Химический элиас и морской бой для электронных конфигураций: как и зачем сотрудник SCAMT разрабатывает обучающие игры

Химия, физика, биология  науки, которые в школах и университетах большинству приходится просто зазубривать, чтобы сдать экзамены. Системное понимание основных концептов и процессов обычно приходит лишь некоторым школьникам и студентам. Однако проблема здесь не в том, что кому-то «дано» или «не дано» заниматься естественными науками — сами методы обучения ориентированы не на понимание, а на зазубривание. Бороться с этим можно и нужно, уверен новый преподаватель Научно-образовательного центра химического инжиниринга и биотехнологий Университета ИТМО Михаил Курушкин. И тогда стать кандидатом наук по химии может даже тот, кто едва дотягивал до тройки по предмету в одном из классов школы, что подтверждается личным примером самого Михаила. Он разработал и уже применяет на практике интерактивные методики в обучении студентов, которые основаны на играх, схематичном представлении информации, диалоге, применении средств виртуальной реальности. О своем видении идеального процесса обучения химии и о том, как благодаря правильному подходу можно освоить любую науку, он рассказал ITMO.NEWS.

Химическое образование в школе неактуально и декларативно

Я окончил гимназию с углубленным изучением английского языка, которым начал заниматься еще в пять лет. В школе каких-либо предпосылок к тому, чтобы я стал ученым, да еще и в области химии, не было вообще. Более того, поначалу я совсем не успевал по химии. Сейчас, оглядываясь назад, я понимаю, что образование в области химии в школах неактуально и декларативно, в нем слишком много аксиоматического. Меня много вынуждали просто заучивать, зазубривать, в подаче материала не было какой-то системности, чтобы можно было выстроить все в логическую цепочку. Поэтому когда начались занятия по составлению уравнений реакций, я вообще не мог понять, как это делать, как это работает, почему нужно делать так, а не иначе. 

Поэтому пришлось ходить заниматься к репетитору. И мне очень повезло: я попал к человеку, который преподавал химию с совершенно другого ракурса. Он начал с самых азов, с электронного строения атома. И на эту основу он постепенно накладывал новые знания, которые были связаны между собой. Благодаря ему я не просто «подтянулся» по химии, но и сдал экзамен по предмету на высший балл. Его зовут Сергей Леонидович Королёв, и мы до сих пор общаемся.

Университеты должны заниматься рекрутингом лучших выпускников

Ко времени, когда я оканчивал школу, тогда еще ни один университет не занимался рекрутингом лучших выпускников. И это очень удивляло моих родителей, например. Ведь даже если подумать логически: государство вкладывается в школьное образование детей, так почему бы не отбирать лучших и не давать им все возможности продолжать обучение в вузах, где они смогут проявить себя, чтобы затем работать в важных для государства областях?

Я поступил на факультет технологии исследования материалов Политехнического университета с третьей попытки по результатам математической олимпиады. Дело в том, что надо было показать очень высокие результаты, и с третьего раза мне удалось сдать тест на высший балл благодаря репетитору математики из ФТШ и Политеха Анисину Альберту Зиновьевичу, с которым мы также до сих пор общаемся. Поэтому я мог выбирать направление подготовки и выбрал наноматериалы (слово понравилось). Тогда это не было так популярно, как сейчас. И по иронии судьбы оказалось, что именно по этому профилю подготовки было самое большое количество занятий химией на всем факультете. Так, прообраз авторской обучающей программы по химии у меня появился еще на третьем курсе вуза, когда я стал всерьез задумываться над тем, как проектировать содержание дисциплины «Химия» через постепенное расширение контекста.

Михаил Курушкин
Михаил Курушкин

Далеко не во всех вузах открыты к новым интерактивным методам обучения

Регулярно преподавать я начал еще со второго курса аспирантуры Политехнического университета, и примерно в это же время у нас начались занятия по педагогике. Благодаря своему преподавателю педагогики Елене Борисовне Гулк, с которой мы до сих пор дружим, я получил необходимый понятийный аппарат в области педагогики. Я начал исследовать педагогику как науку, разбираться, как улучшить качество образования. Постепенно я стал пробовать внедрять какие-либо интерактивные методы обучения на занятиях со студентами: старался больше визуализировать материал, придумывал различные игры. К сожалению, я не встречал отклика у коллег на эти попытки сделать процесс образования лучше — далеко не во всех вузах готовы к инновациям в образовании.

И дело не только в людях: пока некоторая архаичность в образовании заложена на уровне системы и менталитета. Например, когда я понял, что хочу доносить до педагогического сообщества в России различные новые методики, в том числе созданные мной, оказалось, что в нашей стране нет какого-либо научного журнала, где обсуждаются эти проблемы. Но такой журнал есть в мире — это Journal of Chemical Education Американского химического сообщества. Я поставил для себя цель опубликовать статью в этом журнале, что и сделал в  марте 2015 года.

Весной того же года я получил сертификат о переподготовке на инженерного педагога, что позволяло мне преподавать химию уже на профессиональном уровне. Наличие этого диплома в совокупности с дипломом инженера и годом педагогической деятельности позволяет претендовать уже на звание Международного инженерного педагога (Ing.Paed.IGIP). То есть к концу обучения в аспирантуре у меня было уже три реальных квалификации: кандидат химических наук, международный инженерный педагог, инженер по наноматериалам. Все это нужно было и хотелось применять на практике.

Источник: pubs.acs.org
Источник: pubs.acs.org

Морской бой, элиас и мнемотехника в изучении химии

Первая статья посвящена мнемотехнике запоминания того, как металлы взаимодействуют с азотной кислотой с получением пяти разных веществ. Для этого используется схематичная запись, которую можно визуализировать с помощью левой руки. Необходимость создания такой техники возникла из практики: я преподавал химию студентам самых разных направлений подготовки, у которых дисциплина велась только один семестр. Поэтому времени на то, чтобы как-то освоить предмет, было мало — приходилось изобретать новые и удобные студентам мнемотехники. И они дали свои результаты в виде более высокого качества знаний у обучающихся.

Я регулярно занимался тем, что вводил новые интерактивные методики в образовании. В том же, 2015 году вышла статья о разработанной мной диаграмме, по которой можно было объяснять правила Хунда и Маделунга в квантовой химии. В следующем году вышла статья про орбитальный морской бой, игру, которая также помогает разобраться и понять эти правила, закрепить знания о написании электронных конфигураций. В игре в качестве координат для выстрела выступают квантовые числа, а стрелять нужно по электронам. Обычно после 10 партий игры студенты отлично запоминают информацию и могут применять ее в дальнейшей теории. Кроме того, игра хороша тем, что для ее использования не требуется ничего, кроме бумаги. Кстати, эту методику я уже внедрял в образовательном центре «Сириус» в Сочи в форме ассоциативного диалога.

Для проверки знаний химической номенклатуры у студентов я с коллегой разработал игру «Химический элиас» по аналогии с существующей карточной игрой. Так, один студент называет химические вещества, а другой — соответствующие химические формулы. Игра помогает не только лучше запомнить номенклатуру, но и в случае необходимости освежать знания веселым способом в соревновательном ключе, что стимулирует студентов лучше запоминать.

Игра «Химический элиас». Источник: pubs.acs.org
Игра «Химический элиас». Источник: pubs.acs.org

У меня уже вышла одна статья и в качестве сотрудника Университета ИТМО, в ней мы с братом описали диаграмму, которая позволяет не зазубривать характеристики оксидов различных элементов, а высчитывать их по определенной математической формуле. То есть ее можно применять и на известные оксиды, и на те, с которыми сталкиваешься впервые.

Эксперимент с использованием VR в изучении химии

Также здесь, на базе Научно-образовательного центра химического инжиниринга и биотехнологий, мы попробовали применить во время лекции виртуальную реальность, в которой студенты собирали изотопы из протонов и нейтронов. Обычно как-либо визуализировать строение атома, кроме как с помощью компьютерного моделирования, очень сложно. А здесь обучающиеся смогли «потрогать» и «увидеть» атомы в виртуальной реальности.

Для этого занятия мы использовали оборудование и ПО, предоставленное компанией MEL Science. Создатель и CEO компании Василий Филиппов подарил нашему кластеру лицензию на 28 лекций и лабораторных работ по химии в виртуальной реальности. Этот материал соответствует высоким стандартам качества. Поэтому сейчас мы активно тестируем методику, эффективность которой опишем в отдельной статье. А с сентября, вероятно, внедрим ее в образовательный процесс уже на постоянной основе.

О других важных принципах преподавания и о работе в SCAMT

В целом, я стараюсь строить все лекции на непрекращающемся диалоге между мной и студентами. У меня всегда подготовлены слайды для занятия, но мы со студентами можем немного отклониться от этой канвы, обсудить возникающие вопросы философского, научно-исследовательского характера. По необходимости прямо на занятии я могу пользоваться интернетом, чтобы найти актуальное видео, схему. В диалоге я сам, как преподаватель, становлюсь лучше, так как понимаю, что еще нужно рассказывать студентам, что им интересно, какие у них возникают проблемы с пониманием материала. Также мы активно используем диаграммы связей, по-английски mind-map, благодаря которым у обучающихся выстраиваются логические связи между понятиями и концептами. После занятия я могу рассылать студентам дополнительный материал.

Также я считаю, что любой преподаватель должен регулярно обновлять свои знания в области научных интересов, чтобы давать студентам не устаревшую информацию, а оперировать свежими данными. И прививать им актуальное мировоззрение на предметную область, по которой они обучаются. Ведь как можно внедрять инновационные методики обучения или исследований, если вы используете архаичные инструменты? И конечно, не стоит одинаково преподавать химию для обучающихся из разных научных областей. Для физиков нужна одна информация, для биологов — другая. И это еще одна причина, по которой нужно постоянно обновлять свои знания в самых разных ответвлениях химии.

Научно-образовательный центр химического инжиниринга и биотехнологий
Научно-образовательный центр химического инжиниринга и биотехнологий

Здесь, в химико-биологическом кластере, я вижу отличную базу для того, чтобы действительно реализовывать инновационные подходы в образовании. Мои руководители открыты новому и поддерживают меня в стремлении применять новые концепты в обучении. Это соответствует статусу SCAMT как лаборатории действительно международного уровня.

Редакция новостного портала
Архив по годам:
Пресс-служба