Химия, школа, учебник
 |
|
Художник Владимир Камаев |
О причинах хемофобии, охватившей население большинства развитых стран, включая и нашу, написаны десятки статей. Загрязнение среды обитания, аварии, связанные с производством и транспортом химической продукции, агрессивная антихимическая пропаганда в СМИ, вопиющая научная безграмотность журналистов — вот основные видимые невооруженным глазом причины негативного отношения к химии. Однако есть еще один важный источник хемофобии — низкий уровень преподавания школьной химии.
Школьная программа по химии за минувшие полвека несколько сократилась, однако не изменилась качественно. А старшеклассники — потребители этой программы — эволюционировали существенно. Если в конце 50-х годов полное среднее образование было массовым, но не всеобщим, то спустя десятилетия средняя школа оказалась вынужденной всех переводить из класса в класс и выпускать с аттестатом — и тех, кто не стремился учиться, тоже. Сегодня к этому можно добавить падение престижа образования, в особенности естественно-научного. Поэтому средний интеллектуальный уровень старшеклассников понизился и мотивация к учению убавилась. Тем не менее информированность нынешних школьников, их коммуникационные возможности неизмеримо выросли по сравнению с молодыми годами их дедов и даже отцов. Изменился и окружающий мир: применительно к обсуждаемой теме главное изменение состоит в появлении гигантского общедоступного информационного поля, в котором реальные факты перемешаны с вымыслом. А школьный курс химии существенных изменений не претерпел; чтобы не «перегружать» детей, он стал примерно на треть короче, чем был 50 лет тому назад, но его идеология и конструкция остались прежними.
Все отечественные учебники химии, включая и вышедшие в последние годы, построены принципиально одинаково. Это более или менее удачное изложение систематического курса химии по классической немецкой схеме, принятой еще в довоенные годы. Различия состоят в глубине освещения отдельных тем, порядке расположения разделов, количестве ошибок и погрешностей и других подобных, в общем-то частных вопросах. Лучшие из наших учебников давали и дают возможность мотивированным школьникам получить представление об основах химии и служат добротной базой для дальнейшего инженерного или естественно-научного образования. Вспомним, например, курс органической химии Л.А.Цветкова, который вполне заслуженно был отмечен Государственной премией.
Казалось бы, химия, как и другие точные и естественные науки, в отличие, например, от истории, не подвержена конъюнктурным влияниям, основы ее неколебимы, поэтому и содержание курса может в течение многих лет оставаться стабильным. Однако если полвека назад доля мотивированных старшеклассников была велика и классические учебники выполняли свою задачу, то сегодня ЕГЭ по химии сдают примерно 12% выпускников. Значит, нужны два типа учебников — один нового типа для 90% школьников, другой — для углубленного изучения предмета.
Учебник для всех — что лишнее?
Действующие учебники химии перегружены теорией, материалом, который не только труден для большинства старшеклассников, но и никогда им не понадобится. Дистанция между учебником и реальной жизнью избыточно велика, а сами учебники скучны. Не это ли одна из причин низкой мотивации к изучению химии у многих школьников?
Ситуация усугубляется еще и тем, что, следуя формальной логике, но вопреки здравому смыслу и многократно подтвержденным положениям возрастной психологии, изучение химии в восьмом классе по одному из наиболее распространенных учебников начинается с достаточно сложных теоретических вопросов строения атома, которые с трудом воспринимают даже одиннадцатиклассники. В другом учебнике еще до рассмотрения свойств химических элементов и многообразия химических реакций вводится понятие энтропии, которое вызывает трудности и у студентов. А вот академик А.Л.Бучаченко даже предлагает на пятой странице учебника химии для восьмого класса привести уравнение Шредингера, из которого должно быть выведено все остальное.
Главный недостаток практически всех, по которым преподают в школах линеек учебников химии для средней школы —а таких не меньше десятка — несоответствие их содержания химической стороне окружающего мира. Зачем бухгалтеру, токарю или гувернантке знать, как гибридизуются орбитали, каков механизм реакции замещения в ароматическом ряду, как правильно в соответствии с номенклатурой назвать изооктан, как подбирать коэффициенты в окислительно-восстановительных реакциях? Это и химики очень редко делают. А тем, кто не станет химиком, достаточно иметь лишь понятие о стехиометрии в химии, то есть фактически о законе сохранения и неуничтожимости атомов. А вот как собрать ртуть из разбившегося градусника и что делать с нею — знать очень полезно. Выпускникам школы неплохо бы знать свойства основных удобрений и ядохимикатов, препаратов так называемой бытовой химии, продающихся в хозяйственных магазинах. Это не означает, что учебник для массовой школы должен стать пособием по бытовой химии. Формирование системы знаний, пусть даже изложенных на самом элементарном уровне, нуждается в фундаментальном подходе, без надежного фундамента нельзя выстроить стены. Однако должен быть соблюден баланс. Мощный и загадочный фундамент посреди чистого поля — не лучшее решение.
На другой стороне океана
Значительный интерес и богатую информацию для размышления представляет переводной учебник «Химия и общество» (в оригинале «Chemistry in the Community», дословно — «Химия в нашем округе»). В его авторском коллективе десятки ученых (среди них и нобелевские лауреаты), методистов, преподавателей. Учебник построен на совершенно иных принципах: вначале излагается некоторая загадочная экологическая ситуация (массовая гибель рыбы в местной речке), а затем на протяжении всей довольно объемистой книги рассказывается, какие причины могли ее вызвать (их, оказывается, может быть множество). Попутно, решая эту загадку вместе с местными школьными учителями физики, химии и биологии, а также с приглашенными специалистами, учащиеся узнают массу нового — начиная от способов измерения концентрации веществ в растворах и кончая сведениями по медицине, электрохимии, производству ядерной энергии и так далее. И все это так или иначе привязано к первоначальной проблеме. Американское издание проиллюстрировано большим количеством содержательных цветных фотографий. Важно, что в решении проблемы загрязнения речки принимают участие жители городка: они создают комитеты, решают, кого из экспертов следует пригласить, сколько и на что потратить денег, — школьникам показывают, как работает самоуправление, наглядно объясняют, что каждый гражданин может и должен участвовать в решении местных проблем.
Принципиальная особенность книги в том, что в ней вместо характерного для наших учебников систематического курса химии изложены фрагментарные сюжеты, касающиеся экологического, медицинского, энергетического и других аспектов применения химических знаний. Такой подход в ущерб систематичности позволяет наглядно продемонстрировать многочисленные связи химии с жизнью. Метод и стиль изложения материала в американском учебнике разительно отличаются от отечественных школьных учебников, однако суммарный объем химических знаний примерно тот же.
Этот учебник не может быть использован в нашей массовой школе. Самая очевидная причина — он построен на американских реалиях. Далее, он не соответствует отечественным традициям преподавания химии (и вообще естественных дисциплин) — нет систематического изложения предмета. Наконец, подготовка учителей в педвузах не позволяет большинству учителей работать по этой книге; по-хорошему, для этого требуется широкое и глубокое университетское образование.
Книга «Chemistry in the Community» подготовлена Американским химическим обществом, авторитетной организацией с многомиллиардным годовым бюджетом, которая была озабочена всеобщей хемофобией и низким уровнем естественно-научного образования выпускников американских государственных школ (см. «Химию и жизнь», 2015, № 5, 6).
Химия как самостоятельный предмет изучается примерно в половине государственных школ США. Часть таких школ воспользовалась учебником АмХО, и по прошествии нескольких лет социологический опрос выпускников этих школ, не получающих дальнейшего образования, показал, что учебник возымел определенное действие даже на слабоуспевающих школьников. Несколько десятков тысяч молодых людей ответили на вопросы анкеты: «1) Каково ваше отношение к химии? 2) Что осталось у вас в памяти из школьного курса химии?» Типичные ответы на вопросы анкеты таковы: «1) Химия – важная, но очень сложная наука. Жаль, что я плохо учил ее в школе, ее знание было бы полезно для меня, она открывает широкие возможности, в том числе в бизнесе. 2) Помню формулы H2O, H2SO4, C2H5OH; помню, что работать с реактивами надо в халате, в защитных очках и необходимо строго следовать инструкции».
А вот некоторые результаты исследования так называемых остаточных знаний, проведенного аспиранткой факультета педагогического образования МГУ С.И.Орловой среди студентов-гуманитариев Челябинского государственного педагогического университета, людей, чье химическое образование также закончилось. Две трети студентов сохранили добрую память об учителе химии и относятся к химии с пиететом. Почти все опрошенные могут назвать и записать символы десятка химических элементов и нескольких соединений, включая серную кислоту, воду и спирт. Половина респондентов в состоянии применить свои знания в ответах на стандартные вопросы, хуже обстоит дело в тех случаях, когда надо проявить понимание химического аспекта реальных ситуаций.
Справедливо ли рекламное утверждение: «Диетическая поваренная соль имеет пониженное содержание хлора по сравнению с обычной каменной солью»?
Войдя в квартиру, вы почувствовали запах газа. Чего в этом случае нельзя делать?
Согласны ли вы с утверждением: «Легковой автомобиль движется за счет протекания химической реакции?»
Бриллианты получают огранкой алмазов. Рвутся ли в процессе огранки химические связи?
С такими заданиями справляются около 20% студентов. Еще хуже с экспериментальными задачами — лабораторный практикум в большинстве школ отсутствует. Почти все студенты не знают органическую химию, даже в том ее куцем варианте, какой еще сохранился в школьном курсе. Очень плохи дела с решением простейших расчетных задач. «Массовая доля жира в молоке — 3,2%. Вы выпили 0,5 кг молока. Сколько жира вы потребили?» — респонденты в ступоре. Итак, студенты-гуманитарии имеют серьезные пробелы не только в химии, но ив элементарной математике.
Судя по данным С.И.Орловой, нынешнее состояние школьного химического образования довольно-таки плачевно, но до американского уровня мы пока не опустились.
На основании анализа довольно многочисленных данных об остаточных знаниях выпускников, которые в своей деятельности не связаны с химией, можно сделать несколько рекомендаций по содержанию учебника для массовой школы. Вот главные: уделить серьезное внимание таким разделам курса, как элементарные расчеты, основы органики и связи с реальной жизнью. Выпускники средней школы должны владеть ключевыми научными идеями курса химии — их примерно два десятка, вот их список.
Атомно-молекулярное учение — основа естествознания.
Стехиометрия — это проявление закона сохранения материи.
Химическая связь имеет электронную природу.
Свойства химических веществ обусловлены их строением.
Кислоты, основания и соли — это классы химических соединений.
Периодический закон химических элементов — основной закон химии.
Растворитель — важнейший участник химической реакции.
Электрический ток может быть причиной химической реакции, а химическая реакция источником электрического тока.
Направление химической реакции определяется стремлением реагентов к минимуму энергии и максимуму хаоса.
Время протекания реакции зависит от ее скорости, которая определяется совокупным действием многих факторов (концентрация реагентов, их дисперсность, температура, катализатор и др.).
Электронное строение атома углерода — причина его уникальности.
Функциональная группа — носитель химических свойств органических соединений.
Гомология и изомерия — причины бесконечного многообразия органических соединений.
Высокомолекулярные соединения — основа биополимеров и современных материалов.
Материал — это продукт переработки вещества.
Химическая технология — основа многих отраслей промышленности, а не только химической.
Промышленная деятельность человечества вносит заметный и все увеличивающийся вклад в круговорот химических элементов.
Все вещественные загрязнения природной среды имеют химическую природу, но далеко не все они происходят от химической промышленности.
Невозможны полностью безотходные производства, нельзя произвести экологически чистую энергию.
Химия — ключевая область знания для решения экологических проблем.
Химия — наука естественная, но неточная.
Природа едина, а каждая из естественных наук описывает только одну ее сторону.
Перечисленные идеи не могут оставаться лишь декларациями, учащимся следует ими «проникнуться». Материал курса должен служить опорой этих идей и быть насыщен примерами и ситуациями, взятыми из реальной жизни.
Создание современного учебника химии для массовой общеобразовательной школы — очень непростая работа, она еще ждет своих исполнителей. В методическом плане (и в первом приближении) такая книга будет неким гибридом рассмотренного выше американского пособия и традиционного отечественного учебника.
Углубленный учебник: химия для интересующихся
Создать программу углубленного курса химии и соответственно написать учебник проще, чем подготовить курс для массовой школы. В основу такого учебника могут быть положены уже имеющиеся удачные пособия. Курс должен быть систематическим, линейным, а не концентрическим. Он должен содержать богатый набор химических опытов, а также заданий, как качественных, так и расчетных. Но перед его созданием надо решить по крайней мере четыре принципиальных вопроса. Как сформировать содержание курса на базе научного подхода, а не только на основе опыта и интуиции? Докуда надо углублять знания школьников? Где граница между общим и специальным образованием? Насколько школьный курс должен соответствовать уровню развития современной науки?
Традиционный метод модернизации школьной программы прост. За основу берется старая, как правило, хорошо зарекомендовавшая себя программа, почему-либо нуждающаяся в замене. Далее, в зависимости от исходной установки — расширить, сузить или дополнить — программа модифицируется. При этом зачастую меняется последовательность отдельных разделов курса, скажем, тема «Периодический закон и строение атома» переносится из девятого в восьмой класс. Такой способ шутники называют «методом клея и ножниц». Спрашивается, а нельзя ли придумать более объективный и научно обоснованный метод составления программы? В качестве такого метода отбора содержания автором этой статьи было предложено использовать метод пересечения тезаурусов. Тезаурусом в информатике называют полный систематизированный набор данных (терминов и понятий) о какой-либо области знания, позволяющий человеку или вычислительной машине в ней ориентироваться.
Сначала независимо составляется несколько тезаурусов химических терминов и понятий, которые должны быть усвоены школьниками в процессе изучения курса химии. Далее рассматривается область пересечения полученных тезаурусов — то, что считают важным все. Термины и понятия из этой области группируются в блоки программы. Для реализации метода была сформирована группа из шести экспертов: преподаватель химического вуза, преподаватель педвуза, инженер-химик, научный работник-химик, два учителя химии. Каждый составил два тезауруса: один — для непрофильной массовой школы, второй — для углубленного изучения предмета. Объем области пересечения тезаурусов оказался 400 единиц для курса «для всех» и 600 — для углубленного.
Анализ результатов показал, что состав частных тезаурусов в значительной мере зависит от личности эксперта, который нередко мыслит стереотипно. Например, школьные учителя склонны воспроизводить традиционный программный материал. Поэтому конечный результат в значительной мере зависит от подбора экспертов — авторов тезаурусов. Значит, нужен способ составления списка исходных терминов и понятий, слабо зависящий от личности эксперта.
Наиболее важные термины и понятия находятся в областях пересечения тезаурусов отдельных отраслей химии: неорганической, аналитической, физической, органической, экологической химии и химической технологии. В областях пересечения должны оказаться наиболее общие термины и понятия. По-видимому, их и следует изучать в средней школе. Для практической реализации надо составить списки терминов и понятий из учебников по «частным» химиям, при этом из значительного числа учебников необходимо выбрать хорошие и по возможности одинаковые по глубине изложения и объему. Результатом нашей работы стал перечень (около полутора сотен ключевых терминов), который был затем использован для составления программы по химии.
Слабая связь школьной программы и учебников по химии с реальной жизнью не раз обсуждалась в методической литературе. Одно из возможных действий — включение в программу и учебник, хотя бы на иллюстративном уровне, материалов химического характера, регулярно используемых в СМИ. Удивительно, но этот вопрос слабо изучен педагогической наукой. В единственном исследовании, предпринятом директором московской школы № 1434 «Раменки», кандидатом химических наук А.В.Карпухиным, проанализированы материалы СМИ (газеты, телевидение, радио, Интернет — кроме специальных сайтов) и установлено, что из 240 наиболее часто встречающихся химических терминов 80 отсутствуют в школьном курсе химии. Из материалов это, например, «керамика», «жидкие кристаллы», «композиционные материалы». Еще более широк перечень изгоев в разделе, касающихся химической технологии и экологии: «возобновляемые ресурсы», «топливные элементы», «биотопливо», «взрывчатые вещества», «отравляющие вещества», «аккумуляторы», «предельно допустимая концентрация» и другие. Это совершенно неправильно, тем более что многое из перечисленного имеет прямое отношение к безопасности жизни и активно обсуждается.
В какой мере современные достижения химии должны быть отражены в школьном курсе? Или в более общем виде: насколько школьный курс должен соответствовать уровню развитию современной науки? Ответ на этот вопрос неочевиден, и в любом случае наука развивается быстрее, чем меняются школьные программы, догнать ее невозможно в принципе. При этом в погоне за «современностью» можно утратить понимание фундаментальных основ науки, разъяснению которых и служит школьный курс.
Вводить «современные» примеры в школьный курс химии следует взвешенно, осторожно и точечно. Они должны удовлетворять целому ряду требований. Главное из них — уверенность в том, что данное научное достижение выдержало проверку временем, действительно стало значимым достоянием науки, что это не просто сенсация-однодневка. Ясно, что для такой уверенности необходимо время, поэтому вряд ли стоит рассматривать научные достижения последнего десятилетия.
Доктор химических наук Г.В.Эрлих предлагает следующие критерии отбора научных открытий для включения их в школьный учебник:
— они должны быть понятными школьнику в рамках имеющихся у него знаний;
— не вступать противоречие с другими примерами, содержащимися в курсе;
— иллюстрировать основные принципы и методы химии;
— привлекать внимание школьников к химии;
— способствовать созданию положительного образа химии.
Примерами таких достижений могут быть:
1. Открытие фуллерена, углеродных нанотрубок, графена. В более широком плане — прогресс химии простых соединений, в еще более широком — ренессанс неорганической химии. Открытие графена в 2004 году и Нобелевская премия по химии 2010 года, полученная за это нашими соотечественниками, — именно тот факт, который может поразить воображение школьника.
2. Сверхпроводящие керамики. Еще один пример феноменального прогресса неорганической химии, что уж говорить о впечатлении от объектов, левитирующих в поле сверхпроводящих магнитов.
3. Проводящие органические полимеры.
4. Прогресс микроэлектроники, в более широком плане — прогресс в области получения полупроводниковых материалов и структур.
Изучение химии в школе не может быть эффективным без выполнения каждым учащимся лабораторных работ. Методисты разработали различные, в том числе очень удачные, варианты школьного практикума, проблема только в их неукоснительной практической реализации, которой препятствуют отсутствие в тысячах российских школ химических кабинетов и развал системы снабжения школ реактивами, материалами, химической посудой. Было бы логично максимально насытить практические работы и демонстрационные эксперименты продукцией бытовой химии, веществами, с которыми человек регулярно сталкивается в повседневной жизни. Надо научить школьника обязательно внимательно читать (и выполнять!) инструкции к бытовым химикатам и лекарствам, при перепаковке четко надписывать банки с ними и так далее.
Химия все еще в школе?
А теперь давайте посмотрим правде в глаза. Все, что было изложено выше, в действительности представляет интерес только для очень узкого круга специалистов, занимающихся историей отечественного образования. Начавшийся лет десять назад процесс выдавливания химии из учебных планов российских школ интенсивно развивается и вскоре придет к логическому завершению — химия как учебный предмет исчезнет. Уже сегодня в нашей стране есть регионы, в школах которых химию не преподают (см. «Химию и жизнь», 2015, № 2). В соответствии с новым стандартом скоро в старшей школе ученики смогут изучать только два предмета из трех — химии, физики и биологии. В условиях агрессивной хемофобии старшеклассники преимущественно будут выбирать физику и биологию, а химия останется за бортом.
Планируемая Министерством образования и науки профилизация старшей школы предусматривает организацию десятка профилей, в восьми из которых (физико-математический, информационно-технологический, электротехника/радиоэлектроника, оборонно-спортивный, социально-экономический, социально-гуманитарный, филологический, эстетический) химии попросту нет.
Напомню, что в советское время на химию отводилось два-три часа в неделю, сегодня в тех школах, где ее пока преподают, — один час. А из дидактики известно, что одночасовые курсы неэффективны и имеют тенденцию исчезать из учебного плана: недавний пример — астрономия, более древний — психология.
В несколько лучшем положении физика и биология, но и эти дисциплины под угрозой сильного сокращения. Таким образом, наблюдается отчетливая тенденция на всемерное сокращение естественно-научных предметов в средней школе.
Это находится в остром противоречии с заявлениями высших руководителей страны. Вот цитата из речи Д.А. Медведева: «Сегодня мы должны перейти к непосредственной реализации задачи по преодолению технологического отставания. Необходимо вводить в практику научно-технические инновации, развивать методы углубленной переработки сырья, внедрять энергосберегающие технологии». Интересно, кто будет этим заниматься?
Руководящим центром, разрабатывающим идеологию реформирования, или, как теперь принято говорить, модернизации отечественного образования, является не Министерство образования и науки и не Академия образования, а Высшая школа экономики. Этим учреждением выпущена брошюра, в которой изложены все основные направления модернизации образования, как их видят авторы — руководители ГУ ВШЭ.
Возникает законный вопрос — почему, собственно, программой развития образования поручено заниматься не специалистам в этой области, а экономистам? Ответ здесь может быть только один. Государственную власть интересует главным образом единственный аспект проблемы: как сделать систему образования максимально дешевой, как превратить образование в «образовательные услуги» — и желательно в основном платные.
Упомянем еще об одном чрезвычайно важном обстоятельстве: модернизаторы постоянно ссылаются на рекомендации Международного валютного фонда и Всемирного банка. На титульном листе брошюры (см. рисунок) зафиксировано, что она разработана Высшей школой экономики при участии этих двух учреждений. Получается, что наши доброжелатели — Международный валютный фонд и Всемирный банк почему-то хотят поднять наше образование, что неизбежно сделает Россию сильной, обороно- и конкурентоспособной. Хотелось бы понять, зачем им это нужно?
Следуя западным, преимущественно американским, образцам, реформаторы внедрили пресловутый ЕГЭ; проводят курс на глобальное сокращение естественно-научных предметов, замену курсов физики, химии и биологии естествознанием.
Один из руководителей ВШЭ в ответ на мой вопрос: «Зачем нам перенимать американский опыт, ведь советская, да и российская система среднего образования много эффективнее?» — ответил вопросом: «Почему же тогда американская наука сильно опережает нашу?» И это действительно так.
Чтобы разобраться в этой ситуации, процитируем фразу нобелевского лауреата по химии американца Роальда Хоффмана из интервью, которое он дал главному редактору «Химии и жизни» Л.Н. Стрельниковой (см. «Химию и жизнь», 2011, № 9): «Система образования в США в начальной и средней школе ужасна, ни в коем случае не надо ее повторять. Если и перенимать американский опыт, то только в части университетского образования и подготовки специалистов высокого класса, которые у нас действительно хороши. В вашем случае я бы всячески сопротивлялся сокращению часов естественнонаучных предметов. Это сильная сторона вашего образования, его основа».
И отметим, что основной контингент студентов естественных факультетов американских университетов — это выпускники негосударственных школ, эмигранты и их дети. А профессорско-преподавательский состав этих факультетов в значительной мере представлен выходцами из Китая, Японии, Индии, стран Западной и Восточной Европы, включая и Россию. Не будем забывать и о несопоставимом с нашим уровне финансирования американской науки. Так что стремление российских модернизаторов копировать американскую систему среднего образования — фатальная ошибка.
Автор благодарит к х.н. И.А.Леенсона и д.х.н. Г.В.Эрлиха за полезные обсуждения.
Литература
Лисичкин Г.В., Орлова С.И. Вестник МГУ. Серия 20. Педагогическое образование. 2014. № 3. С. 84–91.
Лисичкин Г.В. В кн.: Современные тенденции развития химического образования: от школы к вузу. М.: Изд-во Моск. ун-та. 2006. С. 30–40.
Программа курса химии для VIII—XI классов средней общеобразовательной школы. В кн.: Программы для средних общеобразовательных учебных заведений. Химия. М., Просвещение, 1993.
Эрлих Г.В. В кн.: Естественно-научное образование: тенденции развития в России ив мире. М., Изд-во Моск. ун-та, 2011, с. 59—87.
Российское образование – 2020. Модель образования для экономики, основанной на знаниях. М., Издательский дом ГУ ВШЭ, 2008