Концептуальні засади навчання органічної хімії

У розділі «Концептуальні засади навчання органічної хімії» розкрито загальнокультурний контекст органічної хімії, синергетичну природу навчального процесу; викладено сучасні наукові підходи до пояснення будови і властивостей органічних сполук; обґрунтовано методологію відбору і напрями оновлення предметного змісту, визначено значення, мету, завдання, місце вивчення органічних сполук у шкільному курсі хімії.

Формування інваріантної складової змісту сучасної хімічної освіти, згідно з потребами суспільства у цілому й особистості зокрема, пов’язане з виокремленням культурологічної складової, необхідної для інтелектуального розвитку учня. Значення знань з хімії загалом та знань з найпотужнішої її гілки — органічної хімії - у духовній і матеріальній культурі людства не потребує додаткової аргументації. «Органічна хімія — одна з наук, вплив яких на сучасну цивілізацію найбільш очевидний» (Г.В.Биков). Уся практична діяльність людини пов’язана з використанням природних, штучних і синтетичних речовин та матеріалів органічної природи, а одвічне прагнення людства до розкриття таємниці живого може здійснитись шляхом пізнання процесів у організмах на молекулярному рівні. Усе це визначає гуманістичну функцію знань з органічної хімії, їх місце в загальному світогляді людини.

Для методики не є істотною сама по собі констатація загальнокультурного контексту органічної хімії як науки і технології. Педагогічний сенс використання цього контексту ми вбачаємо в зацікавленні учнів і посиленні мотивації вивчення хімії, подоланні нігілістичного ставлення до хімічної науки і продуктів її виробництва, аж до хемофобії, якою просякнута суспільна свідомість. Це можливо через набуття знання про природу речей як у високому науковому сенсі, так і в утилітарному. Не нагнітання страху перед глобальними проблемами, а розкриття шляхів запобігання їм і їх розв’язування, формування переконаності в тому, що саме хімія володіє методами поліпшення екологічної ситуації, забезпечує людство матеріалами, енергією, засобами боротьби з хворобами — усе це також належить до найважливіших аспектів навчання органічної хімії.

Розкриття загальнокультурного змісту хімічної науки є виявом синергетичного підходу, згідно з яким слід розглядати наукові дисципліни «в їх широкому контексті, включаючи культурні й соціальні умови, завжди враховувати середовище, в якому вони виникають, розгортають постановки дослідних проблем» (Е.Н.Князева, С.П.Курдюмов). Синергетичний підхід як загальнонауковий було використано для характеристики навчального процесу в цілому. Це дало змогу виявити закономірності у процесах утворення, стійкого існування і руйнування впорядкованих структур у відкритих нерівноважних системах, де діють нелінійні закони і якими є більшість об'єктів — від хімічних реакцій до біологічних, екологічних, соціальних систем.

Відкритою, нелінійною, нерівноважною системою, якій властиві флуктуації, є освітня система. Вона здатна до самоорганізації, резонансно реагує на зовнішні подразники, на її функціонування впливає попередній розвиток. Синергетичний підхід дає змогу виявити механізми «організації порядку» і перетворення його в менш організовані форми, конкуренцію чи синхронізацію підсистем, синергізм чи антагонізм компонентів (чинників). У дослідженні розглянуто навчальний процес з органічної хімії з позицій таких синергетичних характеристик, як складність, нестабільність, відкритість, нелінійність, самоорганізація.

Складність. Навчальному процесу властива багатокомпонентна, розгалужена структура, що пов’язує між собою діяльність учителя й учня, навчальний матеріал, методи, форми, прийоми, засоби, мету, завдання навчання та ін. Реальне уявлення про навчальний процес складається, коли педагогічні категорії розглядаються не самі по собі, а в сукупності з психологічними, такими, як темперамент, характер, потреба, мотивація, інтерес, воля, пам’ять, активність, рефлексія, творчість тощо (Л.С.Виготський).

Шляхи розв’язування методичних проблем з погляду концепції складності принципово відрізняються від тих, якими прямувала методика класичного і некласичного періодів, коли панувала парадигма спрощення, простих залежностей результатів навчання від сили ідеологічного впливу, ступеня засвоєння зразків. Сучасну модель методики ми розглядаємо не як адитивну, в якій складаються елементи впливу, а як синергетичну, в якій ці впливи приводять до появи біфуркацій, розгалуження можливих шляхів розвитку системи. Такій моделі відповідає особистісна орієнтація навчання, врахування попереднього досвіду учня, нове тлумачення взаємодії учителя й учня як партнерської, можливість вибору, в тому числі профілю, рівня, темпу, засобів навчання.

Нестабільність. Нестійкість, нерівноважність системи є умовою її розвитку. Розвиток педагогічного процесу, появу нових парадигм С. Гончаренко та В. Кушнір пов’язують з порушенням стійкості старої структури, збільшенням її хаотичності й переходом до нового атрактора, тобто стійкого стану.

Ми розглядаємо процес здобування знань як аутокаталітичний процес, у якому нове знання каталізує появу інших нових знань. На певному етапі навчання утворюються нові, умовно стабільні зв’язки в системі знань учнів. На наступному етапі система набуває ознак нестабільності, спричиненої новим знанням, що стає джерелом динамічного розвитку системи. Погляд із цих позицій на проблемний метод виявляє справжню його цінність, яка полягає у створенні нестійкості в системі знань, що спричиняє її розвиток. Усвідомлена проблема спричинює порушення порогового стану між порядком, притаманним стабільним знанням, і хаосом нових знань. Далі настає нестійкий стан, утворення нових зв’язків (нових структур у системі) і відбувається перехід до іншого, якісно нового стійкого стану.

Відкритість. Відкритій системі властиві обмін із середовищем існування, наявність джерел і «стоків». Щодо курсу органічної хімії обмін у широкому розумінні відбувається із загальнокультурним і соціальним середовищами, в яких курс формується. Зміст курсу визначається загальною метою освіти, яку вбачає суспільство впродовж певного історичного періоду. Загальнокультурне, у тому числі наукове хімічне, середовище ми вважаємо джерелом контекстного збагачення й оновлення змісту.

Відкрита система в результаті засвоєння зовнішніх впливів постійно змінюється завдяки флуктуаціям, у ній утворюються нові структури, більш або менш упорядковані. Інформаційні джерела і «стоки» перебувають у постійній взаємодії у навчальній програмі, де фіксуються мета, завдання курсу, що змінюються на різних етапах розвитку освітньої системи. Виникають нові питання, теми, розділи, водночас відкидаються застарілі теорії, положення, факти. Точкою біфуркації, тобто появи різних шляхів розвитку, є впровадження профільного навчання і створення навчальних програм з органічної хімії для шкіл різного профілю.

Відкритість змісту хімічної освіти виявляється в її гуманізації. Інтеграція гуманітарного і природничо-наукового знання приводить до утворення нової структури знання, яке характеризується розширенням загальнокультурного кругозору. В умовах нестабільної екологічної ситуації, поширення в соціумі різноманітних фобій, езотеричних уявлень особливого значення набуває тлумачення змісту знань про органічні сполуки з позицій ролі науки в розв’язуванні глобальних проблем людства, що також є джерелом збагачення цього змісту.

Нелінійність. Традиційний підхід до управління навчальним процесом як складною системою ґрунтується на уявленні про його лінійність (однозначність). У цьому разі він вкладаєтся у схему: наявний стан методичний вплив — запланований освітній результат. Безальтернативність методик, нехтування відхиленнями як випадковими і неістотними мали вести навчання магістральним шляхом засвоєння знань. Погляд на процес як на нелінійний, що у своїй еволюції проходить через точку біфуркації, дає змогу усвідомити можливість несподіваних змін напряму процесу навчання, появи результату, відмінного від очікуваного.

Цей результат стосується передусім формування особистості. З погляду синергетики, особистість однаковою мірою піддається формуванню і протистоїть йому. Особистісне начало в дитині «порушує лінійність, програмованість навчального процесу, надаючи йому рис вибірковості, саморозвитку, цілісності, опосередкованості» (В.В.Сєриков). Тому щодо особистісного навчання можна говорити не про прямий вплив на особистість, а про створення таких умов навчального середовища, в яких особистість запитана.

Самоорганізація. Освітній системі, як і іншим складноорганізованим соціоприродним системам, властива самоорганізація за внутрішніми законами. Зовнішній методичний вплив, який чиниться, може виявитися марним, якщо він протистоїть внутрішнім властивостям системи. Учительський вплив має бути ненав’язливим, сприяти розвитку учнів у бік їхніх власних векторів. Не сильний, а «топологічно правильно організований» (Е.Князева, С. Курдюмов) вплив учителя виявляється ефективним, резонансним. У цьому випадку можна говорити про учасників навчального процесу — вчителя і учня — як про синергістів, а не антагоністів, і про їхні співпрацю, діалог.

З погляду синергетики, самонавчання є виявом самоорганізації у навчальному процесі. Це узгоджується із сучасними поглядами на роль учителя, який не передає знання, а сприяє оволодінню способами самоосвіти, створює сприятливі умови для творчості, забезпечує зворотні зв’язки.

Знаючи механізми самоорганізації, учитель може спрямувати систему, але не в будь-якому напрямі, а залежно від її потенційних можливостей.

Синергетичний дискурс має місце і в пропонованому нами тлумаченні структури молекул органічних речовин з погляду складності, багаторівневості й динаміки, нерівноваги, взаємопереходів, самоорганізації структур, їх руйнування й утворення, випадковості. Таке пояснення виявляється особливо продуктивним щодо супрамолекулярних утворень, які відіграють ключову роль у функціонуванні організмів, здійсненні складних фізико-хімічних процесів у клітині, що вирізняються високою просторовою упорядкованістю, здатністю до самоорганізації, точною координацією.

У сучасному курсі закладено ознайомлення зі складом і трьома аспектами будови молекул: хімічною, просторовою, електронною. При цьому шкільний предмет трактує структуру лише як вияв упорядкованості й описує її хоча й у трьох вимірах, проте винятково у статиці. Водночас сучасна органічна хімія розглядає молекулу як динамічну систему, здатну змінювати форму завдяки внутрішньому обертанню. За образним висловом С. М. Шевченка, йдеться про «динамічну архітектуру молекул». Проблема, що потребувала вирішення у процесі дослідження, полягала в тому, яким чином ці нові знання можна включити до шкільного курсу, не спричинивши його перевантаження. Слід зазначити, що в час, коли наукові знання зростають за експоненціальними законами і відповідно до цього зростає обсяг навчального матеріалу, розв’язання такої проблеми є невідворотним завданням. Вихід може бути знайдений лише за умови використання принципу ущільнення інформації та переходу на вищі рівні наукового пізнання (В.І.Кузнєцов). До цього можна додати і використання внутрішніх та міжпредметних резервів природничих навчальних курсів. Аналіз змісту шкільного курсу фізики виявив багато знань, що стосуються фізичних властивостей, які можна використати щодо конкретних органічних сполук. Сюди належать і знання про міжмолекулярну взаємодію. Тільки за умови координації цих знань у курсах фізики і хімії вони можуть набути конкретного смислу.

Дослідження дало змогу висловити припущення, що ідея рівневої організації матерії буде плідною, якщо буде створено інтегрований природознавчий курс для старшої школи. Саме це виведе на сучасний рівень трактування транспредметних наукових понять. Цю ідею ми вважаємо альтернативною до ідеї щодо інтеграційної функції природничо-наукових законів, висловленій і реалізованій В.Р.Ільченко. На нашу думку, навколо ідеї рівнів організації матерії можна об'єднати знання про фізичні, хімічні, біологічні явища, виявити об'єктивно наявні у природі зв’язки, що сприятиме розв’язуванню методичних проблем формування цілісної природничо-наукової картини світу, яка адекватно відбиває дійсність.

В умовах модернізації загальної середньої освіти трансформуються мета і завдання хімічної освіти, змінюється місце вивчення органічних речовин. У 12-річній школі воно зумовлене необхідністю дати в основній школі «базову загальну середню освіту, що є фундаментом загальноосвітньої підготовки всіх школярів» (Концепція загальної середньої освіти (12-річна школа)). Лабораторією хімічної і біологічної освіти Інституту педагогіки АПН України було концептуально обґрунтовано перенесення початку вивчення хімії з 8-го кл. в 7-й. Це дасть змогу на етапі основної школи сформувати базові хімічні знання в усіх учнів, незалежно від того, який профіль навчання вони обиратимуть далі. Включення відомостей з органічної хімії до базового курсу хімії цілком закономірне і необхідне як для цілісного сприймання хімічних знань, так і для реалізації міжпредметних зв’язків з біологією, підготовки учнів до вивчення молекулярних основ життя в курсі біології.

В 11 кл. 12-річної школи на академічному рівні було запропоновано вивчати основні класи органічних сполук з урахуванням змісту курсу хімії основної школи. У класах гуманітарного напряму вивчатимуться переважно ті органічні сполуки, які мають практичне значення. Місце самостійного курсу органічної хімії залишається сталим у класах хімічних і суміжних профілів та класах поглибленого вивчення предмета.

Предметний зміст шкільної хімічної освіти на сучасному етапі формується в умовах стандартизації, виокремлення інваріантного і варіативного компонентів, диференціації та профілізації, гуманізації навчання, посилення уваги до соціалізації особистості та її самовираження. Вітчизняні дидакти (С.У.Гончаренко, Ю.І.Мальований, О.Я.Савченко) відносять до основоположних принципів розробки змісту сучасної шкільної освіти гуманізацію й гуманітаризацію, а до основних напрямів — оновлення фундаментальної складової, посилення практичної спрямованості, формування духовності, загальнолюдських і національних цінностей. Ці напрями стосуються передусім змісту й обсягу власне навчальної інформації, що закладається у навчальні предмети і пов’язана з характером наукового пізнання. Між тим, дослідники проблеми вбачають багато недоліків у чинному змісті хімічної освіти. Наприклад, Л.М.Кузнєцова вказує на надмірну теоретизацію змісту, недоцільне співвідношення теорій і фактів, відрив змісту від практичних потреб людини, відсутність інтегральних ідей, відсутність диференційованого підходу до відбору змісту. Н. Н. Чайченко відносить перевантаження програм фактичним матеріалом, насиченість уроків новою інформацією до причин формальності знань учнів. Отже, проблема предметного змісту органічної хімії залишається актуальною.

У методології відбору змісту засадовим є культурологічний підхід. Згідно з цим підходом (В.В.Краєвський, І.Я.Лернер) виокремлюють такі рівні формування змісту: загального теоретичного уявлення, навчального предмета, навчального матеріалу, процесу навчання, структури особистості. Досліджуючи формування і реалізацію змісту хімічної освіти в розділі органічної хімії на рівнях навчального предмета, навчального матеріалу та процесу навчання, ми дотримувалися думки вітчизняних і зарубіжних авторів, що зміст освіти визначається метою і завданнями, які суспільство ставить перед школою на певному етапі історичного розвитку. Серед інших чинників змісту освіти називають орієнтацію на особистість учня і перспективи розвитку науки, можливості процесу навчання, можливості учня, потреби особистості. Нині, у зв’язку з утвердженням філософії особистісно зорієнтованої освіти, поступово впроваджується рефлексивний компонент, а загальний знаннєвий підхід поступається місцем культурологічному. Отже, на підставі зазначеного вище ми дійшли висновку, що методологія відбору змісту хімічної освіти має спиратись на:

• * сучасну парадигму освіти, основу якої становить гуманізація змісту і процесу навчання, орієнтація на учня як суб'єкта освіти;
• * концепцію чотирикомпонентного змісту загальної освіти (знання, способи діяльності, досвід творчої діяльності, досвід емоційно-ціннісного ставлення) як основи базових компетентностей особистості;
• * психологію навчального процесу;
• * тенденції розвитку сучасної хімічної науки;
• * синергетичне трактування хімічної освіти як відкритої системи, якій властивий обмін із загальнокультурним і соціальним середовищем;
• * державні документи про школу.

Відбір багатокомпонентного змісту освіти детермінується різними чинниками, принципами, критеріями, концепціями, парадигмами. Ми поділяємо думку Д. Лієтера, що зміст предметів з основ наук має: 1) бути корисним для всіх учнів; 2) враховувати реальні життєві ситуації; 3) поєднувати теорію і практику, науку і техніку; 4) сприяти розвитку міжпредметних зв’язків; 5) бути сприйнятливим щодо навколишнього світу.

З огляду на зазначене та враховуючи роль органічної хімії в системі природничих наук, зроблено узагальнення щодо змісту відомостей про ці сполуки. Він має відбивати такі провідні ідеї курсу: загальнокультурний, гуманістичний характер хімічних знань; пізнаваність матеріального світу; матеріальну єдність речовин у природі, генетичні зв’язки між органічними речовинами, а також між органічними та неорганічними; розвиток органічних речовин від простих до складних, які виконують біологічні функції; багатоманітність органічних речовин, їх форм і взаємозв'язків; динаміка форм органічних сполук; ієрархія рівнів структурної організації органічних речовин; причинно-наслідкові зв’язки між складом, будовою, властивостями органічних речовин, обумовленість застосування властивостями; взаємозв'язок науки і практики, значення органічних сполук у житті і техніці, у розв’язуванні продовольчої, екологічної, енергетичної, сировинної проблем людства.

З метою подолання низки суперечностей у змісті матеріалу про органічні сполуки запропоновано зміни, випробувані спершу у змісті дидактичних матеріалів, а пізніше реалізовані в навчальних програмах, підручниках, методичних посібниках і рекомендаціях. У результаті дослідження було запроваджено:

• * порівняння органічних і неорганічних речовин — з метою формування світоглядних уявлень про єдність і взаємозв'язок речовин у природі ;
• * включення конформацій до причин багатоманітності органічних речовин, що дало змогу збагатити знання про динаміку форм існування органічних речовин;
• * узагальнений розгляд природних і синтетичних органічних речовин. Такий підхід спрощує розуміння джерел походження органічних сполук;
• * включення методологічних знань у структуру навчального матеріалу;
• * уявлення про динаміку молекул та рівні структурної організації органічних речовин, що відповідає сучасному науковому трактуванню будови речовин;
• * розкриття загальнокультурного контексту основ органічної хімії, виявлення її ролі в сучасній цивілізації.

Дослідженням доведено, що такий підхід сприяє інтеграції предметних хімічних знань у систему загальних наукових знань і створенню цілісного уявлення про наукову картину світу.