Шаг первый. Цели преподавания химии с применением технологии работы со знаниями

МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ

«Сценирование метапредметных занятий в технологии работы со знаниями»

ДЛЯ ПЕДАГОГОВ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ УЧРЕЖДЕНИЙ

Школа наставников
26-28 октября 2018, Москва

Москва

2018

СОДЕРЖАНИЕ

СМЫСЛ И НАЗНАЧЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ РАБОТЫ СО ЗНАНИЯМИ В ШКОЛЕ.. 3

ТЕХНОЛОГИЯ РАБОТЫ С ИДЕАЛИЗАЦИЯМИ НА ПРИМЕРЕ ТЕМЫ «ВАЛЕНТНОСТЬ» КУРСА ХИМИИ.. 9

ТЕХНОЛОГИЯ РАБОТЫ С МОДЕЛЯМИ НА ПРИМЕРЕ ТЕМЫ «НЕЛИНЕЙНЫЕ АВТОКОЛЕБАНИЯ» КУРСА ФИЗИКИ 28

ПРИМЕРЫ ТЕМ И ДИДАКТИЧЕСКИХ ЕДИНИЦ ДЛЯ МЕТАПРЕДМЕТНЫХ ЗАНЯТИЙ НА МАТЕРИАЛЕ КУРСА МАТЕМАТИКИ.. 48

СМЫСЛ И НАЗНАЧЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ РАБОТЫ СО ЗНАНИЯМИ В ШКОЛЕ

Проблема обучения школьников современным научным знаниям и работе с содержанием передовых наук сегодня даже не ставится перед российской школой. Напротив, нередко возникают предложения об упрощении и сокращении программы ряда предметов. Но можно ли тогда назвать российскую школу современной, если знания, которые получают в ней ребята, были созданы пятьдесят, сто, а порой и триста лет назад, а современных знаний ученикам не передают?

Существует мнение, что эта задача должна решаться высшей школой, а школа средняя должна обеспечить базовый уровень подготовки учащихся. Но высшее образование по своему замыслу является образованием специальным. Институт может дать и фундаментальное, и передовое образование, но только в рамках какой-то одной сферы теории и практики. Между тем, существует известная проблема разрыва уровня знаний, которые дает школа, и того уровня знаний, который необходим в высшей школе для включения студентов в содержание передовых исследований и разработок. Получается, что сегодня не реализуется даже та ситуация, при которой школа отвечает за базовую подготовку на основе классических научных результатов, а институт – за специальное, но современное образование. Напротив, вузы вынуждены продолжать базовую подготовку, только по более узком набору предметов, чем школа.

Не решают проблемы обновления знаний в общем образовании и научно-популярные издания, которые в последнее время снова стали пользоваться большой популярностью. Их задача – познакомить читателя с основными проблемами и достижениями современной науки, но не обучить современным знаниям. Научно-популярные книги и журналы могут заинтересовать и увлечь молодых читателей, но только не научить их разбираться в заинтересовавших ребят теориях и проблемах.

Введение учащихся в исследовательскую деятельность, в последнее время широко практикуемое в московских школах, также не решает проблемы обновления знаний, потому что, во-первых, далеко не всегда школьные исследования ведутся в областях действительно новых, а не уже давно разработанных вопросов и проблем, а, во-вторых, обучение исследовательской деятельности не претендует на обучение новым знаниям по всему фронту развития науки, а призвано обучить исследованию как таковому. Понятно, что это возможно только на довольно ограниченном материале и узком круге исследовательских вопросов.

Какой же общественный институт отвечает тогда за то, чтобы общество имело современное общее образование и владело знаниями, адекватными уровню проблем и задач современной практики и сегодняшнему уровню развития науки? Получается, что такого института на настоящий момент в российском обществе нет.

На наш взгляд, этим институтом должна и может стать российская школа. Более того, не изменяя требования обеспечить владение базовыми знаниями, школа может отвечать и другому, не менее острому требованию времени: чтобы эти знания были передовыми и развивающимися.

Если процесс отставания знаний, положенных в основу образовательных программ, от знаний, разрабатываемых сегодня науками, будет нарастать, школа перестанет готовить рябят к работе в развивающихся, а не устаревающих и отмирающих практиках.

Более того, если все знания, которые будет получать школьник, давать ему как уже сложившиеся и непреложные представления о мире, исчезнет всякое естественное любопытство учеников. Знания как законченные, раз и навсегда верные сведения – что может быть скучнее. Такое преподавание немедленно вызывает натурализацию всех теоретических положений, которые формулируются на уроках. Школьники теряют представление о том, что выученные ими понятия – это живые организмы знания, что они создаются, оспариваются, развиваются. Ребята напрямую придают этим представлениям статус вещного существования: электрон, демократия, исторический процесс, композиция литературных произведений, интеграл – все эти понятия приобретают в понимании школьников такой же характер предметов и вещей, который носят непосредственно воспринимаемые и натурально существующие столы, стулья, деревья и мобильные телефоны.

Положение это усугубляется тем, что без системы обновления знаний даже в самых сильных и эффективных педагогических системах у школьников формируют зачастую представления, которые не отвечают сегодня и той понятийной базе, которая используется в современной науке, технике и практике. Это происходит потому, что в самой идее базовых знаний неявно лежит предположение, что научные знания развиваются по принципу накопления и «нарастания» новых открытий и теорий на старом понятийном аппарате. Но базовые понятия сами претерпевают изменения и развиваются в ходе спора и смена научных парадигм. По большому счету, не обеспечивая обновления знаний, школа игнорирует тот факт, что история науки еще не завершена.

В итоге такое школьное образование приводит к тому, что школьники и современная наука говорят на разных языках, пользуются разными понятиями, и вообще принципиально по-разному смотрят на мир. Поэтому для включения в общество знания, где передовые знания – главный предмет капитализации, современный школьник должен поменять свой тип отношения к знаниям, перестать спрашивать: «Как правильно? Как это существует на самом деле?», и к тому же серьезно обновить освоенные в школе знания. Но тогда возникает вопрос, готовит ли школа к современной жизни или, напротив, мешает в нее войти, вызываю потом необходимость подстраиваться под требования времени, а не активно действовать в развивающихся практиках.

Россия находится сегодня в таком положении, что приспособиться к инновационной экономике знаний не получится – ее нет, ее только предстоит построить. Но создавать ее могут люди, хорошо представляющие, где сегодня нужны новые знания, где и как они разрабатываются, и какие новые практики на их основе могут быть порождены.

Достаточно распространенным в последнее время становится и такое мнение, что чем более эффективной и современной будет подготовка школьников, чем лучшие знания они получат, тем больше их шансы уехать за рубеж. Тем самым, школа, повышая качество образования косвенно способствует эмиграции наиболее способной и образованной части молодежи. К сожалению, статистика говорит сама за себя: не видящая возможностей самореализации российская молодежь действительно уезжает. Но вопрос о коренном изменении положения в российской науке и промышленности, в сфере предпринимательства и государственного управления очевидно выходит за рамки вопроса о том, нужна или не нужна нам современная школа.

С позиции образовательного сообщества ответ на этот вопрос должен быть дан принципиальным образом, и как условие сохранения интеллектуального потенциала страны, не может зависеть от политической конъюнктуры. Более того, несмотря на то, что эмиграция – личный выбор каждого, школа должна показывать ученикам возможности и условия самореализации в России. Но как раз для этого ребята и должны понимать, где сегодня лежат точки возможного прорыва в теории и практике и чувствовать за собой силы и подготовку для организации этих прорывов и участия в них. На все возражения относительно ситуации в стране можно поэтому ответить так, как говорил Лев Ландау: «Каждый имеет достаточно сил, чтобы достойно прожить жизнь. А все эти разговоры о том, какое сейчас трудное время, это хитроумный способ оправдать своё бездействие, лень и разные унылости. Работать надо, а там, глядишь, и времена изменятся».

Вывод школьников на передовые рубежи развития науки – задача важнейшая, но и неординарная, не имеющая заготовленного решения. Проблема состоит, как мы уже упоминали, в том, чтобы обновление знаний в школе не свелось ни к ранней специализации, ни к простому информированию, ни к верхоглядству и популизму. Одинаково опасно как превращение школьников в своего рода начинающих профессионалов, студентов «нулевого» курса, так и их превращение в болтунов по поводу науки и ее достижений. Поэтому эта проблема не решается ни факультативами и дополнительными занятиями, ни фестивалями науки и ознакомлением с новыми научными открытиями.

Не решить названную проблему, кроме того, невозможно и простым расширением школьной программы за счет новых тем. Это приведет лишь к увеличению объема запоминаемых сведений, но никак не к лучшему пониманию школьниками содержания современной науки.

Понятное решение проблемы, которое предлагается в рамках мыследеятельностной педагогики, состоит в том, чтобы на материале работы с современными научных проблемами и открытиями формировать у школьников способности, необходимые для работы с содержанием передовой науки.

В первую очередь, эти способности касаются постановки проблем, или определения рубежа знания, на котором возникает актуальный вопрос, для ответа на который недостаточно существующий теоретической базы и имеющихся понятий. Возможность видеть, выявлять и описывать проблемы позволяет уйти от взгляда на науку как на свод раз и навсегда открытых сведений, которые необходимо заучить. В науке обнаруживается живое напряжение споров и столкновений научных программ и парадигм, которое продолжается и сегодня.

Кроме того, возможность изменения подхода к преподаваемой в школе программе открывает работа с идеализациями, моделями и понятиями – компонентами знаний. Если знания представляются не как сведения, а как развивающиеся в культуре понятия, то базовые знания оказываются непосредственно связаны со знаниями новыми. Эта связь обеспечивается за счет того, что понятия видятся в динамике, и владение базовыми знаниями становится в первую очередь видением границ их применимости и того, на каком этапе своего развития они находятся сегодня.

Передача новых научных знаний школьникам, не противоречащая при этом требованию фундаментальности их образования и трансляции базовых знаний наук, решается в описанном нами ключе в рамках метапредметного подхода. Именно этот подход позволяет транслировать знания как деятельностные образования, и обучать работать с новыми знаниями как с проблемами, понятиями, идеализациями, моделями, языками и знаковыми системами.

Отдельный важный вопрос состоит в том, какие передовые знания необходимо преподавать школьникам. На наш взгляд, этими знаниями в первую очередь являются ключевые и наиболее общие проблемы современной науки, в которых одновременно затрагивается и вопрос развития понятийной базы, и возникают возможности появления новых областей науки и практики.

В качестве примера такого рода проблемы в области естественных наук, в первую очередь, физики, является вопрос, вынесенный в заглавие одной из статей известного физика Вернера Гейзенберга «Что такое элементарная частица?». Существует множество ответов на этот вопрос, и ни один из них, с одной стороны, не опровергнут, но также и ни одна их гипотез полностью не подтверждена. Высказываются предположения, что элементарная частица – это бесструктурная «песчинка» материи (квантовая хромодинамика и гипотеза кварков, М. Гелл-Манн), что это колебание одномерной струны (теория струн, Г. Венециано, М. Грин), что это подобное колебание, но 26-мерной браны в пространстве Калаби – Яу (М-теория, Э. Виттен). Существуют также ответы Л. де Бойля (идея волны-пилота) и самого В. Гейзенберга (линия в спектре единого поля). В последнее время развивается представление об элементарных частицах как об узлах или ячейках пространства (теория петлевой квантовой гравитации, Л. Смолин, К. Ровелли).

Этот вопрос, несмотря на его кажущуюся сложность, интересен как раз тем, что современная физика не дает на него никакого однозначного ответа, а с точки зрения возможных версий визуализаций элементарных частиц школьники оказываются чуть ли не в равном положении с учеными, поскольку в этой области необходимы смелые и свежие принципиальные идеи. При этом вопрос природы элементарных частиц затрагивает самые основы физики и ее понятийного аппарата, в т.ч. вопрос о том, что такое и как устроено пространство.

Нужно заметить, что приведенный вопрос имеет не только большое теоретическое, но и практическое развитие, хотя бы потому, что область физики высоких энергий, где только и может быть дан ответ на него, помимо прочего – одна из самых наукоемких и инновационных областей приборостроения. Кроме того, понимание природы элементарных частиц – залог решения таких практических проблем, как создание высокотемпературных сверхпроводников и промышленности по их изготовлению, осуществления термоядерного синтеза и замкнутого ядерного цикла, и соответствующей коренной модернизации энергетики, наконец, создания веществ и материалов со спиновой поляризацией, которые важны для развития такой молодой отрасли электроники, как спинтроника, и создания квантовых компьютеров.

Итак, каким же образом подобного рода вопросы могут стать доступны для размышления учеников школы? Мы хотели бы коротко представить те разработки, которые были проделаны в этом направлении нашим коллективом.

Во-первых, важнейшей формой обновления знаний в школе являются метапредметные курсы и отдельные занятия, посвященные введению новых знаний. Описанию конструкции этих курсов посвящено настоящее методическое пособие.

В завершение обзора проблемы введения школьников в содержание современной науки и разработок, позволяющих решить эту проблему, хочется упомянуть о мировоззренческом аспекте вопроса. В последнее время в публичном поле появилось достаточно много мнений о том, что необходимо усиление воспитательной работы в школе, которые сводятся по большей части к требованию воспитывать у молодежи безосновательный до фанатизма патриотизм. Между тем, сложно представить себе лучшее основание для уважения своей родины, чем знание истории научных поисков, которые вели и продолжают вести отечественные ученые, которое к тому же сопряжено с возможностью понимать эту драму научного поиска лично и участвовать в его продолжении уже в школе. Современное образование, интересное школьникам и захватывающее их энергетику, лучшее основание для выбора жизненных ориентиров, чем формальная доктрина.

Школа должна воспитывать идеал самостоятельности мышления ребят и желание получать и осмыслять новые для них знания, а не заучивать их как мертвый груз для памяти. Только тогда каждый из них сможет следовать словам известного русского физика Петра Лебедева: «Мой книжный шкаф набит различными знаниями гораздо больше, чем я, однако физиком являюсь я, а не он».

ТЕХНОЛОГИЯ РАБОТЫ С ИДЕАЛИЗАЦИЯМИ НА ПРИМЕРЕ ТЕМЫ «ВАЛЕНТНОСТЬ» КУРСА ХИМИИ

Шаг первый. Цели преподавания химии с применением технологии работы со знаниями

Одной из ключевых проблем современного общего образования является проблема отставания преподаваемого материала от уровня развития науки, на базе которой выстроен тот или иной учебный предмет. Это отставание происходит повсеместно, какую бы дисциплину мы не выбрали для рассмотрения.

В рамках биологии преподается только тот вариант теории эволюции, который был построен еще Дарвином в XIX веке, хотя эта теория с тех пор претерпела серьезные изменения. Молекулярная и клеточная биология в лучшем случае затрагивает исследования Уотсона и Крика по структуре ДНК, проведенные в 1950-х. В курсе физики школьники имеют дело с теорией атома Бора (1913 год), которая практически не используется в современной атомной и ядерной физике, а также знакомятся с представлениями об элементарных частицах, соответствующих 30-м годам XX века.

Наконец, в рамках химии, которая в данной статье будет интересовать нас в первую очередь, пределом транслируемых знаний является все та же модель атома по Бору^[1] и теория химического строения Бутлерова (вторая половина XIX века). Обе эти теории отнюдь не задают горизонт современных химических знаний, тем более – прорывное содержание, создаваемое в современной науке.

Как видно даже из того небольшого числа примеров, которые мы привели, школьники в процессе своего обучения не сталкиваются с передовой наукой, не знают ее устройства, проблем, которые в ней решаются. В рамках преподавания химии это приводит к двум нежелательным, на наш взгляд, последствиям. Во-первых, учащиеся не имеют опыта работы со знаниями, порождаемыми в настоящий момент. Из-за этого они не способны организовать и провести собственное исследование, направленное на получение принципиально нового знания: они не могут выдвинуть гипотезу, определить границу своего знания, тем более, поставить проблему. У них просто нет ни опыта, ни средств, ни способностей для работы с содержанием прорывной науки.

Во-вторых, школьники считают преподаваемые им теории окончательно верными, предполагая, что рассказанное им на занятиях полностью соответствует тому, как это происходит «на самом деле». Это не удивительно. Понятия, схемы, определения и теории из школьного курса даются учащимся, по сути, в виде информации. Причем не так, как они порождались в химии, а уже переопределенными, как бы переписанными исходя из теорий, созданных позже. Это складывает у школьников странное видение, что все в химии было открыто достаточно давно и как бы одновременно (или в очень небольшой период времени) и теперь преподается как данность. Получается парадокс: школьники в силу отставания учебного курса от науки скорее знакомы с историей химии, чем с ее передовыми рубежами, но при этом совсем не представляют себе исторического развертывания этой науки – процесса порождения новых идеализаций и понятий. Так, по опыту собственного преподавания скажу, что школьники считают одним из первых открытий в химии открытие устройства атома, которое, как известно, произошло как раз одним из последних. Это показывает, что все остальные понятия переданы им уже переопределенными при помощи модели Резерфорда – Бора.

Невозможность увидеть генезис химических представлений и понятий приводит опять же к тому, что учащиеся оказываются не способны работать с содержанием современной науки. Они не могут участвовать в порождении нового знания, вообще не видят процессов его порождения, потому что в химии для них все уже открыто, и неизвестно, какая работа проделывалась, чтобы эти открытия были осуществлены.

После окончания школы у тех ребят, которые выбрали химию в качестве будущего профессионального поля, возникают понятные проблемы: в ВУЗе они знакомятся с более передовыми представлениями, но воспринимают их опять же как данность, и начинают, по сути, переучиваться, не понимая, в каких отношениях находятся школьные и вузовские представления. А поскольку высшее образование часто построено как система необходимых профессионалу узкоспециальных курсов, вчерашние школьники так и не обретают возможность получить необходимое фундаментальное химическое знание. Профессиональное образование не заменит им фундаментальное общее образование, приобретаемое в школе.   

Таким образом, можно зафиксировать, что решение проблемы обновления знаний, транслируемых в школе, связано в первую очередь с необходимостью введения школьников в работу с содержанием научных прорывов. Учащиеся должны работать с научными прорывами как с высшими образцами порождения теоретического знания. Это значит, что мы должны научить школьников анализировать устройство научного прорыва, видеть деятельность ученых при получении нового знания, знать устройство этого знания и его место в общем фронте развития наук, понимать, с решением каких фундаментальных научных проблем связано то или иное открытие и т.д.