Известно, что наблюдение как метод исследования дает возможность изучить внешние признаки предметов и явлений. Наиболее глубокие знания о сущности явлений и свойствах предметов могут быть получены с помощью теоретического и экспериментального методов исследования. На теоретическом уровне достигается высший синтез знаний в форме научной теории. На экспериментальном уровне происходит процесс накопления фактов, информации об исследуемых явлениях, проводятся измерения, наблюдения, сравнения, ставятся эксперименты, формируются научный уклад понятия, совершается первичное объединение знаний и устанавливаются экспериментальные законы. Основоположник отечественной науки М.В. Ломоносов отмечал: «Опыт ценнее тысячи мнений, рожденных воображением», а академик Л.Д. Ландау говорил: «Опыт – верховный судья теории».
В соответствии с целями и задачами исследования эксперимент может быть количественным или качественным; иллюстративным, демонстрационным, исследовательским; техническим или научным. Эксперимент является критерием всех теоретических построений. Без экспериментального подтверждения ни одна теория не может долго существовать. Вот почему в высшем образовании все время уделяется большое внимание различным видам учебного эксперимента. Широкое применение эксперимента в преподавании дисциплины способствует формированию у обучающихся правильного понятия об особенностях эксперимента как о методе научного исследования [1].
Содержанием учебного эксперимента являются:
а) изучение явлений, особенностей их протекания в определенных условиях;
б) изучение причинно-следственных связей между явлениями и функциональной зависимости между величинами, характеризующими явления и свойства тел (например, зависимости температуры кипения от давления);
в) изучение и сравнение свойств вещества в различных состояниях (например, упругости, пластичности);
г) иллюстрация законов, сформулированных на основе опытов или в результате логических умозаключений, опирающихся на общетеоретические положения или метод индукций;
д) определение констант (например, электромеханического эквивалента);
е) изучение и испытание приборов (например, фотэлектроколориметров, потенциометров, хроматографов).
Эксперимент включает наблюдения, измерения и запись их результатов. Но данным этапом эксперимент не завершается. Завершающей частью эксперимента является теоретический анализ и математическая обработка результатов измерений. Конечную цель эксперимента представляют выводы, которые формулируются в результате этой обработки.
Рассмотренные этапы научного эксперимента в той или иной мере присутствуют в учебном эксперименте в высшем учебном заведении. Чем выше уровень самостоятельности студентов, тем полнее в их эксперименте представлены все его этапы.
Однако основная задача химического эксперимента в вузе – формирование у выпускника бакалавриата по направлению 04.03.01 Химия общепрофессиональных (ОПК) и профессиональных (ПК) компетенций [2], таких как: владение навыками проведения химического эксперимента, основными синтетическими и аналитическими методами получения и исследования химических веществ и реакций (ОПК-2); способность выполнять стандартные операции по предлагаемым методикам (ПК-1); владение базовыми навыками использования современной аппаратуры при проведении научных исследований (ПК-2); способностью применять основные естественнонаучные законы и закономерности развития химической науки при анализе полученных результатов (ПК-4); владение методами безопасного обращения с химическими материалами с учетом их физических и химических свойств (ПК-7); производственно-технологическая деятельность: способность использовать основные закономерности химической науки и фундаментальные химические понятия при решении конкретных производственных задач (ПК-8); способностью принимать решения в стандартных ситуациях, брать на себя ответственность за результат выполнения заданий (ПК-12). Обучение студентов методике эксперимента должно включать формирование умений выполнять следующие действия:
самостоятельное формулирование цели опыта; 2. выявление условий, необходимых для постановки опыта; 3. проектирование эксперимента; 4. отбор необходимых приборов и материалов; 5. сборка экспериментальной установки и создание необходимых условий для выполнения опытов; 6. выполнение измерений; 7. проведение наблюдений; 8. фиксирование результатов измерений и наблюдений; 9. математическая обработка результатов измерений; 10. анализ результатов и формулировка выводов.
Обучению методике эксперимента должно предшествовать раскрытие особенностей его содержания и структуры. Разумеется, полнота этого раскрытия на разных этапах обучения будет различной [3].
Выработка у студентов обобщенного умения самостоятельно ставить опыты так же, как и умения наблюдать, обеспечивается на факультете химии, биологии и биотехнологии Северо-Осетинского госуниверситета (СОГУ) согласованной, целенаправленной деятельностью преподавателей различных смежных дисциплин. При этом у студентов формируются умения выполнять отдельные действия и операции, из которых слагается эксперимент, и раскрывать структуру эксперимента как метода научного познания, роль каждой операции в этой деятельности. Надо отметить, что вначале, на первом курсе, идет формирование экспериментальных навыков и умений, на втором и третьем – их закрепление, а при изучении специальных дисциплин и написании выпускной квалификационной работы – практическое использование сформированных навыков.