И даже раньше кремния германий стал важнейшим полупроводниковым материалом.

Здесь уместен вопрос: а что же такое полупроводники и полупроводимосгь? Однозначно ответить на него иногда затрудняются даже специалисты. «Точное определение полупроводимости затруднительно и зависит от того, какое свойство полупроводников рассматривается», - этот уклончивый ответ заимствован из вполне респектабельного научного труда по полупроводникам. Есть, правда, и очень четкое определение: «Полупроводник - один проводник на два вагона», - но это уже из области фольклора...

Главное в элементе № 32 то, что он полупроводник. К объяснению этого его свойства мы еще вернемся. Пока же о германии как о физикохимической «личности».

Германий как он есть

Вероятно, подавляющему большинству читателей видеть германий не приходилось. Элемент этот достаточно редкий, дорогой, предметов ширпотреба из него не делают, а германиевая «начинка» полупроводниковых приборов имеет настолько малые размеры, что разглядеть, какой он, германий , трудно, даже если разломать корпус прибора. Поэтому расскажем об основных свойствах германия, его внешнем виде, особенностях. А вы попробуйте мысленно проделать те несложные операции, которые не раз приходилось делать автору.

Извлекаем из упаковки стандартный слиток германия. Это небольшое тело почти правильной цилиндрической формы, диаметром от 10 до 35 и длиной в несколько десятков миллиметров. Некоторые справочники утверждают, что элемент № 32 серебристого цвета, но это не всегда верно: цвет германия зависит от обработки его поверхности . Иногда он кажется почти черным, иногда похож на сталь, но иногда бывает и серебристым.

Рассматривая германиевый слиток, не забывайте, что он стоит примерно столько же, сколько золотой, и хотя бы поэтому ронять его на пол не следует. Но есть и другая причина, намного более важная: германий почти так же хрупок, как стекло, и может соответственно себя вести. Мне приходилось видеть, как после такой неудачи небрежный экспериментатор долго ползал по полу, пытаясь собрать все осколки до единого... По внешнему виду германий нетрудно спутать с кремнием. Эти элементы не только конкуренты, претендующие на звание главного полупроводникового материала, но и аналоги. Впрочем, несмотря на сходство многих технических свойств и внешнего облика, отличить германиевый слиток от кремниевого довольно просто: германий в два с лишним раза тяжелее кремния (плотность 5,33 и 2,33 г/см 3 соответственно).

Последнее утверждение нуждается в уточнении, хотя, казалось бы, цифры исключают комментарий. Дело в том, что цифра 5,33 относится к германию-1 - самой распространенной и самой важной из пяти аллотропических модификаций элемента № 32. Одна из них аморфная, четыре кристаллические. Из кристаллических германий-1 самый легкий. Его кристаллы построены так же, как кристаллы алмаза , но если для углерода такая структура определяет и максимальную плотность, то у германия есть и более плотные «упаковки». Высокое давление при умеренном нагреве (30 тыс. атм и 100°C) преобразует Ge-I в Ge-II с кристаллической решеткой, как у белого олова .

Подобным же образом можно получить еще более плотные, чем Ge-II, Ge-III и Ge-IV

Все «необычные» модификации кристаллического германия превосходят Ge-I и электропроводностью. Упоминание именно об этом свойстве не случайно: величина удельной электропроводности (или обратная величина - удельное сопротивление) для элемента-полупроводника особенно важна.

Но что такое полупроводник?

Формально, полупроводник - это вещество с удельным сопротивлением от тысячных долей до миллионов омов на 1 см. Рамки «от» и «до» очень широкие, но место германия в этом диапазоне совершенно определенное. Сопротивление сантиметрового кубика из чистого германия при 18°С равно 72 ом. При 19°С сопротивление того же кубика уменьшается до 68 ом. Это вообще характерно для полупроводников - значительное изменение электрического сопротивления при незначительном изменении температуры. С ростом температуры сопротивление обычно падает. Оно существенно изменяется и под влиянием облучения, и при механических деформациях.

Замечательна чувствительность германия (как, впрочем, и других полупроводников) не только к внешним воздействиям. На свойства германия сильно влияют даже ничтожные количества примесей. Не менее важна химическая природа примесей.

Добавка элемента V группы позволяет получить полупроводник с электронным типом проводимости. Так готовят ГЭС (германий электронный, легированный сурьмой). Добавив же элемент III группы, мы создадим в нем дырочный тип проводимости (чаще всего это ГДГ - германий дырочный, легированный галлием).

Напомним, что «дырки» - это места, освобожденные электронами, перешедшими на другой энергетический уровень. «Квартиру», освобожденную переселенцем, может тут же занять его сосед, но у того тоже была своя квартира. Переселения совершаются одно за другим, и дырка сдвигается.

Сочетание областей с электронной и дырочной проводимостью легло в основу самых важных полупроводниковых приборов - диодов и транзисторов. Например, вплавляя в пластинку ГЭС индий и создавая таким образом область с дырочной проводимостью, получаем выпрямляющее устройство - диод. Он пропускает электрический ток преимущественно в одном направлении - из области с дырочной проводимостью к электронной. Вплавив индий с обеих сторон пластинки ГЭС, превращаем эту пластинку в основу транзистора.

Первый в мире германиевый транзистор создан в 1948 г., а уже через 20 лет выпускались сотни миллионов таких приборов. Германиевые диоды и триоды нашли широкое применение в радиоприемниках и телевизорах, счетно-решающих устройствах и в разнообразной измерительной аппаратуре.

Germanium применяют и в других первостепенно важных областях современной техники: для измерения низких температур, для обнаружения инфракрасного излучения и т. д. Для всех этих областей нужен германий очень высокой чистоты - физической и химической. Химическая чистота такая, чтобы количество вредных примесей не превышало одной десятимиллионной процента (107%). Физическая чистота - это минимум дислокаций, нарушений в кристаллической структуре. Для достижения ее выращивают монокристаллический германий: весь слиток - один кристалл.

Ради этой немыслимой чистоты

В земной коре германия не очень мало - 7*10 -4 % ее массы. Это больше, чем свинца, серебра , вольфрама. Германий обнаружен на Солнце и в метеоритах. Германий есть на территории всех стран. Но промышленными месторождениями минералов германия, по-видимому, не располагает ни одна промышленно развитая страна. Германий очень рассеян. Минералы, в которых этого элемента больше 1%, - аргиродит , германит , ультрабазит и другие, включая открытые лишь в последние десятилетия реньерит, штотит, конфильдит и плюмбогерманит - большая редкость. Они не в состоянии покрыть мировую потребность в этом важном элементе.

А основная масса земного германия рассеяна в минералах других элементов, в углях, в природных водах, в почве и живых организмах. В каменном угле, например, содержание германия может достигать десятой доли процента. Может, но достигает далеко не всегда. В антраците, например, его почти нет... Словом, германий - всюду и нигде.

Поэтому способы концентрирования германия очень сложны и разнообразны. Они зависят прежде всего от вида сырья и содержания в нем этого элемента.

Руководителем комплексного изучения и решения германиевой проблемы в СССР был академик Николай Петрович Сажин. О том, как зарождалась советская промышленность полупроводников, рассказано в его статье, опубликованной в журнале «Химия и жизнь» за полтора года до кончины этого выдающегося ученого и организатора науки.

Чистая двуокись германия впервые в нашей стране была получена в начале 1941 г. Из нее сделали германиевое стекло с очень высоким коэффициентом преломления света. Исследования элемента № 32 и способов его возможного получения возобновились после войны, в 1947 г. Теперь германий интересовал ученых именно как полупроводник.

Новые методы анализа помогли выявить новый источник германиевого сырья - надсмольные воды коксохимических заводов. Германия в них не больше 0,0003%, но с помощью дубового экстракта из них оказалось несложно осадить германий в виде таннидного комплекса. Главная составляющая таннина - сложный эфир глюкозы. Он способен связывать germanium, даже если концентрация этого элемента в растворе исчезающе мала.

Из полученного осадка, разрушив органику, нетрудно получить концентрат, содержащий до 45% двуокиси германия.

Дальнейшие превращения уже мало зависят от вида сырья. Восстанавливают германий водородом (так поступал еще Винклер), но прежде нужно отделить окись германия от многочисленных примесей. Для решения этой задачи оказалось очень полезным удачное сочетание свойств одного из соединений германия.

Четыреххлористый германий GeCl 4 - летучая жидкость с низкой температурой кипения (83,1°С). Следовательно, ее удобно очищать дистилляцией и ректификацией (процесс идет в кварцевых колоннах с насадкой). Четыреххлористый германий почти нерастворим в концентрированной соляной кислоте. Следовательно, для очистки GeCl 4 можно применить растворение примесей соляной кислотой.

Очищенный GeCl4 обрабатывают водой, из которой с помощью ионообменных смол предварительно изъяты практически все загрязнения. Признаком нужной чистоты служит увеличение удельного сопротивления воды до 15-20 млн. Ом-см.

Под действием воды происходит гидролиз четыреххлористого германия: GeCl 4 + 2H 2 O → GeO 2 + 4HCl. Заметим, что это «записанное наоборот» уравнение реакции, в которой получают четыреххлористый германий. Затем следует восстановление GeO 2 очищенным водородом: GeO 2 + 2H 2 → Ge +2H 2 O. Получается порошкообразный германий, который сплавляют, а затем дополнительно очищают методом зонной плавки. Между прочим, этот метод очистки материалов был разработан в 1952 г. именно для очистки полупроводникового германия.

Примеси, необходимые для придания германию того или иного типа проводимости (электронной или дырочной), вводят на последних стадиях производства, т. е. при зонной плавке и в процессе выращивания монокристалла.

С тех пор как в 1942 г. было установлено, что в радиолокационных системах часть электронных ламп выгодно заменять полупроводниковыми детекторами, интерес к германию рос из года в год. Изучение этого ранее нигде не применявшегося элемента способствовало развитию науки в целом и прежде всего физики твердого тела. А значение полупроводниковых приборов - диодов, транзисторов, термисторов, тензорезисторов, фотодиодов и других - для развития радиоэлектроники и техники в целом настолько велико и настолько известно, что говорить о нем. в возвышенных тонах еще раз как-то неудобно. До 1965 г. большая часть полупроводниковых приборов делалась на германиевой основе. Но в последующие годы стал развиваться процесс постепенного вытеснения «экасилиция» самим силициумом.

Германий под натиском кремния

Кремниевые полупроводниковые приборы выгодно отличаются от германиевых прежде всего лучшей работоспособностью при повышенных температурах и меньшими обратными токами. Большим преимуществом кремния оказалась и устойчивость его двуокиси к внешним воздействиям. Именно она позволила создать более прогрессивную - планарную технологию производства полупроводниковых приборов, состоящую в том, что кремниевую пластинку нагревают в кислороде или смеси кислорода с водяным паром и она покрывается защитным слоем SiO 2 .

Вытравив затем в нужных местах «окошки», через них вводят легирующие примеси, здесь же присоединяют контакты, а прибор в целом тем временем защищен от внешних воздействии. Для германия такая технология пока невозможна: устойчивость его двуокиси недостаточна. Под натиском кремния, арсенида галлия и других полупроводников германий утратил положение главного полупроводникового материала. В 1968 г. в США производилось уже намного больше кремниевых транзисторов, чем германиевых. Сейчас мировое производство германия, по оценкам зарубежных специалистов, составляет 90-100 т в год. Его позиции в технике достаточно прочны.

• Во-первых, полупроводниковый германий заметно дешевле полупроводникового кремния.
• Во-вторых, некоторые полупроводниковые приборы проще и выгоднее делать по-прежнему из германия, а не из кремния.
• В-третьих, физические свойства германия делают его практически незаменимым при изготовлении приборов некоторых типов, в частности туннельных диодов.

Все это дает основание полагать, что значение германия всегда будет велико.

ЕЩЕ ОДИН ТОЧНЫЙ ПРОГНОЗ. О прозорливости Д. И. Менделеева, описавшего свойства трех еще не открытых элементов, написано много. Не желая повторяться, хотим лишь обратить внимание на точность менделеевского прогноза. Сопоставьте сведенные в таблицу данные Менделеева и Винклера.

Экасилиций Атомный вес 72 Удельный вес 5,5 Атомный объем 13 Высший окисел EsO 2 Удельный вес его 4,7

Хлористое соединение EsCl 4 - жидкость с температурой кипения около 90°С

Соединение с водородом EsH 4 газообразно

Металлоорганическое соединение Es(C2H 5) 4 с температурой кипения 160°С

Германий Атомный вес 72,6 Удельный вес 5,469 Атомный объем 13,57 Высший окисел GeO 2 Удельный вес его 4,703

Хлористое соединение GeCl 4 - жидкость с температурой кипения 83°С

Соединение с водородом GeH 4 газообразно

Металлоорганическое соединение Ge(C2H 5) 4 с температурой кипения 163,5°С

ПИСЬМО КЛЕМЕНСА ВИНКЛЕРА

«Милостивый государь!

Разрешите мне при сем передать Вам оттиск сообщения, из которого следует, что мной обнаружен новый элемент «германий». Сначала я был того мнения, что этот элемент заполняет пробел между сурьмой и висмутом в Вашей замечательно проникновенно построенной периодической системе и что этот элемент совпадает с Вашей экасурьмой, но все указывает на то, что здесь мы имеем дело с экасилицием.

Я надеюсь вскоре сообщить Вам более подробно об этом интересном веществе; сегодня я ограничиваюсь лишь тем, что уведомляю Вас о весьма вероятном триумфе Вашего гениального исследования и свидетельствую Вам свое почтение и глубокое уважение.

МЕНДЕЛЕЕВ ОТВЕТИЛ: «Так как открытие германия является венцом периодической системы, то Вам, как «отцу» германия, принадлежит этот венец; для меня же является ценной моя роль предшественника и то дружеское отношение, которое я встретил у Вас».

ГЕРМАНИЙ И ОРГАНИКА. Первое элементоорганическое соединение элемента № 32, тетраэтилгерманий, получено Винклером из четыреххлористого германия. Интересно, что ни одно из полученных до сих пор элементоорганических соединений германия не ядовито, в то время как большинство свинец - и оловоорганических соединений (эти элементы - аналоги германия) токсичны.

КАК ВЫРАЩИВАЮТ ГЕРМАНИЕВЫЙ МОНОКРИСТАЛЛ. На поверхность расплавленного германия помещают германиевый же кристалл - «затравку», которую постепенно поднимают автоматическим устройством; температура расплава чуть выше температуры плавления германия (937°С). Затравку вращают, чтобы монокристалл «обрастал мясом» равномерно со всех сторон. Важно, что в процессе такого роста происходит то же самое, что при зонной плавке: в «нарост» (твердую фазу) переходит почти исключительно германий, а большая часть примесей остается в расплаве.

ГЕРМАНИЙ И СВЕРХПРОВОДИМОСТЬ. Классический полупроводник германий оказался причастен к решению другой важной проблемы - созданию сверхпроводящих материалов, работающих при температуре жидкого водорода , а не жидкого гелия . Водород, как известно, переходит из газообразного в жидкое состояние при температуре - 252,6°С, или 20,5° К. В начале 70-х годов была получена пленка из сплава германия с ниобием толщиной всего в несколько тысяч атомов. Эта пленка сохраняет сверхпроводимость при температуре 24,3° К и ниже.

Назван в честь Германии. Ученый из этой страны открыл и имел право именовать его, как захочет. Так в попал германий .

Однако, посчастливилось не Менделееву, а Клеменсу Винклеру. Ему поручили изучить аргиродит. Новый минерал, состоящий, в основном, из , нашли на прииске Химмельфюрст.

Винклер определил 93% состава камня и зашел в тупик с оставшимися 7%. Напрашивался вывод, что в них входит неизвестный элемент.

Более тщательный анализ принес плоды, — был открыт германий . Это металл. Чем он пригодился человечеству? Об этом, и не только, расскажем далее.

Свойства германия

Германий – 32 элемент таблицы Менделеева . Получается, металл входит в 4-ю группу. Номер соответствует валентности элементов.

То есть, германий склонен образовывать 4 химических связи. Это делает элемент, открытый Винклером, похожим на .

Отсюда и желание Менделеева назвать еще неоткрытый элемент экосилицием, обозначаемым, как Si. Дмитрий Ивановичь заранее просчитал свойства 32-го металла.

На кремний германий похож химическими свойствами. С кислотами реагирует только при нагревании. Со щелочами «общается» в присутствии окислителей.

Устойчив к парам воды. Не вступает в реакции с водородом, углеродом, . Загорается германий при температуре в 700-от градусов Цельсия. Реакция сопровождается образованием диоксида германия.

32-ой элемент легко взаимодействует с галогенами. Это солеобразующие вещества из 17 группы таблицы.

Дабы не запутаться, укажем, что ориентируемся на новый стандарт. В старом, это 7-я группа таблицы Менделеева.

Какой бы ни была таблица, металлы в ней располагаются слева от ступенчатой диагональной линии. 32-ой элемент – исключение.

Еще одно исключение – . С ней тоже возможна реакция. Сурьма осаждается на подложке.

Активное взаимодействие обеспеченно и с . Как большинство металлов, германий способен гореть в ее парах.

Внешне элемент германий , серовато-белый, с выраженным металлическим блеском.

При рассмотрении внутреннего строения, металл имеет кубическую структуру. Она отражает расположение атомов в элементарных ячейках.

Они имеют форму кубов. Восемь атомов располагаются в вершинах. Строение близко к решетке .

У 32-го элемента 5 стабильных изотопов. Их наличие – свойство всех элементов подгруппы германия.

Они четные, что и обуславливает присутствие стабильных изотопов. У , к примеру, их 10.

Плотность германия составляет 5,3-5,5 граммов на кубический сантиметр. Первый показатель характерен для состояния, второй – для жидкого металла.

В размягченном виде он не только более плотный, но и пластичный. Хрупкое при комнатной температуре вещество становится при 550-ти градусах. Таковы особенности германия.

Твердость металла при комнатной температуре составляет около 6 баллов по .

В таком состоянии 32-ой элемент является типичным полупроводником. Но, свойство становится «ярче» при повышении температуры. Просто проводники, для сравнения, теряют свои свойства при нагреве.

Германий проводит ток не только в стандартном виде, но и в растворах.

По полупроводниковым свойствам 32-ой элемент, так же, близок кремнию и столь же распространен.

Однако, сферы применения веществ разнятся. Кремний – полупроводник, используемый в солнечных батареях, в том числе, и тонкопленочного типа.

Элемент нужен, так же, для фотоэлементов. Теперь, рассмотрим, где пригождается германий.

Применение германия

Германий применяют в гаммо-спектроскопии. Ее приборы позволяют, к примеру, изучить состав добавок в смешанных окислах катализаторов.

В прошлом, германий добавляли в диоды и транзисторы. В фотоэлементах свойства полупроводника тоже пригождаются.

Но, если кремний добавляют в стандартные модели, то германий – в высокоэффективные, нового поколения.

Главное, не использовать германий при температуре близкой к абсолютному нулю. В таких условиях металл теряет способность передавать напряжение.

Чтобы германий был проводником, примесей в нем должно быть не более 10%. Идеален ультрачистый химический элемент.

Германий делают таким методом зонной плавки. Она основана на различной растворимости сторонних элементов в жидкой и фазах.

Формула германия позволяет применять его и в деле. Здесь речь уже не о полупроводниковых свойствах элемента, а о его способности придать твердость .

По этой же причине, германий нашел применение в зубопротезировании. Хотя, коронки отживают свой век, небольшой спрос на них, все еще, есть.

Если добавить к германию и еще и кремний с алюминием, получаются припои.

Их температура плавления всегда ниже, чем у соединяемых металлов. Так что, можно делать сложные, дизайнерские конструкции.

Даже интернет без германия был бы невозможен. 32-ой элемент присутствует в оптоволокне. В его сердцевине находится кварц с примесью героя .

А его двуокись увеличивает отражательные способности оптоволокна. Учитывая спрос на него, , электронику, германий нужен промышленникам в больших объемах. Каких именно, и как их обеспечивают, изучим ниже.

Добыча германия

Германий довольно распространен. В земной коре 32-го элемента, к примеру, больше, чем , сурьмы, или .

Разведанные запасы – около 1 000 тонн. Почти половина из них сокрыта в недрах США. Еще 410 тонн – достояние .

Так что, остальным странам, в основном, приходиться закупать сырье. сотрудничает с Поднебесной. Это обосновано и с политической точки зрения, и с позиции экономии.

Свойства элемента германий , связанные с его геохимическим родством с широко распространенными веществами, не позволяют металлу образовывать собственные минералы.

Обычно, металл внедряется в решетку уже существующих . Много места гость, естественно, не займет.

Поэтому, приходиться извлекать германий по крупицам. В можно найти несколько кило на тонну породы.

В энаргитах на 1000 килограммов приходиться не больше 5 кило германия. В пираргирите в 2 раза больше.

В тонне сульванита 32-го элемента содержится не больше 1 килограмма. Чаще всего, германий извлекают в качестве побочного продукта из руд других металлов, к примеру, , или цветных, таких как хромит, магнитит, рутит.

Годовое производство германия колеблется в пределах 100-120 тонн, в зависимости от спроса.

В основном, закупается монокристаллическая форма вещества. Именно такая нужна для производства спектрометров, оптоволокна, драгоценных . Узнаем расценки.

Цена германия

Монокристаллический германий, в основном, закупают тоннами. Для больших производств это выгодно.

1 000 килограммов 32-го элемента стоит около 100 000 рублей. Можно найти предложения за 75 000 – 85 000.

Если брать поликристаллический, то есть, с агрегатами меньшего размера и повышенной прочностью, можно отдать в 2,5 раза больше всего за кило сырья.

Стандартны длинной не меньше 28-ми сантиметров. Блоки защищают пленкой, поскольку на воздухе они тускнеют. Поликристаллический германий – «почва» для выращивания монокристаллов.

АННОТАЦИЯ

В данной статье рассматриваются понятия «познавательная деятельность» и «познавательные умения». Особое внимание уделяется проблеме формирования познавательных умений младших школьников.

Ключевые слова: познавательная деятельность, познавательные умения, формирование познавательных умений, младшие школьники.

Современное российское образование нацелено на формирование потребности в самостоятельном освоении новых знаний, новых форм деятельности, способности и готовности к самообразованию, самосовершенствованию, творческой деятельности.

Именно на это нацелен федеральный государственный образовательный стандарт начального общего образования. В стандарте установлены требования к таким образовательным результатам, как готовность и способность обучающихся к саморазвитию и самообразованию, мотивации к обучению и целенаправленной познавательной деятельности.

Проблема развития познавательной деятельности является одной из важнейших проблем современной педагогики. Она выступает как одно из важнейших условий формирования у учащихся потребности в приобретении новых знаний и овладения умением самостоятельной познавательной деятельности.

Актуальность данного вопроса определяется тем, что недостаточно внимания уделяется вопросу создания условий для формирования познавательных умений в педагогической науке и практике образования, а это является основой развития личности младшего школьника и обучения в целом.

Ведущей деятельностью в младшем школьном возрасте является учебная деятельность, именно в это время у детей формируются умения:

Определять цель предстоящей деятельности;

Планировать свою деятельность, ориентируясь на ее результат.

Способность добиваться результата;

Осуществлять самоконтроль.

Исходя из этого большое значение приобретает познавательная деятельность, она играет большую роль в развитии младших школьников, а также стимулирует учебную деятельность.

Изучение познавательной деятельности берет свое начало в философии. Большой вклад в изучение внесли Сократ, Аристотель, Платон, Ф. Бэкон, Декарт, Г.В.Ф. Гегель, К. Маркс.

Познавательная деятельность часто называется гностической или когнитивной деятельностью. В американской психологии существует особое направление, которое называется когнитивной психологией.

В нашей стране познавательная деятельность стала разрабатываться с целью усовершенствования учебной деятельности учащихся.

Огромный вклад в теорию учебной и познавательной деятельности внесли Б.Г. Ананьев, В.В. Давыдов, П.Я. Гальперин, З.И. Калмыкова, Н.А. Н.Ф. Талызина, Б.Д. Эльконин, Л.Р., Г.И. Щукина и другие отечественные ученые.

В психолого-педагогической литературе нет единого подхода к определению понятия «познавательная деятельность». Данное понятие рассматривается различными авторами и нет четкого определения. Это связано с тем, что понятия «учение», «учебно-познавательная деятельность», «познавательная деятельность» рассматриваются как тождественные.

В работах Г.И. Щукиной «познавательная деятельность» рассматривается как деятельность, дающая знания об окружающем мире, формирующая умение организовывать, направлять действия на решение определенных познавательных задач, развивающая способность мыслить, прививающая навыки умственной работы».

А.Н. Леонтьев определяет познавательную деятельность как «совокупность информационных процессов и мотивации, как направленная, избирательная активность поисково-исследовательских процессов, лежащих в основе приобретения и переработки информации». .

Краткое определение понятия дано Н.А. Половниковой, «целенаправленные процессы, выражающие активное отношение учащихся к овладению знаниями, умениями и навыками, а также способами их получения».

В.А. Беликов определяет познавательную деятельность как «элемент целостного обучения, представляющий собой целенаправленное организованное или самостоятельное взаимодействие учащегося с окружающей действительности, результатом которого является овладением им на уровне воспроизведения или творчества системой научных знаний и способами деятельности». [ 1,с. 82]

Рассмотрев сущность понятия «познавательная деятельность» раскроем ее структуру.

Согласно А.Н. Леонтьеву в структуру входят «потребность, мотив, цель, действия и операции»

Г.И. Щукина дает детальный анализ структуры и выделяет «мотивы, цель, учебные действия и операции, основанные на содержании обучения, результат» [ 6 ,с. 49].

Необходимым условием познавательной деятельности младших школьников является формирование познавательных умений. Умения способствуют выполнению деятельности, формируются на основе знаний и навыков.

Важную роль в изучении умений играют теоретические основы психологии деятельности, разработанные Б. Г. Ананьевым, Г. С. Костюком, А. Н. Леонтьевым, С. Л. Рубинштейном, Л. С. Выготским, А. Н. Леонтьевым, Д. Б. Элькониным, П. Я. Гальпериным, В. В. Давыдовым.

Познавательные умения ученые рассматривают, как умения самостоятельно приобретать знания. Они помогают прочно усваивать знания по предмету, способствуют познавательной деятельности, самостоятельности и ускоряют процесс достижения цели.

Существует несколько классификаций познавательных умений, в основном исследователи выделяют интеллектуальные, практические, организационные и контрольные (оценочные) умения. А.В. Усова подразделяет на умения практического характера и умения познавательного характера.

При определении познавательных умений мы исходили прежде всего из анализа основных источников знаний младших школьников, а также классификации познавательных умений таких исследователей как А.В. Усова и А.А. Бобров. К основным познавательным умениям они отнесли: умение работать с учебной и научно-популярной литературой и на этой основе самостоятельно приобретать и углублять знания; умение проводить наблюдение и на его основе делать выводы; умение самостоятельно моделировать и строить гипотезы; умение самостоятельно ставить эксперимент и на его основе получать новые знания; умение объяснять наблюдаемые факты на основе имеющихся теоретических знаний, предсказывать следствия теорий .

В современной педагогической науке так же нельзя забывать о требованиях, которые устанавливает федеральный государственный образовательный стандарт начального общего образования к результатам обучающихся.

Анализ изученных источников позволяет выделить следующие познавательные умения:

Работать с учебниками и другими информационными источниками, такими как Интернет ресурсы, словари, справочники, дополнительная литература и т.д.;

Проводить наблюдения, моделирование, ставить простейшие опыты;

Работать с информацией, составлять схемы, таблицы, планы, графики;

Находить, перерабатывать и использовать нужную информацию;

Выводить новые знания, используя имеющуюся информацию.

Поскольку познавательные умения направлены на поиск, получение и преобразование информации, мы характеризуем их в рамках предметного обучения.

Познавательные умения необходимы для развития познавательной деятельности. Советские педагоги Н.К. Крупская и К.Д. Ушинский говорили о необходимости формирования познавательных умений и обучение в школе должно быть направлено не только на информирование учащихся, но и на формирование познавательных умений.

Любые умения формируются только в практической деятельности. Основной составляющей какой-либо деятельности является действие – процесс, подчинённый определённой цели, результату, который должен быть достигнут. Действия слагаются из операций, т.е. способов осуществления действия.

В процессе формирования познавательных умений выделяют следующие этапы: мотивационный, ориентировочный, исполнительский, контрольный.

Для успешного формирования умений необходимо учитывать не только этапы формирования, но и наметить систему упражнений и обучение.

По мнению многих исследователей реализация межпредметных связей и разнообразие форм организации учебных занятий ускоряет процесс формирования познавательных умений. Также способствует формированию познавательных умений исследовательский и проектный вид деятельности учащихся. В данной деятельности совершенствуются умения учиться и способности к организации своей деятельности - умение принимать, сохранять цели и следовать им в деятельности, планировать свою деятельность, осуществлять ее контроль и оценку, взаимодействовать с педагогом и сверстниками.

Анализ научных психолого-педагогических исследований свидетельствует о необходимости и возможности формирования познавательных умений. От успешности сформированных умений будет зависеть развитие личности младшего школьника.

Необходимо создавать условия для формирования познавательных умений, а так же реализовать в образовательной практике. Организация работы по формированию познавательных умений внесет большой вклад в решение планируемых результатов освоения основной общеобразовательной программы начального общего образования.

Список литературы:

1. Беликов В.А. Образование. Деятельность. Личность: Монография / В.А. Беликов – М.: Академия Естествознания, 2010. – 164 с.
2. Леонтьев А. H. Деятельность. Сознание. Личность / А.H. Леонтьев. – М.: Политиздат, 1975. – 115 с.
3. Половникова Н.А. Исследование процесса формирования познавательной деятельности школьников в обучении: дис. Н.А. Половниковой доктора пед. наук. – Казань, 1976. – 483 с.
4. Усова А. В. Формирование у учащихся общих учебно-познавательных умений в процессе изучения предметов естественнонаучного цикла: учебное пособие. - Челябинск: Факел, 1997. - 34 с.
5. Усова А. В., Бобров А. А. Формирование у учащихся учебных умений. - М.: Знание, 1987. -78 с.
6. Щукина Г.И. Активизация познавательной деятельности учащихся в учебном процессе. - М.,1979 г. - 250 с.
7. Федеральный государственный образовательный стандарт начального общего образования [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_96801/ (дата обращения: 20.03.2018)

Академик РАО А.В.УСОВА ,
Государственный педагогический университет,
г. Челябинск

Формирование учебно-познавательных умений
в процессе изучения предметов естественного цикла

Изучение предметов естественного цикла вызывает у многих учащихся большие затруднения. Причина заключается в неумении самостоятельно работать с учебником, самостоятельно ставить опыты и решать задачи. На вопрос «Что вы считаете необходимым сделать, чтобы улучшить успехи в изучении физики, химии, биологии?» более 30% опрошенных учащихся написали, что надо научить их самостоятельно работать.

Исследования, проведённые в конце 60-х гг. прошлого столетия психологами и дидактами, показали, что для успешного обучения необходима ориентация учителя не только на сообщение учащимся системы готовых знаний , но и на формирование у них системы познавательных умений и навыков : умения должны формироваться в процессе усвоения научных понятий, законов и теорий.

1. Познавательными называются умения, посредством которых человек приобретает знания самостоятельно. При определении состава таких умений следует исходить прежде всего из анализа основных источников знаний. По предметам естественного цикла (физике, химии, биологии) для учащихся основными источниками знаний являются учебники, наблюдения, опыты, измерения. Эти умения называют общими . Для их успешного формирования необходима целенаправленная и согласованная работа всего педагогического коллектива учебного заведения, чёткий и систематический контроль за деятельностью педагогов.

Понятие «общие учебные умения » не адекватно понятию «обобщённые умения ». Под первыми подразумевают умения общие для всех учебных дисциплин или для определённого цикла дисциплин. Это речевые умения, умения читать и писать (общие для всех дисциплин), измерительные, вычислительные и графические умения (общие для дисциплин естественно-математического цикла), умения наблюдать и ставить опыты (общие для дисциплин естественного цикла – физики, химии, биологии, природоведения, физической географии).

При определённых условиях и при использовании соответствующей методики общие учебные умения поднимаются до уровня обобщённых. Важной характеристикой обобщённого умения является свойство широкого переноса, сформированное на конкретном материале какого-либо предмета (например, физики) оно может быть использовано при изучении других предметов.

Исследования психологов (А.Н.Леонтьева, П.Я.Гальперина, Н.Ф.Талызиной ) показали, что все умения формируются только в деятельности . Под деятельностью понимают процесс взаимодействия с окружающим миром. Психологи по-разному классифицируют виды деятельности, но большинство выделяют познавательную деятельность (учение) и преобразовательную (труд). Главное, что отличает одну деятельность от другой, состоит в различии их предметов. Именно предмет деятельности придает ей определённую направленность.

Основной составляющей какой-либо деятельности является действие – процесс, подчинённый определённой цели, результату, который должен быть достигнут. Действия слагаются из операций, т.е. способов осуществления действия. Первоначально каждая операция формируется как действие, подчиненное определённой цели. Но затем оно может включаться в другое, более сложное по операционному составу действие, становясь одним из способов его выполнения, т.е. операцией. Например, ученик 1-го класса вначале учиться писать палочки, крючочки, кругляшки, и это для него составляет действие. Затем он переходит к написанию букв. Теперь написание букв является для него действием, а написание отдельных элементов букв – операциями. В дальнейшем от написания отдельных букв ученик переходит к действиям по написанию слов, расчленяемых на слоги. Теперь уже написание отдельных букв и слогов, из которых состоит слово, является операцией, и т.д.

При изучении физики ученик овладевает умением выполнять действие по включению амперметра в простейшую электрическую цепь. На этой основе ученик осваивает новое, более сложное действие – измерение силы тока в общей цепи и в отдельных ветвях параллельного соединения проводников, что позволяет ему сравнивать их, делать выводы о закономерностях этого соединения. Процесс же включения в цепь амперметра теперь для него является операцией.

Важнейшей частью психологического механизма действия является ориентировочная основа . Психологи различают три типа ориентировочной основы: действия и соответственно три ориентировки в задании. Каждый из них однозначно определяет результат и ход действия.

Ориентировочную основу первого типа составляют образы действия и его продукт. Никаких указаний на то, как нужно выполнять действие, не даётся. Ученики ищут пути выполнения задания «вслепую», методом проб и ошибок. В результате задание может быть выполнено, но действие, с помощью которого оно выполнено, остаётся неустойчивым: при изменении условий оно почти не работает.

Ориентировочная основа второго типа содержит не только образцы действий, но и все указания на то, как правильно выполнять их с новым материалом. В этом случае обучение идёт быстро, без ошибок. Ученик приобретает определённое умение анализировать материал с точки зрения предстоящего действия, и последнее обнаруживает заметную устойчивость к изменению условий и переносу на новые задания. Однако этот перенос ограничен наличием элементов, идентичных элементам уже освоенных знаний. Так в школах до сих пор выполняются фронтальные лабораторные работы по физике и химии: учитель указывает весь порядок выполнения лабораторной работы, показывает приёмы обращения с приборами. На долю учащихся остаётся репродуктивная деятельность воспроизведения показанных учителем действий и операций.

Ориентировочная основа третьего типа отличается тем, что здесь на первое место выступает планомерное обучение такому анализу новых заданий, который позволят опорные точки и условия правильного выполнения заданий. По этим указаниям формируются соответствующие действия. Учитель здесь должен создать такие условия, при которых ученик побуждается самостоятельно составлять ориентировочную основу действия и действовать по ней. В этом случае учащиеся допускают значительно меньше ошибок, причём встречаются они преимущественно на самом начальном этапе. Сформированное таким образом умение обнаруживает свойство широкого переноса на выполнение многих задач.

2. Для успешного формирования умений выполнять то или иное действие необходимо прежде всего самому учителю провести анализ структуры действия, чётко представить, из каких элементов (операций) складывается его выполнение. Выделив отдельные элементы (шаги), необходимо определить наиболее целесообразную последовательность их выполнения и наметить систему упражнений, обеспечивающих уверенное, почти автоматическое выполнение учащимися простых действий, затем организовывать их выполнение.

Выполнение сложных действий осуществляется по этапам. При обучении по третьему типу выделяют: мотивационную основу действия, ориентировочную, исполнительскую и контрольную. В процессе формирования обобщённых умений выделяют следующие этапы: осознание учащимися значения овладения умениями выполнить данное действие – мотивационная основа действия; определение цели действия; уяснение научных основ действия; определение основных структурных компонентов действия (операций), общих для широкого круга задач и не зависящих от условий, в которых выполняется действие (такие структурные компоненты выполняют роль опорных пунктов действия); определение наиболее рациональной последовательности выполнения операций, из которых складывается действие, т.е. построение модели (алгоритма) действия (путём коллективных и самостоятельных поисков); организация выполнения наибольшего количества упражнений, в которых действия учащихся подлежат контролю со стороны учителя; обучение учащихся методам самоконтроля; организация упражнений, требующих от учащихся умения самостоятельно выполнять данное действие (при изменяющихся условиях); использование данного умения при выполнении действия для овладения новыми, более сложными умениями в более сложных видах деятельности. Реализация межпредметных связей способствует повышению качества усвоения фундаментальных понятий, ускоряет процесс формирования познавательных умений и умений практического характера.

Можно, исходя из дидактической цели, выделить пять видов учебных умений: познавательные, экспериментальные, организационные, самоконтроль, оценочные. Рассмотрим методику формирования учебно-познавательных умений и прежде всего умения работать с печатным текстом, т.к. для учащихся книга (учебник, учебные пособия, справочная литература, дополнительная литература) является основным источником знаний, тем более что в условиях быстрого нарастания темпов научно-технического прогресса каждому человеку необходимо непрерывно пополнять и углублять свои знания.

Основные умения в работе с печатнымтекстом,
которые необходимо сформировать в указанных классах

3. Первостепенное значение работе с книгой придавала Н.К.Крупская. Она так формулировала правила этой работы: «...Первая задача при чтении – это уяснить себе и усвоить прочитанный материал. Вторая задача – продумать прочитанное. Третья – сделать из прочитанного необходимые для памяти выписки. И наконец, четвёртая задача – это дать себе ответ, чему новому научила прочитанная книга...» (Крупская Н.К. Избранные произведения. – М.: Просвещение, 1965). Эти правила сыграли большую роль на этапе самообразования. В 60-е гг. прошлого столетия появились первые публикации по вопросам методики формирования умения работать с книгой у учащихся средней школы (В.П.Есипов, А.В.Усова ) и студентов вуза (Е.Н.Голант ). Состав умений, которые нужно сформировать у учащихся в работе с книгой, представлены в таблице.

Умения 1–7 формируются, начиная с 1-го класса, однако у многих окончивших основную школу умения 4, 5 оказываются несформированными: дети нередко затрудняются с ответом на вопросы, предложенные в конце параграфа. Что касается ответов на предлагаемые учителем вопросы по содержанию материала параграфа учебника, большинство учащихся предпочитает буквальный пересказ текста. Попытки добиться выделения главного часто бывают тщетными, т.к., по мнению учащихся, «всё в тексте главное».

Ниже описывается разработана нами методика поэтапного формирования умения самостоятельно работать с учебной и дополнительной литературой, основанная на структурно-логическом анализе содержания предметов естественного цикла, что позволяет выделить в них в качестве общих основных взаимосвязанных структурных элементов знаний научные факты, понятия, законы и теории . На основе анализа новых научных фактов вводятся новые научные понятия. Законы выражают существенные связи между понятиями. Научные теории оперируют системами понятий, т.е. тоже выражают связи между понятиями, но связи более широкие, чем те, которые выражают законы.

Для выработки общего умения работать с учебной и дополнительной литературой знание структурных элементов имеет важное значение. Учащиеся 7-го класса к концу первого полугодия должны их знать и выделять в тексте, т.к. к этому времени они уже имеют понятие о молекулярно-кинетической теории, о законах (закон Паскаля, закон сообщающихся сосудов, закон Архимеда): у них уже сформирован целый ряд понятий (материя, вещество, масса, плотность вещества, сила, скорость, давление). Они знакомы с целым рядом научных фактов, на основе анализа которых вводились новые для них понятия, например, такие факты, как постоянство отношений массы данного вещества к его объёму (на этой основе вводится понятие плотности); равенство отношений отрезков пути, пройденного телом, ко времени (на этой основе вводится понятие равномерного движения и скорости равномерного прямолинейного движения).

Для выработки умения выделять в тексте элементы научных знаний надо систематически предлагать учащимся после прочтения нового параграфа вопрос: какие структурные элементы системы научных знаний содержатся в прочитанном тексте?

Также важно научить классифицировать понятия. Учащиеся должны знать основные группы естественнонаучных понятий: структурные формы материи – вещество и поле; свойства тел, вещества и полей; явления (физические, химические, биологические); величины, количественно характеризующие свойства тела и явления; приборы, машины, установки.

В старших классах (9–11-й) желательно выделить в самостоятельную группу особый класс величин, играющих особую роль в процессе научного познания, – фундаментальные физические постоянные. Общим для всех них является неизменность в определённых границах применимости, независимость от условий. Например, температура кипения жидкости зависит от рода вещества и от внешнего давления. От внешних условий зависит удельная теплоёмкость вещества, коэффициент трения и др., но значения скорости света в вакууме, элементарного электрического заряда не зависят от внешних условий. По современным данным, их значения постоянны для любой части Вселенной и не изменяются со временем. Такие величины принято называть фундаментальными, мировыми, универсальными.

Когда вводится то или иное понятие, надо подчёркивать, что оно характеризует, к какой группе относится. При изучении величин необходимо подчеркивать, что характеризует данная величина: какое свойство тел (веществ) или какое явление. Например: сила тока – величина , характеризующая явление (электрический ток), а сопротивление – величина , характеризующая свойство вещества.

Недостаточна только выработка умения определять в тексте основные элементы систем научных знаний, необходимо ещё и раскрыть общие требования к усвоению каждого из них, разъяснить, что нужно знать о структурных формах материи, о явлениях, о величинах, о законах, о теориях, и т.д., независимо от того, к какой области знаний они относятся.

Сформулированные рекомендации выписываются на плакаты или карточки. Многие учителя рекомендуют учащимся переписывать их в тетради, для чего в конце тетради отводятся 6–8 свободных страниц. Эти рекомендации выполняют роль планов обобщённого характера при изучении учебного материала и при построении ответов, потому что их структура не зависит от частных особенностей материала. Например, план изучения явлений является общим для физических, химических и биологических явлений. То же относится к планам изучения приборов, законов и теорий.

Ниже приводятся примеры планов обобщённого характера. Заметим сразу, что вводить их надо постепенно, при изучении соответствующих вопросов курса. План о явлениях – после того, как у учащихся уже будет некоторый опыт изучения явления, план о законах – после того, как учащиеся познакомятся с рядом законов, и т.д. Нежелательно давать планы в готовом виде. Гораздо полезнее организовать коллективную работу учащихся по их разработке: «Что значит “изучить явление”?», «Что значит “изучить закон”?» и т.п. Вспоминая ранее изучавшиеся понятия, законы, теории учитель постепенно в процессе беседы подводит учащихся к формулировке вопросов, затем эти вопросы располагаются в соответствии с логикой научного познания. По ходу беседы вопросы плана записываются на доске, а после того, как они все сформулированы, учитель рекомендует переписать в тетрадь и пользоваться ими при изучении нового материала, при подготовке домашнего задания, при опросе во время урока, при прослушивании ответов своих товарищей у доски, при объяснении материала учителем. учитель может преднамеренно опустить при объяснении материала какие-либо вопросы и обратиться к классу: «Все ли вопросы я раскрыл? Не забыл ли я что-либо?» ученики, заметив пропуски, напоминают о них. В таких случаях можно предложить найти ответ самим – в учебнике. Если кто-либо сразу изъявит желание ответить, такую инициативу необходимо всемерно поощрить и поддержать.

Во всех случаях использование планов обобщённого характера способствует активизации учебно-познавательной деятельности учащихся, делает работу с учебным текстом целенаправленной, глубоко осознанной и, что особенно важно, отучает от механического заучивания текста, от зубрёжки, вносит в учебную деятельность элемент творчества.

Примеры обобщённых планов (что нужно знать о...)

План изучения явлений

1. Внешние признаки явлений (признаки, по которым обнаруживается явление).

2. Условия, при которых протекает (происходит) явление.

3. Сущность явления, механизм его протекания (объяснение явления на основе современных научных теорий).

4. Определение явления.

5. Связь данного явления с другими (или фактора, от которых зависит протекание явления).

6. Количественные характеристики явления (величины, характеризующие явление, связь между величинами, формулы, выражающие эту связь).

7. Использование явления на практике.

8. Способы предупреждения вредного действия явления на человека и окружающую среду.

План изучения величин

1. Какое явление и свойство тел (веществ) характеризует данная величина.

2. Определение величины.

3. Определительная формула (для производной величины – формула, выражающая связь данной величины с другими).

4. Какая величина – скалярная или векторная.

5. Единица величины в СИ.

6. Способы измерения величины

План изучения законов

1. Связь между какими явлениями или величинами выражает данный закон?

2. Формулировка закона.

3. Koгда и кто впервые сформулировал данный закон?

4. Математическое выражение закона.

5. Опыты, подтверждающие справедливость закона.

6. Учёт и использование закона на практике.

7. Границы применения закона.

План изучения теорий

1. Опытные факты, послужившие основанием для разработки теории (эмпирический базис, основание теории).

2. Основные понятия теории.

3. Основные положения (постулаты, принципы или законы) теории, ядро теории.

4. Математический аппарат теории (основные уравнения).

5. Круг явления, объясняемых теорией.

6. Явления и свойства тел (частиц), выводы, предсказываемые теорией.

План изучения приборов

1. Назначение прибора.

2. Принцип действия прибора (какое явление или закон положен в основу работы прибора).

3. Схема устройства прибора (его основные части, их назначение).

4. Правила пользования прибором.

5. Область применения прибора.

Формирование умений измерять является одним из важных умений, общих для физики, химии, биологии и математики. Линейные размеры тел, площади, объёмы, температуры учащиеся измеряют уже в начальной школе при изучении математики и природоведения. В 5–8-м классах эти умения развиваются и дополняются более сложными – умениями измерить скорость, массу и вес тела, плотность вещества, силу тока, напряжение на участке цепи, электрическое сопротивление. Одни измерения являются прямыми (измерение линейных размеров тел, объёмов с помощью мензурки, температуры массы с помощью рычажных весов, веса с помощью пружинного динамометра, силы тока с помощью амперметра, напряжения с помощью вольтметра), другие – косвенными (например, скорость равномерного прямолинейного движения, определяемая как отношение пройденного пути ко времени, в течение которого пройден этот путь).

Можно предложить такую последовательность действий: определить по внешнему виду назначение прибора; выяснить верхний и нижний пределы измерения; определить цену деления шкалы прибора; выполнить упражнения – измерить, например, длину листа тетради, ширину тетради, температуру воздуха в классе, объём жидкости, налитой в мензурку, вес тела с помощью динамометра (упражнения по чтению шкалы прибора, определению цены деления шкалы прибора лучше делать сразу с несколькими приборами, чтобы дети усвоили общность выполняемых операций), для чего определить по шкале значение измеренной величины и определить точность измерения. Все измерения следует сопровождать соответствующими записями в тетрадях.

Формирование умений наблюдать и самостоятельно ставить опыты. Наблюдением называется преднамеренное и целенаправленное восприятие изучаемых объектов. На основе результатов наблюдений осуществляется сравнение, сопоставление изучаемых объектов, выявление в них главного, существенного. В сознании образуются представления, которые в последующем трансформируются в понятия. Л.В.Занков разработал развивающую методику наблюдения для учащихся 1-го класса . Мы разработали методику формирования умения наблюдать у учащихся 6–8-го классов. Наши предварительные исследования с Н.М.Беляковой, доцентом кафедры психологии ЧГПИ, показали, что, несмотря на большое количество наблюдений и опытов, которые предлагается выполнять учащимся в соответствии с учебными программами в процессе изучения курсов природоведения (в начальной школе), биологии, химии и физики, к моменту окончания средней школы они самостоятельно, без инструкций, в которых всё расписано детально, не могут выполнить ни наблюдение, ни опыт. Выяснилось, что дети приучены только к воспроизводящей (репродуктивной) деятельности. В связи с этим была выполнена целая серия исследований, направленных на разработку методики, обеспечивающей достижение более высокого уровня сформированности указанных умений. Эффективность её применения поэтапно проверялась М.Н.Беляковой в 4–5-м классах, затем А.А.Зиновьевым в 6–7-м классах и А.А.Бобровым в 8–10-м классах (по новой нумерации, в 9–11-м классах). Суть этой методики заключается в следующем.

B деятельности наблюдения и выполнения опытов выделяются основные операции и действия, не зависящие от частных особенностей материала, определяется логическая последовательность их выполнения. На этой основе совместно с учащимися вырабатывается алгоритмическое предписание (по нашей терминологии, обобщённый план деятельности ), обосновывается необходимость умения выполнять чётко, осознанно каждую операцию. На начальном этапе вырабатывается умение уверенно, грамотно выполнять отдельные операции, а затем рассматривается рациональная последовательность всех операций.

Структура деятельности по выполнению наблюдения: уяснение цели наблюдения; определение объекта наблюдения; создание необходимых условий для наблюдения, обеспечение хорошей видимости наблюдаемого явления; выбор наиболее выгодного для данного случая способа кодирования (фиксирования) получаемой в процессе наблюдения информации; проведение наблюдения с одновременным фиксированием (кодированием) получаемой в процессе наблюдения информации; анализ результатов наблюдений, формулировка выводов.

Структура деятельности по выполнению опытов: формулировка цели опыта; построение гипотезы, которую можно положить в основу; определение условий, которые необходимы для того, чтобы проверить правильность гипотезы; определение необходимых приборов и материалов; моделирование хода конкретного опыта (определение последовательности операций); выбор рационального способа кодирования (фиксирования) информации, которую предполагается получить в ходе эксперимента; непосредственное выполнение эксперимента – наблюдение, измерение и фиксирование получаемой информации (зарисовки, запись результатов измерений и т.д.); математическая обработка результатов измерений; анализ полученных данных; формулировка выводов из опытов.

Разумеется, процесс формирования у учащихся умения самостоятельно выполнять опыты начинается с выработки умения выполнять простейшие операции: выполнение измерений, включая чтение шкал приборов, определение цены шкалы прибора, его нижнего и верхнего пределов, измерение, отсчёт и правильная запись показаний приборов, определение погрешности измерения.

Необходима также предварительная выработка умения правильно пользоваться лабораторным оборудованием (штативами и принадлежностями к ним, источником энергии, подставками, подъёмными столиками и т.д.), соблюдать правила техники безопасности, фиксировать результаты наблюдений и измерений различными способами (рисунки, таблицы, графики, фотографии, киносъёмки, а в будущем и видеозапись).

Приведённый план деятельности является общим для всех опытов. Вначале он даётся в сокращённом виде в 8-м классе. До этого отрабатывается умение выполнять всё более сложные операции, и по мере овладения этим умением план деятельности по выполнению опытов расширяется, в него включаются такие пункты, как построение гипотезы, моделирование хода выполнения опыта, определение необходимых для этого приборов и материалов, умение использовать микрокалькулятор для выполнения расчётов, и т.д.

А.А.Бобров показал, что, если к концу обучения по традиционной методике в 8-м классе коэффициент выполнения операций составлял 0,33, а к моменту окончания средней школы возрастал лишь до 0,36, то в экспериментальных классах он достигал 0,56 (в школах № 31 и 147 Челябинска – до 0,72). Результаты этого предварительного эксперимента привели к предложению целесообразности расширить разработанный нами подход к формированию у учащихся экспериментальных и других учебно-познавательных умений на преподавание всех предметов естественного цикла. Такой эксперимент проводится сейчас при осуществлении межпредметных связей (физики, химии, биологии, математики) в школах № 80 и 102 г. Челябинска.

Большая роль в формировании учебно-познавательных умений, общих для цикла учебных дисциплин, отводится разнообразию форм организации учебных занятий (конференции, внутрипредметные и комплексные семинары, интегрированные уроки, практикумы, экскурсии) . В проводимом комплексном исследовании предусматривается выявление новых форм учебных занятий, активирующих учебно-познавательных возможностей учащихся, развитие их творческих способностей.

Литература

1. Психологический словарь./Под ред. Давыдова В.В., Запорожца А.В., Зинченко В.П. и др. – М.: Просвещение, с. 204–205.

2. Развитие учащихся в процессе обучения./Под ред. Занкова Л.В. – М.: АПН РСФСР, 1963.

3. Усова А.В. Дидактические функции различных форм учебных занятий по физике. – Физика в школе, 1987, №4.

4. Усова А.В. Система форм учебных занятий. – Советская педагогика, 1984, № 1.