Ķīmijas izglītība: mācīšanas metodes, mācīšanās un skolotāju izaicinājumi

Ķīmijas izglītība ir pētījums par ķīmijas mācīšanu un mācīšanos. Ķīmijas izglītības tēmas ietver izpratni par to, kā skolēni apgūst ķīmiju un kā vislabāk mācīt ķīmiju. Ķīmijas izglītības pētnieki cenšas uzlabot mācību rezultātus, uzlabojot mācību metodes un apmācot ķīmijas skolotājus. Pētnieki pēta daudzus mācīšanas veidus, tostarp lekcijas klasē, demonstrējumus un laboratorijas nodarbības.

Mācīšanas metodes

Ķīmijas mācīšanā izmanto plašu metožu klāstu, lai atbilstu dažādiem mācīšanās stiliem un mērķiem. Starp biežāk pētītajām un praksē izmantojamajām pieejām ir:

• Demonstrācijas un eksperimentēšana — vizuāli un praktiski parāda ķīmiskos procesus, attīsta empīrisku domāšanu un laboratoriskās prasmes.
• Laboratorijas nodarbības — praktiskas iemaņas, datu vākšana, analīze un drošības prasību izpilde.
• Inquiry-based (izpētes) mācīšanās — skolēni formulē jautājumus, plāno eksperimentus un izdarīt secinājumus, attīsta zinātnisko domāšanu.
• Aktīvā mācīšanās (piem., peer instruction, problēmrisināšana) — diskusijas, darba grupas un interaktīvi uzdevumi, kas uzlabo konceptu izpratni.
• Flipped classroom — lekciju saturs tiek apgūts mājās (video, lasāmviela), bet stundā fokusējas uz uzdevumiem un diskusijām.
• Simulācijas un virtuālās laboratorijas — noderīgas, ja trūkst materiālu vai drošības ierobežojumu dēļ; ļauj modelēt molekulārus procesus.
• Modelēšana un reprezentāciju apguve — atomāri-molekulārais, simboliskais un makroskopiskais skatījums (Johnstone trīs līmeņi) tiek sasaistīts mācību uzdevumos.

Mācīšanās un izpratne

Ķīmijas apguve bieži prasa pāreju starp trīs reprezentāciju līmeņiem: makroskopisko (redzami eksperimenti), molekulāri-atomu un simbolisko (vienādojumi, struktūras). Pētnieki uzsver, ka skolēni bieži saskaras ar konceptuālām kļūdām (piem., nepareiza izpratne par ķīmiskajām saitēm, reakciju ātrumu, massa saglabāšanu), kuru identificēšanai un koriģēšanai vajadzīgas īpašas pedagogiskas pieejas.

Svarīgas kompetences ķīmijas mācībās:

• priekšstatu diagnosticēšana un koriģēšana;
• argumentācija, datu interpretācija un zinātniskā pierādīšana;
• matemātiskās prasmes — steihiometrija, koncentrāciju aprēķini;
• valodas prasmes — ķīmijas termini un simbolika bieži prasa valodas atbalstu.

Laboratorijas darbs un drošība

Laboratorijas nodarbības ir centrālas ķīmijas izglītībā, jo tās ļauj sasaistīt teoriju ar praksi. Svarīgi aspekti ir:

• drošības kultūra un pareiza aprīkojuma izmantošana;
• eksperimentālā metode: hipotēze, kontrole, datu vākšana, kļūdu analīze;
• elektronisko datu-ierakstu un dataloggeru izmantošana, kas uzlabo datu apstrādi;
• virtuālo eksperimentu izmantošana, ja reālu eksperimentu īstenošana nav iespējama.

Vērtēšana un mācību resursi

Efektīva vērtēšana ietver gan formālo (testi, kontroldarbi), gan neformālo (klases diskusijas, laboratorijas ziņojumi) pieeju. Risinājumi:

• formative assessment — regulāra atgriezeniskā saite, lai koriģētu mācīšanos agrīnā stadijā;
• konceptuālie inventāri (concept inventories) — uzrāda dziļas izpratnes trūkumus;
• rubrikas laboratorijas darbam — skaidri kritēriji prasmju un datu interpretācijas vērtēšanai;
• atvērtie uzdevumi un projekti — veicina radošumu un pārgājienu pie reālas problēmu risināšanas.

Skolotāju izaicinājumi un risinājumi

Skolotāju trūkums ir globāla problēma. Pasaulē trūkst ķīmijas skolotāju. Tas ir tāpēc, ka cilvēki ar dabaszinātņu izglītību var iegūt labāk apmaksātu darbu ārpus pedagoģijas jomas. Ir grūti noturēt dabaszinātņu skolotājus. Tikai pēc 1999./2000. mācību gada Amerikas Savienotajās Valstīs mācības pameta vairāk nekā 45 000 matemātikas un dabaszinātņu skolotāju.

Galvenie izaicinājumi un iespējamie risinājumi:

• Atalgojums un karjeras ceļš: konkurētspējīga alga, skaidras profesijas attīstības iespējas un atbalsta struktūras var palīdzēt piesaistīt un noturēt skolotājus.
• Skolotāju sagatavošana un mācību prasmes: augstākās izglītības studiju programmās jāiekļauj vairāk pedagōģijas, mācīšanas prakses skolas vidē un skolotāju mentoru sistēmas.
• Profesionālā pilnveide: regulāras apmācības par jauniem mācību paņēmieniem, laboratorijas drošību un tehnoloģiju integrāciju.
• Indukcijas un mentoru programmas: atbalsts jauniem skolotājiem pirmajos gados — samazina izdegšanu un uzlabo prasmju pārnesi praksē.
• Partnerības ar industriju un universitātēm: iespējas praktiskai pieredzei, resursiem un kopprojektiem, kas padara mācību saturu aktuālāku.
• Fleksibilas sertifikācijas un alternatīvas programmas: ļauj speciālistiem no rūpniecības vai pētniecības iekļūt skolotāju rindās ar nepieciešamo pedagoģisko atbalstu.

Iekļaujoša un daudzveidīga mācīšana

Labs ķīmijas mācītājs spēj pielāgot mācību dažādu zināšanu līmeņu skolēniem un ņemt vērā sociālekonomisko, valodas un kultūras daudzveidību. Praktiskie soļi ietver diferenciāciju, vizuālus materiālus, tehnoloģiju izmantošanu un tostarp dzimumu stereotipu mazināšanu STEM jomā.

Tehnoloģiju loma

Tehnoloģijas paplašina mācību iespējas: interaktīvi simulācijas rīki, vizualizācijas programmas, virtuālās laboratorijas, mācību platformas un digitālie resursi palīdz izskaidrot molekulārus procesus un nodrošina piekļuvi bagātīgām mācību aktivitātēm. Jāizvērtē tehnoloģiju pedagogiskais pamatojums — rīks ir efektīvs, ja tas veicina izpratni, nevis tikai aizvieto tradicionālās aktivitātes.

Sekojoši ieteikumi skolotājiem un lēmumu pieņēmējiem

• ieguldīt skolotāju profesionālajā attīstībā un mentoru programmās;
• atbalstīt aktīvās un izpētes metodes, kas attīsta zinātnisko domāšanu;
• nodrošināt piekļuvi laboratorijas iekārtām, drošības apmācībām un digitālajiem resursiem;
• izveidot sadarbību starp skolām, augstskolām un industriju prakses un karjeras iespējām;
• ieviest formālākas sistēmas skolotāju noturēšanai, tostarp labāku atalgojumu un darba apstākļu uzlabošanu.

Ķīmijas izglītība ir dinamiska joma, kas apvieno teorētisku izpratni, praktiskas iemaņas un pedagoga mākslu pārvērst sarežģītas idejas saprotamā un motivējošā mācību procesā. Uzlabojot mācīšanas metodes, atbalstot skolotājus un integrējot jaunas tehnoloģijas, iespējams paaugstināt skolēnu interesi un sasniegumus ķīmijā.

Pārskats

Par ķīmijas izglītību var domāt dažādi. Viens no tiem ir praktiķa skatījums. Cilvēki, kas māca ķīmiju, definē ķīmijas izglītību ar savu darbību.

Citu definē ķīmijas pasniedzēju grupa (pasniedzēji un instruktori, kas koncentrējas uz mācīšanu, nevis ķīmijas pētniecību). Dr. Robert L. Lichter, toreizējais Camille and Henry Dreyfus Foundation izpilddirektors, uzstājoties plenārsēdē 16. biennāles konferencē par ķīmijas izglītību (nesenās BCCE sanāksmes: [1],[2]), uzdeva jautājumu, "kāpēc augstākās izglītības jomā vispār pastāv tādi termini kā "ķīmijas izglītotājs", ja šai darbībai ir pilnīgi cienījams termins, proti, "ķīmijas profesors". Viens no šā viedokļa kritikas punktiem ir tas, ka tikai nedaudzi profesori savā darbā izmanto formālo izglītību vai zināšanas par izglītību. Lielākajai daļai ķīmijas profesoru nav profesionāla skatījuma uz mācīšanas un mācīšanās centieniem. Viņi var nezināt par efektīvām mācīšanas metodēm un to, kā skolēni mācās.

Trešā perspektīva ir ķīmiskās izglītības pētniecība (CER). Pēc fizikas izglītības pētījumu (PER) parauga CER parasti izmanto teorijas un metodes, kas izstrādātas pirmsskolas izglītības zinātņu izglītības pētījumos, un piemēro tās, lai izprastu līdzīgas problēmas pēcvidusskolas vidē. (CER arī cenšas uzlabot ķīmijas mācības pirmskolā). Tāpat kā dabaszinātņu izglītības pētnieki, arī CER praktiķi mēdz pētīt citu mācīšanas praksi, nevis koncentrēties uz savu mācību praksi klasē. Ķīmiskās izglītības pētījumus parasti veic in situ, izmantojot cilvēkus no vidusskolām un pēcvidusskolām. Ķīmiskās izglītības pētījumos tiek vākti gan kvantitatīvi, gan kvalitatīvi dati. Kvantitatīvās metodes parasti ietver datu vākšanu, kurus pēc tam var analizēt, izmantojot dažādas statistikas metodes. Kvalitatīvās metodes ietver intervijas, novērojumus, dienasgrāmatu rakstīšanu un citas sociālo zinātņu pētniecībā izplatītas metodes.

Vecā fizikālās ķīmijas laboratorija, Kembridža, Anglija


Mācību laboratorija Singapūrā

Jautājumi un atbildes

J: Kas ir ķīmijas izglītība?

J: Kādas ir ķīmijas izglītības tēmas?

J: Kāds ir ķīmijas izglītības pētnieku mērķis?

J: Kādas mācību metodes pēta ķīmijas izglītības pētnieki?

J: Kāpēc trūkst ķīmijas skolotāju?

J: Kādas ir dabaszinātņu skolotāju trūkuma sekas?

J: Kā ķīmijas izglītības pētnieki palīdz risināt šo dabaszinātņu skolotāju trūkuma problēmu?

Meklēt pēc burta