Аннотация. Қазіргі білім беру жүйесінде оқушының дайын ақпаратты меңгеруімен қатар, оны өздігінен іздеу, талдау, салыстыру, ғылыми болжам жасау, тәжірибе жүргізу және алынған нәтижелерді дәлелді түрде түсіндіру қабілеттерін қалыптастыруға ерекше мән берілуде. Бұл міндет химия пәнін оқыту барысында зерттеушілік дағдыларды жүйелі дамыту қажеттілігін арттырады. Химия – теориялық білім мен эксперименттік әрекетті өзара байланыстыратын, табиғаттағы құбылыстардың себеп-салдарлық байланыстарын анықтауға мүмкіндік беретін пән. Сондықтан оқушылардың химиялық құбылыстарға ғылыми тұрғыдан қарап, мәселе қоя білуі, гипотеза ұсынуы, эксперимент жоспарын құруы, деректерді өңдеуі және қорытынды жасауы маңызды. Осы үдерісте жасанды интеллект технологияларын тиімді қолдану мұғалімге оқытуды дараландыруға, зерттеу тапсырмаларын құрастыруға, эксперимент нәтижелерін талдауға, оқушылардың сұрақтарына жедел кері байланыс беруге және олардың ғылыми ізденіске деген қызығушылығын арттыруға мүмкіндік береді. Мақалада жасанды интеллект құралдарын химия сабағында қолдану арқылы оқушылардың зерттеушілік дағдыларын қалыптастырудың педагогикалық мүмкіндіктері қарастырылады. Сонымен қатар жасанды интеллектіні зерттеу сұрағын құру, болжам жасау, виртуалды эксперименттерді ұйымдастыру, деректерді талдау, ғылыми мәтінмен жұмыс істеу және нәтижелерді бағалау барысында қолдану жолдары сипатталады. Жасанды интеллектіні дайын жауап алудың құралы ретінде емес, оқушының ойлау, талдау және зерттеу әрекетін жетілдіретін көмекші құрал ретінде пайдалану қажеттілігі негізделеді.
Қазіргі қоғамның технологиялық дамуы білім беру жүйесіне жаңа талаптар қойып отыр. Бұрын мектептегі білім берудің негізгі мақсаты оқушыға белгілі бір көлемде пәндік ақпарат беру болса, бүгінгі таңда оқушының алған білімін нақты жағдайда қолдана білуі, мәселені әртүрлі қырынан талдауы, ақпарат көздерінің сенімділігін бағалауы және өз көзқарасын ғылыми дәлелдер негізінде қорғауы маңызды болып отыр. Әсіресе жаратылыстану пәндерінде оқушының зерттеушілік мәдениетін қалыптастыру білім сапасының негізгі көрсеткіштерінің біріне айналды. Себебі ғылыми-технологиялық өзгерістер жылдам жүріп жатқан заманда мектепте меңгерілген дайын ақпараттың өзі уақыт өте жаңарып отырады. Ал ақпаратпен жұмыс істеу, мәселе анықтау, эксперимент жүргізу, нәтиже шығару сияқты әмбебап дағдылар оқушының болашақ оқуында және кәсіби қызметінде ұзақ уақыт маңызын жоғалтпайды.
Химия пәні оқушылардың зерттеушілік дағдыларын дамытуға кең мүмкіндік береді. Химиялық тәжірибе жүргізу барысында оқушы белгілі бір құбылысты жай ғана бақыламайды, оның пайда болу себебін анықтауға талпынады. Мысалы, реакция жылдамдығына температураның әсерін зерттеу кезінде оқушы «Температура жоғарылаған сайын химиялық реакцияның жылдамдығы неліктен артады?» деген мәселені қарастырады. Одан кейін болжам ұсынады, айнымалыларды анықтайды, тәжірибе жоспарын құрады, өлшеу жұмыстарын орындайды, нәтижелерді салыстырады және қорытынды жасайды. Осындай қарапайым зерттеу жұмысының өзінде ғылыми танымның бірнеше кезеңі жүзеге асады. Демек, химия сабағында зерттеушілік әрекетті жүйелі ұйымдастыру оқушының тек пәндік білімін емес, логикалық ойлауын, деректермен жұмыс істеуін, дәлел келтіруін және шешім қабылдау қабілетін де дамытады.
Оқушының зерттеушілік дағдысы бір ғана зертханалық жұмысты орындау арқылы қалыптаспайды. Ол ұзақ мерзімді және мақсатты педагогикалық жұмысты қажет етеді. Зерттеушілік әрекеттің бастапқы кезеңінде оқушы мұғалім ұсынған сұрақтарға жауап іздеп, дайын алгоритм бойынша тәжірибе орындауы мүмкін. Кейін ол тәжірибенің мақсатын өздігінен анықтауға, зерттеу сұрағын құрастыруға, бірнеше болжамның ішінен негіздісін таңдауға және зерттеу әдістерін ұсынуға үйренеді. Жоғары деңгейде оқушы мәселені өзі анықтап, зерттеудің толық жоспарын құрып, алынған нәтижелердің шектеулерін талдап, жаңа зерттеу сұрақтарын ұсына алады. Осы дамудың әр кезеңінде мұғалім тарапынан тиісті қолдау қажет. Жасанды интеллект осындай қолдауды ұйымдастыруда тиімді цифрлық құралдардың бірі бола алады.
Жасанды интеллект ұғымы адамның ойлау әрекетіне тән белгілі бір міндеттерді компьютерлік жүйелер арқылы орындауға мүмкіндік беретін технологиялардың жиынтығын білдіреді. Қазіргі уақытта мәтінді талдайтын және құрастыратын генеративті жасанды интеллект жүйелері, интеллектуалды білім беру платформалары, виртуалды зертханалар, мәліметтерді талдау бағдарламалары және бейімделген оқыту жүйелері білім беру саласында кеңінен қолданылуда. Мұндай технологиялар химия пәнін оқытуға да жаңа мүмкіндіктер әкеледі. Мысалы, оқушы белгілі бір химиялық құбылыс туралы зерттеу сұрағын жасанды интеллект көмегімен нақтылай алады, эксперимент барысында алынған мәліметтерді кестеге түсіріп, олардың арасындағы байланысты талдай алады немесе химиялық үдерістің моделін виртуалды ортада зерттей алады.
Дегенмен жасанды интеллектіні білім беру үдерісіне енгізудің басты мақсаты мұғалімді алмастыру немесе оқушыға дайын жауап ұсыну болмауы тиіс. Егер оқушы әрбір тапсырманың жауабын жасанды интеллектіден дайын күйінде алып, оны талдаусыз көшіретін болса, технология зерттеушілік қабілетті дамытудың орнына оқушының өздігінен ойлау белсенділігін төмендетуі мүмкін. Сондықтан химия пәні мұғалімі жасанды интеллектіні оқушының ойлауына бағыт беретін, сұрақ қоюға жетелейтін, бірнеше нұсқаны салыстыруға көмектесетін және зерттеу нәтижесін тексеруге мүмкіндік беретін интеллектуалды серіктес ретінде қолдануы қажет. Мұндай тәсілде негізгі шешімді жасанды интеллект емес, оқушының өзі қабылдайды.
Химия сабағында зерттеушілік әрекеттің маңызды кезеңдерінің бірі – зерттеу мәселесі мен зерттеу сұрағын дұрыс анықтау. Көп жағдайда оқушылар тақырыпты түсінгенімен, нақты зерттеу сұрағын құрастыру кезінде қиындыққа кездеседі. Мысалы, оқушы «Қышқылдар туралы зерттеймін» деп жалпы тақырыпты ғана айтуы мүмкін. Мұғалім жасанды интеллектіні пайдалану арқылы оқушыға бұл тақырыпты нақты зерттеу сұрақтарына айналдыруды ұсына алады. Жасанды интеллект «Әртүрлі концентрациядағы тұз қышқылының магниймен әрекеттесу жылдамдығы қалай өзгереді?», «Температура қышқыл мен металдың реакция жылдамдығына қандай әсер етеді?» немесе «Әртүрлі металдардың қышқыл ерітінділерімен әрекеттесу белсенділігі қалай салыстырылады?» тәрізді зерттеуге болатын сұрақтардың бірнеше нұсқасын ұсынуы мүмкін. Бірақ оқушы сол сұрақтардың ішінен зертхана жағдайында тексеруге болатын, қауіпсіз және оқу мақсатына сәйкес келетін сұрақты өзі таңдауы керек.
Бұл жерде мұғалімнің бағыттаушы қызметі ерекше маңызды. Оқушы жасанды интеллект берген сұрақтардың барлығын дұрыс деп қабылдамай, олардың ғылыми тұрғыдан қаншалықты негізді екенін бағалауы қажет. Мысалы, зерттеу сұрағының құрамында өзгертілетін тәуелсіз айнымалы, өлшенетін тәуелді айнымалы және тұрақты сақталатын шарттар анық болуы тиіс. Осындай талдау барысында оқушы зерттеу сұрағын ғылыми талапқа сәйкес құруға үйренеді. Мұғалім «Бұл сұрақты тәжірибе арқылы тексеруге бола ма?», «Нені өзгертеміз?», «Нені өлшейміз?», «Қандай жағдайларды тұрақты ұстаймыз?» деген бағыттаушы сұрақтар беру арқылы зерттеудің логикалық құрылымын қалыптастырады.
Зерттеудің келесі маңызды кезеңі – гипотеза жасау. Гипотеза жай ғана болжам емес, белгілі бір теориялық білімге сүйене отырып ұсынылатын ғылыми пайымдау. Мәселен, оқушы реакция жылдамдығына температураның әсерін зерттейтін болса, «Температура жоғарылаған сайын реакция жылдамдығы артады» деген болжам ұсына алады. Бірақ зерттеушілік тұрғыдан оның «неліктен?» деген сұраққа да жауап беруі маңызды. Бұл жағдайда оқушы бөлшектердің кинетикалық энергиясы артып, тиімді соқтығысу саны көбейетінін түсіндіруі қажет. Жасанды интеллект оқушыдан гипотезаны ғылыми теория негізінде дәлелдеуді талап ететін сұрақтар құрастыру үшін пайдаланылуы мүмкін. Мысалы, оқушы өзінің болжамын жүйеге енгізіп, «Бұл гипотезаны қандай химиялық теориялар арқылы түсіндіруге болады?» немесе «Менің болжамымның әлсіз тұстарын көрсет» деген тапсырма бере алады. Осылайша жасанды интеллект оқушының бастапқы ойын кеңейтіп, ғылыми дәлел іздеуіне ықпал етеді.
Жасанды интеллектінің тағы бір маңызды мүмкіндігі – зерттеу жоспарын әзірлеуге қолдау көрсету. Химиялық экспериментті жоспарлау барысында реактивтерді таңдау, құрал-жабдықтарды анықтау, өлшеу ретін белгілеу, қауіпсіздік талаптарын сақтау, бақылау және айнымалы шамаларды ажырату қажет. Оқушыға толық дайын нұсқаулық ұсынудың орнына жасанды интеллект арқылы жоспарды сын тұрғысынан талдатуға болады. Мысалы, оқушы өзі құрастырған тәжірибе жоспарын енгізіп, «Бұл экспериментте қандай айнымалыларды тұрақты сақтауым керек?», «Нәтиженің сенімділігін арттыру үшін қандай өзгеріс енгізуге болады?» немесе «Тәжірибедегі ықтимал қателік көздерін анықта» деген сұрақтар бере алады. Осы әдіс оқушының эксперименттік жоспарлау сапасын арттыра отырып, зерттеу жұмысындағы қателіктерді алдын ала болжауға үйретеді.
Химия пәнінде қауіпсіздік мәселесі кез келген зерттеу әрекетінің ажырамас бөлігі болып табылады. Сондықтан жасанды интеллект ұсынған эксперименттік нұсқауларды мұғалім міндетті түрде тексеруі қажет. Жасанды интеллект кей жағдайда нақты мектеп зертханасының мүмкіндігін, қолданылатын реактивтердің концентрациясын немесе жас ерекшелігіне қойылатын қауіпсіздік талаптарын толық ескермеуі мүмкін. Сол себепті тәжірибелік жұмыстарда мұғалімнің кәсіби шешімі негізгі орында қалуы тиіс. Оқушыларға да жасанды интеллект берген ақпараттың автоматты түрде шынайы және қауіпсіз болып саналмайтынын түсіндіру қажет. Бұл тәсіл оқушылардың цифрлық сауаттылығымен қатар, ақпаратты сын тұрғысынан бағалау қабілетін қалыптастырады.
Зерттеушілік дағдының тағы бір маңызды құрамдас бөлігі – бақылау және деректерді тіркеу. Химиялық эксперимент барысында түс өзгеруі, газ бөлінуі, тұнба түзілуі, температураның өзгеруі, реакцияның жүру уақыты сияқты әртүрлі көрсеткіштер бақыланады. Оқушы бақылау нәтижесін нақты, объективті және жүйелі түрде жазып үйренуі керек. Мысалы, «ерітінді әдемі көк түске айналды» деген субъективті сипаттаманың орнына «ерітіндінің түсі түссізден көк түске өзгерді» деген ғылыми сипаттама қолданылуы қажет. Жасанды интеллект оқушылар жазған бақылау мәтіндерін салыстырып, олардың қайсысы ғылыми стильге сәйкес екенін анықтауға немесе бақылау мен қорытындының айырмашылығын түсіндіруге көмектесе алады. Бұл оқушылардың ғылыми тілді сауатты пайдалануына және эксперимент нәтижесін дәл сипаттауына жағдай жасайды.
Сонымен қатар жасанды интеллект химиялық деректерді өңдеу кезінде де пайдалы. Зерттеу нәтижесінде алынған сандық көрсеткіштерді кестеге түсіру, орташа мәнін анықтау, график құру және тенденцияларды табу оқушы үшін кейде күрделі болуы мүмкін. Интеллектуалды құралдарды пайдалану арқылы деректерді визуализациялау оқушыға өзгермелі шамалардың арасындағы байланысты анық көруге көмектеседі. Бірақ мұнда да негізгі мақсат графикті автоматты түрде алу емес, оның мағынасын түсіндіру болып табылады. Оқушы графиктің не көрсетіп тұрғанын, қандай заңдылық байқалатынын, ерекше ауытқулардың себебі неде болуы мүмкін екенін түсіндіруі қажет. Осы жағдайда жасанды интеллект оқушының талдауына кері байланыс беріп, қосымша сұрақтар қою арқылы оның зерттеушілік ойлауын тереңдете алады.
Химия пәнін оқытуда зерттеушілік дағдыларды қалыптастыру үшін оқушының эксперимент нәтижелерін жай ғана тіркеуі жеткіліксіз. Ол алынған мәліметтерді түсіндіруді, олардың арасындағы байланысты анықтауды, бастапқы гипотезамен салыстыруды және ғылыми негізделген қорытынды жасауды меңгеруі қажет. Дәл осы кезеңде жасанды интеллект құралдарын тиімді қолдануға болады. Мысалы, оқушы тәжірибе нәтижелерін кесте түрінде дайындап, алынған мәндердің өзгеру заңдылығын өздігінен анықтайды. Одан кейін жасанды интеллект көмегімен өзінің түсіндірмесін тексеріп, қандай факторларды ескермей қалғанын анықтай алады. Мұндай жағдайда технология дайын қорытынды беретін құрал емес, оқушының тұжырымын жетілдіруге көмектесетін кері байланыс көзі қызметін атқарады. Оқушы алдымен өз нұсқасын ұсынған кезде ғана жасанды интеллектімен жүргізілген талдау оның зерттеушілік ойлауына оң әсер етеді.
Мысалы, «Ерітінді концентрациясының реакция жылдамдығына әсері» тақырыбындағы тәжірибеде бірнеше концентрациядағы ерітінділер қолданылып, реакцияның жүру уақыты өлшенуі мүмкін. Оқушы алынған нәтижелерді салыстырып, концентрация артқан сайын реакция уақытының қысқарғанын байқайды. Осыдан кейін ол бөлшектер санының артуы соқтығысу жиілігін жоғарылататыны туралы қорытынды жасайды. Жасанды интеллект оқушының түсіндірмесін талдап, «Сенің қорытындың барлық алынған деректермен сәйкес келе ме?», «Қай тәжірибелік нәтиже жалпы тенденциядан ауытқып тұр?», «Бұл ауытқудың себебі қандай болуы мүмкін?» деген мазмұндағы сұрақтар ұсына алады. Осындай сұрақтар зерттеу нәтижесіне үстірт қарамай, деректердің сенімділігін бағалауға үйретеді.
Оқушылардың зерттеушілік дағдыларының маңызды көрсеткіштерінің бірі – тәжірибедегі қателіктер мен шектеулерді анықтай білу. Мектеп зертханасындағы тәжірибелерде өлшеу дәлдігіне құрал-жабдықтардың ерекшеліктері, реактивтердің мөлшері, температураның тұрақсыздығы, адамның өлшеу кезіндегі реакция уақыты және басқа да факторлар әсер етуі мүмкін. Көп жағдайда оқушы «тәжірибеде қателік болды» деген жалпы пікірмен шектеледі. Мұғалім жасанды интеллектінің көмегімен оқушының бұл ойын нақтылауға жағдай жасай алады. Мысалы, «Бұл тәжірибеде кездейсоқ қателік пен жүйелік қателікке қандай мысал келтіруге болады?», «Өлшеу нәтижесінің дәлдігін қалай арттыруға болады?», «Тәжірибені үш рет қайталаудың қандай пайдасы бар?» деген сұрақтар арқылы оқушы зерттеу сапасын бағалауға үйренеді.
Химиядағы зерттеушілік әрекет нақты зертханамен ғана шектелмейді. Кейбір химиялық құбылыстарды мектеп жағдайында қауіпсіздік, уақыт немесе материалдық мүмкіндіктерге байланысты орындау қиын. Мұндай кезде виртуалды зертханалар мен цифрлық модельдердің маңызы артады. Виртуалды ортада оқушы температураны, қысымды, концентрацияны немесе зат мөлшерін өзгертіп, олардың химиялық үдеріске әсерін бақылай алады. Мұндай модельдеу әсіресе микродеңгейдегі құбылыстарды түсіндіру үшін пайдалы. Оқушы молекулалар мен иондардың әрекеттесуін тікелей көре алмайтындықтан, олардың қозғалысын модель арқылы бейнелеу химиялық заңдылықтарды жақсы түсінуге мүмкіндік береді.
Мысалы, химиялық тепе-теңдік тақырыбында оқушыларға белгілі бір жүйедегі концентрацияны немесе температураны өзгертіп, тепе-теңдіктің ығысуын виртуалды ортада бақылау ұсынылады. Оқушы алдымен Ле Шателье принципіне сүйене отырып болжам жасайды. Кейін модель нәтижесін бақылайды және болжамымен салыстырады. Егер нәтиже оның бастапқы ойымен сәйкес келмесе, ол себебін іздейді. Жасанды интеллект осы кезде оқушыға бірден жауап бермей, «Жүйеге қандай әсер жасалды?», «Тепе-теңдіктің қай бағытқа ығысуын күткен едің?», «Эндотермиялық және экзотермиялық реакциялардың айырмашылығын ескердің бе?» тәрізді бағыттаушы сұрақтар ұсынса, зерттеу әрекеті нәтижелі болады.
Жасанды интеллект химия сабақтарында проблемалық жағдаяттар құрастыру үшін де тиімді. Дәстүрлі тапсырмаларда оқушыға шарт беріліп, одан нақты бір жауап талап етіледі. Ал зерттеушілік сипаттағы тапсырмаларда бір ғана шешім болмауы мүмкін. Мысалы, «Белгісіз үш ерітінді берілді. Қосымша реактивтердің шектеулі мөлшерін пайдаланып, олардың қай заттың ерітіндісі екенін анықтаудың тиімді әдісін ұсыныңыз» деген тапсырма оқушыдан химиялық қасиеттерді еске түсіруді, реакциялар ретін жоспарлауды және нәтижелерді болжауды талап етеді. Жасанды интеллект мұғалімге осындай тапсырмалардың әртүрлі нұсқаларын дайындауға, оларды сынып оқушыларының дайындық деңгейіне бейімдеуге мүмкіндік береді.
Оқушылар да проблемалық тапсырманы орындағаннан кейін жасанды интеллектіні өз шешімдерін салыстыру үшін қолдана алады. Мәселен, бір оқушы заттарды анықтаудың үш кезеңнен тұратын жолын ұсынса, екінші оқушы басқа реактивтер арқылы мәселені екі кезеңде шешуі мүмкін. Оқушылар өз жоспарларын жасанды интеллект көмегімен талдатып, қай әдістің тиімді, қауіпсіз әрі экономикалық тұрғыдан ұтымды екенін салыстырады. Бұл жұмыста мұғалім «Қай жауап дұрыс?» деген сұрақтан гөрі «Қай әдіс неліктен тиімді?» деген зерттеушілік бағытты ұстанғаны жөн. Нәтижесінде оқушылар мәселенің бірнеше шешімі болуы мүмкін екенін түсініп, дәлелді таңдау жасауға дағдыланады.
Жасанды интеллект оқушылардың ақпараттық зерттеу жұмыстарында да пайдалы. Химия пәніндегі жоба немесе зерттеу жұмыстары көбіне қосымша ғылыми ақпарат іздеуді талап етеді. Мысалы, қоршаған ортаның ластануы, судың сапасы, тұрмыстық химия, полимерлер, тыңайтқыштар, металдардың коррозиясы, баламалы энергия көздері сияқты тақырыптарды зерттеу барысында оқушылар әртүрлі ақпарат көздерімен жұмыс істейді. Интернеттегі ақпараттың барлығы бірдей ғылыми тұрғыдан сенімді болмағандықтан, оқушыға дереккөздерді бағалау дағдысын үйрету қажет. Жасанды интеллект белгілі бір тақырып бойынша іздеу бағыттарын ұсынуы мүмкін, алайда алынған ақпаратты оқушы ғылыми әдебиетпен, оқулық материалымен немесе ресми дереккөздермен салыстыруы тиіс.
Осыған байланысты мұғалім жасанды интеллектіден алынған ақпаратты тексеруді жеке зерттеу тапсырмасына айналдыра алады. Мысалы, оқушыларға жасанды интеллект берген химиялық түсіндірмені оқулықтағы мәліметпен салыстырып, сәйкессіздіктерді табу ұсынылады. Немесе бір сұрақты бірнеше цифрлық жүйеге қойып, алынған жауаптарды салыстыруға болады. Оқушы жауаптар арасындағы айырмашылықтарды анықтап, қай тұжырымның нақты ғылыми дәлелдерге сүйенетінін түсіндіреді. Мұндай әрекет жасанды интеллект сауаттылығын ғана емес, ғылыми ақпаратқа сын тұрғысынан қарау қабілетін де дамытады.
Зерттеу жүргізуде сұрақ қою қабілеті ерекше маңызды. Зерттеушілік ойлау көбінесе дұрыс қойылған сұрақтан басталады. Сабақ барысында оқушылар мұғалімнің сұрағына жауап беруге дағдыланғанымен, өздері сұрақ құрастыруда қиналуы мүмкін. Сондықтан химия мұғалімі жасанды интеллект арқылы сұрақ қою стратегиясын дамытуына болады. Мысалы, «Неліктен темір ылғалды ауада тезірек таттанады?» деген бастапқы сұрақ негізінде оқушылар «Тұз концентрациясы коррозия жылдамдығына қалай әсер етеді?», «Әртүрлі металдардың жанасуы коррозия процесін өзгерте ме?», «Қорғаныш қабаты темірдің коррозиясын қаншалықты баяулатады?» деген жаңа зерттеу сұрақтарын құрастырады. Осылайша бір мәселе бірнеше зерттеу бағытына айналады.
Жасанды интеллект оқушылардың химиялық ұғымдар арасындағы байланысты анықтауына да көмектеседі. Химияда көптеген тақырыптар өзара тығыз байланысты. Атом құрылысы химиялық байланысты түсінудің негізін құраса, химиялық байланыс заттардың физикалық және химиялық қасиеттеріне әсер етеді. Зат құрылысы мен қасиеті арасындағы байланысты түсінген оқушы жаңа заттың қасиетін болжауға қабілетті болады. Мысалы, оқушы заттың кристалдық торы туралы мәліметке сүйене отырып, оның балқу температурасы, электрөткізгіштігі немесе суда еру қабілеті жөнінде болжам жасай алады. Жасанды интеллект осындай болжамдарды салыстырып, оқушыға қай тұжырымға қандай дәлел қажет екенін көрсететін кері байланыс бере алады.
Зерттеушілік тапсырмаларды жеке ғана емес, топтық форматта ұйымдастыру да маңызды. Химия сабақтарында оқушылар шағын топтарға бөлініп, зерттеу мәселесін талқылап, эксперимент жоспарын құрып, міндеттерді өзара бөлісе алады. Бір оқушы ақпарат жинауға, екіншісі эксперимент жүргізуге, үшіншісі деректерді тіркеуге, төртіншісі нәтижелерді талдауға жауап береді. Жұмыстың соңында әр топ өз зерттеу нәтижесін қорғайды. Жасанды интеллект топтық жұмыста идеяларды жинақтау, зерттеу жоспарын қайта қарастыру немесе презентация құрылымын анықтау үшін қолданылуы мүмкін. Бірақ зерттеу жұмысындағы негізгі шешімдер мен тұжырымдар оқушылардың өзара талқылауы арқылы қабылдануы қажет.
Бұл тәсіл оқушының тек зерттеушілік қабілетін ғана емес, коммуникациялық дағдыларын да дамытады. Ғылыми зерттеу нәтижесін түсінікті жеткізу, басқа адамның пікірін тыңдау, қарсы дәлелге жауап беру және өз көзқарасын негіздеу қазіргі білім берудің маңызды нәтижелерінің бірі саналады. Мысалы, топтар бір эксперимент бойынша әртүрлі қорытындыға келген жағдайда мұғалім олардың нәтижелерін салыстырып, пікірталас ұйымдастыра алады. Оқушылар өз тұжырымдарын нақты эксперименттік деректер арқылы дәлелдеуі тиіс. Жасанды интеллект осы кезде пікірталас сұрақтарын дайындауға немесе қарама-қарсы көзқарастарды ұсынуға көмектеседі.
Химия пәніндегі зерттеушілік дағдыларды дамытуда жобалық жұмыстардың орны ерекше. Оқушы ұзақ мерзімді жоба барысында зерттеу тақырыбын таңдайды, мақсаты мен міндеттерін анықтайды, әдебиеттермен жұмыс істейді, тәжірибе немесе бақылау жүргізеді, нәтижелерді өңдейді және зерттеу жұмысын қорғайды. Жасанды интеллект жобаның әр кезеңінде қолдау көрсете алады. Мысалы, оқушы зерттеу тақырыбының ауқымын нақтылауға, жұмыс жоспарын жасауға, сауалнама сұрақтарын жетілдіруге немесе алынған деректерді жүйелеуге технологияны қолданады. Алайда мұғалім оқушыдан қандай бөліктің өздігінен орындалғанын, жасанды интеллект қай тұста қолданылғанын және алынған жауаптардың қалай тексерілгенін түсіндіруді талап етуі маңызды.
Мұндай ашықтық академиялық адалдық мәдениетін қалыптастырады. Жасанды интеллект мүмкіндіктері кеңейген сайын оқушының дайын мәтінді өз жұмысы ретінде ұсыну қаупі де артады. Сондықтан мұғалім жасанды интеллектіні толық тыйым салатын құрал ретінде емес, жауапты қолдануды қажет ететін технология ретінде қарастырғаны дұрыс. Егер оқушы жасанды интеллект ұсынған мәтінді немесе идеяны пайдаланса, ол сол ақпараттың мазмұнын түсіндіре алуы, дұрыстығын тексеруі және өзінің зерттеуіне қалай пайдаланғанын көрсетуі қажет. Бұл жағдайда бағалаудың негізгі нысаны дайын мәтін емес, оқушының зерттеу үдерісі, қабылдаған шешімдері және нәтижені ғылыми тұрғыдан қорғау қабілеті болады.
Жасанды интеллектіні химия пәнінде тиімді пайдалану үшін мұғалім оқушылардың жас ерекшелігін, пәндік білім деңгейін және зерттеу тәжірибесін ескеруі қажет. Бір сыныптағы оқушылардың химиялық ұғымдарды меңгеру деңгейі бірдей болмауы мүмкін. Кейбір оқушылар зерттеу сұрағын өздігінен құрастырып, эксперимент нәтижесін еркін талдаса, басқа оқушыларға нақты алгоритм немесе қосымша бағыттау қажет болады. Жасанды интеллект осындай жағдайда оқытуды дараландыру мүмкіндігін береді. Мысалы, тапсырманы орындауда қиындық көріп отырған оқушыға қарапайым бағыттаушы сұрақтар ұсынылса, зерттеу тәжірибесі қалыптасқан оқушыға күрделірек мәселені талдау, бірнеше фактордың әсерін салыстыру немесе эксперимент нәтижесінің сенімділігін бағалау тапсырмасы берілуі мүмкін. Мұндай саралау әр оқушыға өзінің мүмкіндігіне сәйкес зерттеушілік әрекетке қатысуға жағдай жасайды.
Химия сабағында жасанды интеллектіні қолдануда мұғалімнің цифрлық және әдістемелік құзыреттілігі де маңызды орын алады. Мұғалім жасанды интеллект құралдарын қолданудың техникалық жағын ғана емес, оның педагогикалық мақсатын анық түсінуі қажет. Егер технология тек мәтін құрастыру немесе дайын жауап алу мақсатында қолданылса, оның білім сапасына әсері шектеулі болады. Ал мұғалім жасанды интеллектіні проблемалық сұрақтар құрастыруға, оқушының жауабына кері байланыс беруге, зерттеу нәтижесін салыстыруға, деректерді талдауға және рефлексия ұйымдастыруға бағыттаса, оның мүмкіндігі анағұрлым тиімді іске асырылады. Сондықтан әрбір цифрлық құралды пайдаланудың алдында «Бұл құрал оқушының қандай дағдысын дамытады?» деген сұраққа жауап берілуі тиіс.
Зерттеушілік дағдыларды дамытуда бағалау жүйесінің де маңызы зор. Дәстүрлі бағалау көбіне соңғы дұрыс жауапқа бағытталатын болса, зерттеушілік жұмыста үдерістің әрбір кезеңін ескеру қажет. Оқушының мәселені анықтауы, зерттеу сұрағын құруы, гипотезаны негіздеуі, эксперимент жоспарын жасауы, қауіпсіздік ережесін сақтауы, деректерді өңдеуі, нәтижені түсіндіруі және қорытындыны дәлелдеуі жеке бағалануы мүмкін. Бұл тәсіл оқушыға зерттеу жұмысының қай кезеңінде жетістікке жеткенін және қандай дағдысын әлі де дамыту қажет екенін түсінуге мүмкіндік береді.
Жасанды интеллект қалыптастырушы бағалау барысында жедел кері байланыс құралы ретінде тиімді. Мысалы, оқушы зерттеу қорытындысын жазғаннан кейін жасанды интеллект оның мәтініндегі дәлелдің жеткіліктілігін, себеп пен салдардың байланысын немесе ғылыми терминдердің қолданылуын талдауға көмектеседі. Дегенмен соңғы бағалауды мұғалім жүзеге асыруы тиіс. Себебі оқушының нақты сабақ барысындағы әрекетін, экспериментті орындау сапасын, топтық жұмысқа қатысуын және өз ойын қорғау қабілетін толық бағалау педагогтің кәсіби бақылауын талап етеді.
Оқушының зерттеу жұмысынан кейінгі рефлексиясы да зерттеушілік мәдениетті қалыптастыруда маңызды. Зерттеу аяқталған соң «Мен не анықтадым?» деген сұрақпен ғана шектелмей, «Менің болжамым қаншалықты дұрыс болды?», «Зерттеу барысында қандай қиындықтар кездесті?», «Тәжірибені қайта жүргізсем, нені өзгертер едім?», «Алынған нәтиже негізінде қандай жаңа сұрақ пайда болды?» деген сұрақтар қойылуы қажет. Жасанды интеллект оқушының рефлексиясына қосымша сұрақтар ұсынып, оның тәжірибесін тереңірек талдауына мүмкіндік береді. Осындай әрекет арқылы оқушы қателікті сәтсіздік ретінде емес, келесі зерттеуді жақсартуға арналған ақпарат көзі ретінде қабылдай бастайды.
Мысалы, оқушы металдардың коррозиясына әртүрлі ортаның әсерін зерттеп, бастапқыда тұзды суда коррозия жылдам жүретінін болжады делік. Тәжірибеден кейін ол болжамының расталғанын көрсетумен шектелмеуі керек. Нәтижені қандай бақылаулар дәлелдегенін, тәжірибедегі қандай факторлар нәтижеге әсер етуі мүмкін екенін және коррозиядан қорғаудың қандай жаңа әдістерін зерттеуге болатынын анықтауы маңызды. Жасанды интеллект бұл жерде жаңа зерттеу бағыттарын ұсынуы мүмкін, бірақ оқушы ұсынылған идеялардың ішінен ғылыми тұрғыдан негізді және мектеп жағдайында орындалатын нұсқаларды өзі бағалап таңдауы керек.
Химия пәнінде жасанды интеллектіні қолданудың тағы бір тиімді бағыты – пәнаралық зерттеулер. Қазіргі ғылыми мәселелердің көпшілігі бір пән шеңберімен шектелмейді. Мысалы, судың сапасын зерттеу химиямен қатар биология, экология, география және математикамен байланысады. Оқушылар судың рН көрсеткішін, кермектігін немесе құрамындағы кейбір иондарды зерттеп, алынған мәліметтерді математикалық тұрғыдан өңдеп, олардың қоршаған ортаға әсерін талдай алады. Жасанды интеллект әртүрлі пәндер бойынша жиналған мәліметтер арасындағы байланысты анықтауға көмектесіп, оқушының мәселені кешенді қарастыруына жағдай жасайды.
Сондай-ақ тұрмыстық химиялық өнімдердің құрамын зерттеу, тағам өнімдеріндегі қышқылдықты салыстыру, әртүрлі материалдардың қоршаған ортаға әсерін бағалау немесе мектеп аумағындағы экологиялық мәселелерді зерттеу сияқты тақырыптар оқушыларға химиялық білімнің күнделікті өмірдегі маңызын көрсетеді. Оқушы өз өмірімен байланысты мәселені зерттеген кезде оның пәнге қызығушылығы артып, зерттеу нәтижесінің практикалық мәнін түсінеді. Жасанды интеллект мұндай жобаларда идея ұсыну, зерттеу сұрақтарын нақтылау және жиналған ақпаратты жүйелеу қызметін атқара алады.
Сонымен қатар жасанды интеллектімен жұмыс істеу барысында оқушыларға сұранысты дұрыс құрастыру дағдысын қалыптастыру қажет. Өте жалпы сұраққа жасанды интеллект жалпы сипаттағы жауап береді. Ал нақты мақсат, шарт және талап көрсетілген жағдайда алынатын жауап та сапалы болады. Мысалы, «Химиялық реакция туралы жаз» деген сұрақтың орнына «Температураның реакция жылдамдығына әсерін 9-сынып оқушысына түсінікті ғылыми тілде түсіндір және оны тексеруге болатын екі зерттеу сұрағын ұсын» деген сұраныс нақты нәтижеге бағытталған. Бірақ оқушы ұсынылған жауапты міндетті түрде талдап, оның дұрыстығын пәндік біліммен салыстыруы керек. Осы арқылы оқушы сұрақты нақты қоюмен қатар, цифрлық ақпараттың сапасын бағалауға үйренеді.
Жасанды интеллектіні жауапты пайдалану кезінде дербес мәліметтерді қорғау мәселесі де назардан тыс қалмауы тиіс. Оқушыларға цифрлық жүйелерге жеке мәліметтерді, құпия ақпаратты немесе басқа адамның рұқсатынсыз материалдарды енгізбеу қажеттілігі түсіндірілуі керек. Сонымен бірге авторлық құқықты сақтау, пайдаланылған ақпараттың дереккөзін көрсету және жасанды интеллект көмегінің қолданылғанын жасырмау академиялық адалдықтың маңызды талаптары ретінде қарастырылуы тиіс. Бұл қағидаларды химиядағы зерттеу жұмыстары барысында жүйелі қалыптастыру оқушылардың жауапты цифрлық азамат болуына да ықпал етеді.
Осылайша химия сабағында жасанды интеллектіні пайдалану оқушының зерттеушілік әрекетін бірнеше бағытта қолдайды: мәселені анықтауға, зерттеу сұрағын нақтылауға, гипотеза құруға, эксперимент жоспарын жетілдіруге, деректерді өңдеуге, нәтижені түсіндіруге, қателіктерді талдауға және жаңа зерттеу сұрақтарын қалыптастыруға мүмкіндік береді. Бірақ аталған мүмкіндіктердің барлығы мұғалімнің дұрыс әдістемелік ұйымдастыруы жағдайында ғана нақты білімдік нәтижеге айналады. Жасанды интеллект зерттеуді оқушының орнына орындамай, оның ізденісіне, ойлауына және ғылыми дәлел құруына қолдау көрсетуі тиіс.
Қорытынды
Қазіргі білім беру жағдайында оқушылардың зерттеушілік дағдыларын дамыту химия пәнін оқытудың маңызды міндеттерінің бірі болып табылады. Зерттеушілік әрекет оқушыға химиялық заңдылықтарды дайын күйінде қабылдамай, оларды бақылау, тәжірибе, салыстыру және дәлелдеу арқылы түсінуге мүмкіндік береді. Зерттеу сұрағын қою, болжам ұсыну, экспериментті жоспарлау, деректерді жинау, нәтижені талдау, дәлелді қорытынды жасау және зерттеу сапасын бағалау сияқты әрекеттер оқушының ғылыми ойлау мәдениетін қалыптастырады.
Жасанды интеллект осы үдерістің мүмкіндіктерін кеңейтетін заманауи құрал ретінде қарастырылуы тиіс. Ол зерттеу тапсырмаларын даралауға, идеялар ұсынуға, оқушының ғылыми сұрақтарын нақтылауға, эксперименттік деректерді талдауға, виртуалды модельдермен жұмыс істеуге және жедел кері байланыс беруге мүмкіндік береді. Сонымен қатар жасанды интеллект оқушының ақпараттық және цифрлық сауаттылығын, сыни ойлауын, шығармашылығын және өз әрекетін бағалау қабілетін дамытуға ықпал етеді.
Алайда жасанды интеллектіні қолданудың нәтижелілігі оның қаншалықты жиі пайдаланылуымен емес, қандай педагогикалық мақсатта қолданылуымен анықталады. Егер оқушы технологияны тек дайын жауап алу үшін пайдаланса, зерттеушілік белсенділігі төмендеуі мүмкін. Сондықтан мұғалім жасанды интеллектіні жауап беретін жүйе емес, сұрақ қоюға, тексеруге, салыстыруға және дәлелдеуге көмектесетін құрал ретінде ұйымдастыруы керек. Оқушы кез келген ұсынылған ақпаратқа сын тұрғысынан қарап, оны ғылыми дереккөздермен салыстырып, соңғы шешімді өзі қабылдауы қажет.
Химия мұғалімінің міндеті – дәстүрлі эксперименттік оқыту мен жаңа цифрлық мүмкіндіктерді үйлестіру. Нақты зертханалық тәжірибе оқушыға заттар мен химиялық құбылыстарды тікелей зерттеуге мүмкіндік берсе, жасанды интеллект пен виртуалды технологиялар күрделі үдерістерді модельдеуге, деректерді терең талдауға және зерттеудің жаңа бағыттарын анықтауға көмектеседі. Осы екі бағытты мақсатты түрде ұштастыру химия сабағын оқушы үшін мазмұнды, практикалық және зерттеуге негізделген білім беру кеңістігіне айналдырады.
Демек, жасанды интеллект арқылы химия пәнінен оқушылардың зерттеушілік дағдыларын дамыту – білім беруді цифрландырудың ғана көрінісі емес, оқушыны ғылыми ойлауға, өздігінен білім алуға және дәлелді шешім қабылдауға дайындаудың тиімді жолы. Мұндай оқыту жағдайында оқушы химиялық білімді жаттап алушыдан зерттеушіге айналып, мәселені көре білуге, сұрақ қоюға, тәжірибе жасауға, ақпаратты талдауға және өз қорытындысын негіздеуге үйренеді. Бұл дағдылар оның мектептегі жетістігімен қатар, болашақтағы кәсіби және өмірлік қызметінде де маңызды құзыреттіліктердің негізін қалайды.
Пайдаланылған әдебиеттер
- UNESCO. Guidance for Generative AI in Education and Research. Paris: UNESCO, 2023.
- UNESCO. AI and Education: Guidance for Policy-makers. Paris: United Nations Educational, Scientific and Cultural Organization, 2021.
- Holmes W., Bialik M., Fadel C. Artificial Intelligence in Education: Promises and Implications for Teaching and Learning. Boston: Center for Curriculum Redesign, 2019.
- Luckin R., Holmes W., Griffiths M., Forcier L. B. Intelligence Unleashed: An Argument for AI in Education. London: Pearson, 2016.
- Pedaste M., Mäeots M., Siiman L. A., de Jong T., van Riesen S. A. N., Kamp E. T., Manoli C. C., Zacharia Z. C., Tsourlidaki E. Phases of inquiry-based learning: Definitions and the inquiry cycle // Educational Research Review. 2015. Vol. 14. P. 47–61.
- Hofstein A., Lunetta V. N. The laboratory in science education: Foundations for the twenty-first century // Science Education. 2004. Vol. 88. No. 1. P. 28–54.
- Johnstone A. H. Why is science difficult to learn? Things are seldom what they seem // Journal of Computer Assisted Learning. 1991. Vol. 7. No. 2. P. 75–83.
- Bybee R. W. The BSCS 5E Instructional Model: Creating Teachable Moments. Arlington, VA: NSTA Press, 2015.
- OECD. PISA 2025 Science Framework. Paris: Organisation for Economic Co-operation and Development.
- Қазіргі білім беру үдерісінде цифрлық технологиялар мен зерттеуге негізделген оқыту әдістерін қолдануға арналған ғылыми-әдістемелік еңбектер мен химия пәні бойынша оқу-әдістемелік материалдар.