Аналогичным образом мы модернизировали 7-й субтест методики Д. Векс-лера — шифровка: серия А — методика без изменений; серия В — необходимо закодировать предложенные цифры знаками химических элементов вразброс; серия С — элементы, объединенные периодической закономерностью; серия D — групповой. Выявлены те же закономерности: у более способных в химии студентов психомоторная скорость кодирования цифр знаками элементов, объединенных химической закономерностью, значимо выше. У менее способных студентов такой закономерности не наблюдается.
4. Существует ли «химическое мышление»?
Многие исследователи (К. Борецка 7 , М. А. Шаталов 8 Л. П. Очирова 9 и др.) считают, что особенностью химического мышления является установление причинно-следственных связей, подчеркивают творческий характер мышления химика. Если следовать логике психологов и химиков, отрицающих существование химического мышления, то лучше успевающие химики должны иметь более высокие показатели выполнения субтестов «причины» и «следствия» вербальной батареи Торренса и более высокий уровень творческих способностей, измеренных той же методикой. Разделим нашу выборку на две группы (в группе лучше успевающих студентов средний балл по всем химиям — более 4, 7 и в группе хуже успевающих — менее 4, 7) и проверим, существуют ли различия между испытуемыми данных групп по показателям методики Торренса.
Математический анализ показал отсутствие достоверных различий. Следовательно, можно полагать, что существует химическое мышление, в основе которого лежат специфические операционные механизмы, отражающие химическую форму движения материи.
Но более интересные данные были получены в результате качественного анализа 10 . Достаточно часто, но не у всех студентов, в невербальной батарее Торренса встречаются химические образы: химическая посуда (пробирки, колбы, воронки, мерные цилиндры, осушители), химические формулы и знаки, графики химических процессов (цикл Карно), гальванические элементы, электролиз и др. И нас особенно заинтриговало: чем же отличаются студенты, нарисовавшие и не нарисовавшие химические образы?
Математический анализ данных показал, что причиной появления химических образов является более высокий уровень дифференцированности когнитивных структур репрезентации предметных знаний, более высокий уровень специальных способностей химиков. Таким образом, появление «химических образов» в невербальной батарее Торренса может служить более надежным, чем успеваемость, критерием выявления потенциально способных химиков.
Мышление — «родовое» свойство человека, но не все люди — химики. В программу любой технической дисциплины входит набор обязательных предметов, среди которых имеется химия. Если эта дисциплина является частью «технического знания», то стоит ли выделять химическое мышление? Чем, например, мышление физика и математика отличается от мышления химика?
Венель характеризует различие между химиком и физиком следующим образом: «Химики — это достаточно изолированное и весьма немногочисленное сообщество со своим языком, законами и тайнами. Эти люди живут как бы в особом мире... Физики — рассматривают массы, силы… Химики же изучают вещества в их взаимосвязях. И если физические свойства можно точно измерить, то химические теории лишь приблизительны, предлагают различные принципы и концепции, которые заложены в самой природе или сформулированы при творческом озарении талантливого ученого». Например, принцип Пирсона: «Жесткие кислоты взаимодействуют с жесткими основаниями, а мягкие — с мягкими» практически не отличается от высказывания древнегреческого ученого Эмпедокла: «Итак, сладкое тянется к сладкому, горькое — к горькому, кислота — к кислоте, теплое — к теплу».
Для физика цвет окрашенных тел характеризует свойства поверхности пропускать или отражать те или иные лучи определенной длины волны. Для химика цвет окрашенных тел свидетельствует о присутствии в них определенного вещества, которое можно выделить в лаборатории. Качественный и количественный химический анализ основан на получении осадков или комплексов разной окраски с поэтическими названиями: «цвет чайной розы», «берлинская лазурь», «турнбулева синь». И даже в яшме, окраска которой кажется не отделимой от нее, химик может выделить «виновное» вещество по методу Бехера.
У химиков свой язык 11 , свои основополагающие принципы (попробуйте сформулировать периодический закон Д. И. Менделеева в виде формулы!), свои тайны взаимодействия, своя логика и мышление. Вспомним «путь познания» проводимости в кристаллах со сверхструктурой. Физики пишут огромные гамильтонианы, не забыв ни про одну мелочь, затем методом последовательных приближений избавляются от нерешаемых дифференциальных уравнений и получают тензор попроще, который легко сможет решить любой суперкомпьютер за пару триллионов лет. Химиков не устраивает ненаглядное представление об изучаемых явлениях: они и придумывают различного рода поляроны, синтоны…
Для химиков-органиков низкий уровень развития пространственного восприятия, зрительной логики является непростительным, поскольку необходим «наглядный контроль» за всеми взаимодействиями: «Два фактора определяют ход большинства реакций в органической химии — это взаимодействие зарядов и орбитальное соответствие…» 12 Физики и химики смотрят на проблемы по-разному, но их теории не противоречат друг другу.
Для выявления различий между математиками и химиками рассмотрим решение следующей задачи: Какой объем углекислого газа выделится при обработке 15 г карбоната кальция избытком раствора соляной кислоты?
| V(CO2) — ? | Решение. Составим схему задачи. |
| M(CaCO3) = 100 г/моль m(CaCO3) = 15 г | 1. Напишем уравнение реакции: СaCO3 + 2 HCl = CaCl2 + CO2 + H2O. 2. По уравнению реакции: из 100 г СaCO3 получается 22, 4 л CO2, из 15 г СaCO3 — х л CO2 3. Какой объем углекислого газа выделится при обработке 15 г карбоната кальция избытком раствора соляной кислоты? Составим пропорцию: 100 г/15 г = 22, 4 л /х л Получаем: V (CO2) = 22, 4 [л] x 15[г]/100 [г], V (CO2) = 3, 36 л. Ответ: 3, 36 л углекислого газа выделится при обработке 15 г карбоната кальция избытком раствора соляной кислоты. |
И в химии и в математике используется принцип пропорциональности, сформулированный еще Платоном: огонь относится к воздуху, как воздух к воде и как вода к земле. Но в химии механизм решения задач опосредован логикой качественно-количественных взаимоотношений между компонентами пропорции, обусловленных природой реагирующих веществ (1 и 2 действия). Поэтому в правой и левой частях пропорции мы видим разные физические размерности — объем и масса, что в математике недопустимо (и что вызывает большие трудности в решении данной задачи математиками, так как им трудно понять логику и причину качественно-количественных взаимодействий). Следует ли из этого, что представленная задача решена неверно? Конечно, нет, поскольку данное действие — перевод в одну размерность — у химиков осуществляется в свернутом виде. Из уравнения реакции (первое действие) видно, что:
| Из одной молекулы СаСО 3 | образуется | одна молекула СО 2 |
| Следовательно, из одного моль СаСО3 | образуется | один моль СО2 |
| Один моль СаСО3 имеет массу, равную 100 г | один моль СО2 занимает объем, равный 22, 4 л | |
| Следовательно, из 100 г СаСО 3 | можно получить | 22, 4 л СО 2 |
Примечание. 1 моль — это 6, 02 · 1023 частиц.
Следующий момент, который следует отметить. В химии существуют материальные реальности, которые могут принимать только целые значения, такие как атом, молекула и др. Не существует 1/3 атома или 1/5 молекулы. Использование дробных чисел применительно к данным реальностям приводит к уничтожению их сущности.
Действие вышеописанных стереотипизированных процессов отчетливо проявляется при решении задачи 14 арифметического субтеста Векслера: 8 человек могут закончить работу за 6 дней. Сколько человек потребуется, чтобы закончить эту работу за полдня?
Рассмотрим типовые ошибки или логику решения данной задачи студентом-химиком в условиях ограничения времени:
| 1 действие: | на 6 дней — 8 человек, на 0, 5 дня — х человек. |
| 2 действие: | 6 дней/0, 5 дня = 8 человек/ х человек |
| Получаем: | х человек = 8 · 0, 5/6 , х = 2/3 человека. |
Испытуемый: чушь какая-то, не может быть 2/3 человека, задача составлена неверно… Или эта задача не на пропорцию? Ой, да тут другая логика решения задачи!.. Если бы не увидел дробное число человека, так бы и подумал, что правильно. Не подумал, вот и стал решать, как в химии мы решаем…
Как мы видим, для того чтобы решить данную задачу правильно, студенту-химику необходимо «выйти за пределы» стереотипизированных психических процессов, сформированных в профессиональной деятельности.
5. Существуют ли «химические способности»?
Для доказательства существования тех или иных способностей часто прибегают к факторному анализу. По нашему глубокому убеждению, факторный анализ — это лишь один из способов сокращения данных для более удобной интерпретации, и поэтому использовать только факторный анализ для доказательства существования тех или иных способностей нецелесообразно. Более того, пока еще не разработаны четкие и однозначные критерии деления на более способных и менее способных в химии. В нашем исследовании такими критериями были: 1) средняя оценка успеваемости по химиям; 2) отображение химических образов в невербальной батарее Торренса.