиваться, следовательно, скорость этой реакции уменьшится» и «поскольку частицы будут двигаться быстрее, частота столкновения между частицами уменьшится». Учитель не давал правильного ответа на поставленный вопрос. Затем учащимся было предложено по инструкции провести практический эксперимент. Студенты измеряли скорость реакции между карбонатом кальция и соляной кислотой по количеству углекислого газа, образующегося в определенный интервал времени. Данная реакция проводилась при пяти различных температурах: 20°С, 25°С, 30°С, 35°С, 40°С. Учащиеся фиксировали полученные результаты, затем вычисляли скорость реакции. Время, за которое выделялось одинаковое количество газа, уменьшалось при повышении температуры, соответственно скорость реакции в данном случае увеличивалась. Студенты сначала в парах или группах делали вывод по работе и пытались его обосновать. Затем проводилась общая дискуссия, в процессе которой учащиеся приходили к правильному ответу.
Целью этих дискуссий было побудить студентов установить связь между новыми концепциями и их наблюдениями. К примеру, студенты, которые утверждали, что скорость реакции растет с течением реакции или остается неизменной, убедились, основываясь на экспериментальных данных, что их утверждения были ошибочными. Так как наибольший объем углекислого газа выделился именно в начале реакции и с течением времени этот объем уменьшался, что говорит об уменьшении скорости
в ходе реакции. Объяснить причину снижения скорости, опираясь на экспериментальные наблюдения было намного проще.
В исследовании использовались следующие практические работы: влияние концентрации на скорость реакции между тиосульфатом натрия и азотной кислотой; влияние температуры на скорость реакции между карбонатом кальция и соляной кислотой; часовая реакция йода; влияние катализатора на скорость реакции разложения перок-сида водорода; вычисление энергии активации этой реакции; влияние площади соприкосновения на скорость реакции между магнием и уксусной кислотой.
В контрольной группе применялись традиционные методы объяснения материала. Во время обучения учитель использовал методы лекций и дискуссий в классе. Занятия в этой группе в основном основывались на изложении тем учителем. Если ученики не понимали и задавали вопросы, учитель давал дополнительные объяснения, приводя примеры из повседневной жизни. После этого ученики решали некоторые упражнения из учебника. Кроме того, учитель раздавал ученикам обеих групп рабочие листы. После, все студенты участвовали в итоговой констатирующей работе по теме.
Результаты
Предварительное тестирование позволило проверить, существует ли значимая разница средних баллов между экспериментальной и контрольной группой с точки зрения понимания учащимися концепции скорости реакции. Результаты показали, что не было значимой разницы между оценками студентов обеих групп. Средний балл по итогам тестирования контрольной группы составил 61%, экспериментальной - 63%.
Тогда как между средними баллами итоговой констатирующей работы студентов из контрольной и экспериментальной групп была значительная разница в понимании концепций скорости реакции. Средний балл итогового тестирования в экспериментальной группе составил 87%, тогда как в контрольной - 71%. Причем доля правильных ответов на задания, предполагающие развернутые ответы в экспериментальной группе составляла 97%, а в контрольной - 58%. В заданиях тестового характера доля учеников, давших правильный ответ, в экспериментальной группе также был больше на 19%. Например, в одном из вопросов ученикам было предложено выбрать свойство, которое не зависело от температуры во время реакции. Перед исследованием большинство студентов как в экспериментальной группе (58%), так и в контрольной группе (61%) выбрали неправильное утверждение, указав количество молекул, обладающих энергией активации. После эксперимента, 92% студентов экспериментальной группы правильно ответили на этот вопрос, выбрав энергию активации как независимую от температуры величину, в контрольной группе правильно ответили на этот вопрос 56% студентов. В другом вопросе студентов попросили выбрать утверждение, указав фактор и его влияние на ско-
рость реакции. Перед экспериментом наиболее частым ответом на этот вопрос было утверждение, что катализатор увеличивает энергию активации. 35% студентов экспериментальной группы и 28% студентов контрольной группы выбрали данный ответ. В итоговом тестировании процент студентов экспериментальной группы, у которых было это заблуждение, составлял 5%, а в контрольной группе 27%. В другом вопросе была дана реакция, и студентам было предложено выбрать неправильное утверждение, связанное с ней. До эксперимента наиболее предпочтительным утверждением было то, что реакция происходит более чем в одну стадию. В экспериментальной группе 35% студентов и в контрольной группе 29% студентов выбрали этот ответ до эксперимента. Кроме того, процент студентов экспериментальной группы, которые выбрали правильный вариант, составил 25%, а процент студентов контрольной группы - 34%. После эксперимента 91% студентов экспериментальной группы ответили на этот вопрос правильно, тогда как в контрольной группе 74% студентов. Процент выбранного неправильного ответа на этот вопрос после эксперимента составил 9% в экспериментальной группе и 21% в контрольной группе. В результате уровень понимания студентов, обученных с помощью инструкций, ориентированных на изменение концепций, с помощью практического эксперимента, был выше, чем у студентов, обучаемых традиционными методами.
Анализ результатов
Исследования в области естественнонаучного образования обычно направлены на изучение влияния стратегий обучения на усвоение учащимися естественных наук. Некоторые исследования были посвящены стратегиям обучения, направленным на поиск и устранение неправильных представлений учащихся. Узнав о неправильных представлениях учащихся, их следует устранить, чтобы учащиеся лучше понимали концепции скорости реакции. Зол-лер [8, с. 195] утверждает, что традиционное обучение химии может улучшить когнитивные навыки учащихся низкого порядка, но неэффективно для улучшения их когнитивных навыков высокого порядка. Таким образом, эксперимент был разработан на основе метода изменения концепций посредством практических работ, и в этом исследовании изучалось их влияние на понимание учениками одиннадцатых классов скорости реакции.
Результаты показывают, что обучение, ориентированное на концептуальные изменения, посредством химических экспериментов привело к значительно лучшему усвоению научных концепций, связанных со скоростью реакции, чем традиционно разработанные методы обучения. Причина существенной разницы в понимании понятий студентами экспериментальной и контрольной групп может быть интерпретирована как использование в каждой группе разного типа обучения. Например, в экспериментальной группе студенты активно участвовали в классной дискуссии при анализе полученных экспериментальных данных. Инструкция
была разработана с учетом заблуждений испытуемых. В контрольной группе учитель в основном использовал метод лекций. Дискуссии также проводились и в контрольной группе, и студенты также решали количественные задачи. Однако учитель преподавал темы, не принимая во внимание заблуждения учащихся и предыдущие знания. Во время обучения студенты были в основном пассивны. Как видно, основные различия между экспериментальной и контрольной группой заключались в явном учете неправильных представлений студентов и содействии изменению их представлений с помощью практических работ.
Выводы
Неправильные представления учащихся влияют на их понимание концепций химии, поскольку они препятствуют интеграции новых концепций в существующие. Учителям необходимо выявлять неправильные представления учащихся о предмете, проводя собеседование до начала обучения или проводя тестирование; далее необходимо составить инструкцию для устранения данных заблуждений (юнит - план). Инструкции, ориентированные на изменение концепций, являются эффективным способом побуждения учащихся к осмысленному пониманию химических концепций [9, а 19].
Разработчикам учебных программ также необходимо знать об эффективности обучения, основанного на концепциях, и их следует учитывать при разработке или пересмотре учебной программы по химии. Необходимо уделять внимание вышеизложенным методам во время подготовки учителей, и их следует обучать на семинарах без отрыва от производства. Использование демонстраций или практических экспериментов в классе химии вносит вклад в концептуальное понимание учащимися, поскольку у учащихся есть возможность наблюдать химические процессы. Они также эффективно привлекают внимание студентов к уроку и мотивируют их участвовать в уроке. Поэтому учителям необходимо проводить соответствующие практические и
лабораторные работы во время занятий по химии. Также разработчикам учебных программ и составителям учебников необходимо учитывать важность практического эксперимента в изучении химии и включать в учебные пособия некоторые упражнения, основанные на наблюдениях и результатах экспериментов.
Литература
1. Hewson, M. G. & Hewson, P. W. (1983). Effect of instruction using students' prior knowledge and conceptual change strategies on science learning. Journal of Research in Science Teaching, 20(8), 741.
2. Novak, J. D. (1988). Learning science and the science of learning. Studies in Science Education, 98.
3. Justi, R. (1991). Chapter 13, Teaching and learning chemical. Chemical Education: Towards Research-based Practice, 295.
4. Cachapuz, A. F. C. & Maskill, R. (1987). Detecting changes with learning in the organization of knowledge: Use of word association tests to follow the learning of collision theory. International Journal of Science Education, 9(4), 504.
5. Posner, G. J., Strike, K. A, Hewson, P. W., & Gertzog, W. A. (1982). Accommodation of a scientific conception: Toward a theory of conceptual change. Science Education, 66(2), 211.
6. Milne, C. & Otieno, T. (2007). Understanding engagement: Science demonstrations and emotional energy. Science Education, 91(4), 523.
7. Ozmen, H. (2004). Some student misconceptions in chemistry. Journal of Science Education and Technology, 13, 2.
8. Zoller, U. (1993). Are lectures and learning compatible? Journal of Chemical Education, 70(3), 195.
9. Carey, S. (2000). Science education as conceptual change. Journal of Applied Development Psychology, 21(1), 19.
