ПЛАН ЛЕКЦИИ 1. Виды эксперимента и методика его использования. 2. Функции химического эксперимента. 3. Проблемный эксперимент.
1. Виды эксперимента и методика его использования. демонстрационный ученический лабораторные опыты практические занятия домашние опыты
Когда применяется демонстрационный эксперимент на уроке? В начале школьного курса - для привития экспериментальных умений и навыков, интереса к химии, ознакомления с посудой, веществами, оборудованием. Когда он сложен для самостоятельного выполнения учащимися. Когда он опасен для учащихся. Нет соответствующего оборудования и реактивов.
ТРЕБОВАНИЯ К ДЕМОНСТРАЦИОННОМУ ЭКСПЕРИМЕНТУ 1. Наглядность - большой объем реактивов и посуды, виден с последних рядов, на столе не должно быть лишних деталей. 2. Простота - в приборах не должно быть нагромождения лишних деталей. 3. Безопасность - учитель химии несет ответственность за жизнь учащихся. 4. Надежность - неудавшийся опыт вызывает разочарование у учащихся. 5. Техника выполнения опыта должна быть безукоризненная. 6. Необходимость объяснения демонстрационного эксперимента.
МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ДЕМОНСТРАЦИОННЫХ ОПЫТОВ 1. Постановка цели опыта: для чего проводится данный опыт, в чем должны убедиться учащиеся, что понять. 2. Описание прибора, где проводится опыт, и условий его проведения. 3. Организация наблюдений учащихся: учитель должен сориентировать учеников, за какой частью прибора должны вестись наблюдения. 4. Выводы.
ТЕМА «КИСЛОРОД» последовательность демонстраций: горение угля горение серы горение фосфора горение железа При отборе опытов необходимо оптимально и гармонично включать их в канву урока.
ЭТАПЫ ВЫПОЛНЕНИЯ осознание цели опыта изучение веществ монтаж прибора выполнение опыта анализ результатов объяснение полученных результатов написание химических уравнений формулировка выводов составление отчета
ЛИСТ УЧЕТА Содержание операции Оценка выполнения операции Иванов Взять склянку с раствором серной кислоты так, чтобы этикетка была под ладонью Налить в стакан 20 мл раствора серной кислоты Снять каплю кислоты с горлышка склянки Собрать правильно штатив и на сетку поставить стакан с серной кислотой Поставить спиртовую горелку под сетку так, чтобы верхняя часть пламени касалась сетки Чистота рабочего места Соблюдение правил техники безопасности Петров Сидоров Дмитриев
ДОМАШНИЙ ХИМИЧЕСКИЙ ЭКСПЕРИМЕНТ – один из видов самостоятельной работы учащихся Используемые реактивы должны быть безопасными и приобретаться в хозяйственных магазинах или аптеках.
ЭКСПЕРИМЕНТ ЗАСТАВЛЯЕТ ЗАДУМАТЬСЯ НАД РЯДОМ ВОПРОСОВ: 1) В чем причина наблюдаемого явления? 2) Почему добавление азотной кислоты влияет на выделение водорода из раствора соляной кислоты? 3) Почему через определенное время выделение водорода возобновляется?
РАБОЧАЯ ГИПОТЕЗА водород, выделяющийся из соляной кислоты, затрачивается на восстановление азотной кислоты. HNО 3 + 8 Н = NH 3 + ЗН 2 О NH 3 + НСl = NH 4 Cl 4 Zn + 10 HNO 3 = 4 Zn(NO 3)2 + NH 4 NO 3 + 3 H 2 O Вывод: водород расходуется на восстановление азотной кислоты.
СХЕМА ИССЛЕДОВАНИЯ СВОЙСТВ ВЕЩЕСТВ - актуализация знаний; - постановка целей исследования; - проведение теоретического анализа; - построение гипотезы; - составление плана экспериментальной проверки гипотезы; - выполнение эксперимента; - обсуждение результатов и формулировка выводов.
ПРИМЕРЫ ПАРАДОКСАЛЬНЫХ ОПЫТОВ Слабая кислота вытесняет сильную из ее соли Реактивы. Борная кислота, хлорид натрия, универсальная индикаторная или синяя лакмусовая бумага. Объяснение опыта. 2 Na. Cl + 4 Н 3 ВО 3 = Na 2 B 4 О 7 + 5 Н 2 O+ 2 HCl
ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ИЗМЕНЕНИЕ ЭНТАЛЬПИИ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ ∆Н°(р-ции) 2 Na. Cl + 4 Н 3 ВО 3 = Na 2 B 4 О 7 + 5 Н 2 O + 2 HCl ∆Н ° 298 -410 к. Дж/моль -1087, 6 -3290 -241, 84 -92, 3 СОГЛАСНО СЛЕДСТВИЮ ИЗ ЗАКОНА ГЕССА: ∆Н (р-ции) = ∑∆Н(прод. р-ции) - ∑ ∆Н (исх. в-в) ∆Н °(р-ции) = [(-3290) + (-241, 84 5) + (-92, 3 2)] - [(-1087, 6 4) + (-410 2)] = =486, 6 к. Дж.
ИЗМЕНЕНИЕ ЭНТРОПИИ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ ∆S°(р-ции) 2 Na. Cl + 4 Н 3 ВО 3 = Na 2 B 4 О 7 + 5 Н 2 O+ 2 HCl ∆S° 298 72, 36 (ж/(моль К) 89, 49 189, 5 188, 74 186, 7 ∆S° (р-ции) = ∑∆S(прод. р-ции) - ∑∆S(исх. в-в) ∆S°(р-ции) = (189, 5 + 188, 74 -5 + 186, 7 -2) – - (72, 36 2 + 89, 49 4) = 1003, 9 Дж/К = =1 к. Дж/К. ИЗМЕНЕНИЕ ЭНЕРГИИ ГИББСА ∆G = ∆Н - T∆S ∆G° = 486, 6 - 298 1= 188, 6 к. Дж.
ТЕМПЕРАТУРА, ПРИ КОТОРОЙ ВОЗМОЖНО ПРОТЕКАНИЕ РЕАКЦИИ Т= ∆Н/∆S = 486, 6/1 = 486, 6 К, или 213, 6 °С. ВЫВОД: Данная химическая реакция протекает при сравнительно небольшом нагревании.
Растворение меди в растворе хлорида железа(III) Реактивы. Свежеосажденная медь, 10%-й раствор хлорида железа (III). Объяснение опыта. Сu + Fe. Cl 3 = Сu. С 12 + Fe. Cl 2 Ион железа Fe 3+ - окислитель, атом меди - восстановитель.
Src="https://present5.com/presentation/131736652_437384195/image-33.jpg" alt="ЭДС (Е) окислительновосстановительного элемента равна: Е = E(ок-ля) - E(в-ля) Если Е>0, то"> ЭДС (Е) окислительновосстановительного элемента равна: Е = E(ок-ля) - E(в-ля) Если Е>0, то данная реакция возможна. Окислительно-восстановительные потенциалы пар равны: E°(Fe 3+/Fe 2+) = 0, 771 В E°(Cu 2+/Cu°) = 0, 338 В ЭДС = 0, 771 - 0, 338 = 0, 433 В ВЫВОД: Положительное значение ЭДС подтверждает возможность протекания данной реакции в стандартных условиях.
Растворение меди в растворе аммиака Реактивы. 15 -25 %-й раствор аммиака, свежеосажденная медь. Объяснение опыта. 2 Cu + 8 NH 3 + O 2 + 2 H 2 O = = 22+ + 4 OH-
РАСЧЕТ ЭДС: Cu + 4 NH 3 - 2ē = 22+ Е° = - 0, 07 В O 2 + 2 H 2 O + 4ē = 4 OH- Е° = 0, 401 В ЭДС = 0, 401 – (-0, 07) = 0, 408 В ВЫВОД: Положительное значение ЭДС подтверждает возможность протекания данной реакции в стандартных условиях.
Ваниль, - душистая добавка к кондитерским изделиям. Ванилью называют высушенные плоды, стручки тропического растения из семейства орхидей Vanilla plantifonia.
2. Несколько миллилитров 3%-ого водного раствора ванилина поместите в пробирку и прилейте к нему 1 мл 10%-ого раствора едкого натра и 2 мл 30%-ого раствора пероксида водорода. Через некоторое время раствор окрасится в розовый цвет, поскольку при окислении образуется окрашенный 3 -метокси-1, 4 -диоксобензол.
3. Поскольку ванилин содержит альдегидную группу, то он может давать реакцию серебряного зеркала. Сначала приготовьте раствор аммиаката серебра: к 2 -3 мл 1%-ого раствора нитрата серебра прибавляйте, встряхивая, 5%ный раствор аммиака до тех пор, пока образующийся сначала осадок полностью не раствориться. Теперь поместите в чистую обезжиренную пробирку 2 -3 мл аммиака серебра и прилейте к нему 3 мл 3%-ого водного раствора ванилина. Пробирку погрузите в стакан с кипящей водой, через 10 минут вылейте содержимое из пробирки и промойте ее водой. На стенках останется налет серебра.
УЧЕБНЫЙ ПЛАН КУРСА
| № газеты | Учебный материал |
|---|---|
| 17 | Лекция № 1. Содержание школьного курса химии и его вариативность. Пропедевтический курс химии. Kурс химии основной школы. Kурс химии средней школы. (Г.М.Чернобельская, доктор педагогических наук, профессор) |
| 18 | Лекция № 2. Предпрофильная подготовка учащихся основной школы по химии. Сущность, цели и задачи. Предпрофильные элективные курсы. Методические рекомендации по их разработке. (Е.Я.Аршанский, доктор педагогических наук, доцент) |
| 19 | Лекция № 3. Профильное обучение химии на старшей ступени общего образования. Единый методический подход к структурированию содержания в классах разного профиля. Вариативные компоненты содержания. (Е.Я.Аршанский) |
| 20 | Лекция № 4. Индивидуализированные технологии обучения химии. Основные требования построения технологий индивидуализированного обучения (ТИО). Организация самостоятельной работы учащихся на различных этапах урока в системе ТИО. Примеры современных ТИО. (Т.А.Боровских, кандидат педагогических наук, доцент) |
| 21 | Лекция № 5. Модульная технология обучения и ее использование на уроках химии. Основы модульной технологии. Методики конструирования модулей и модульные программы по химии. Рекомендации по использованию технологии на уроках химии. (П.И.Беспалов, кандидат педагогических наук, доцент) |
| 22 | Лекция № 6. Химический эксперимент в современной школе. Виды эксперимента. Функции химического эксперимента. Проблемный эксперимент с использованием современных технических средств обучения. (П.И.Беспалов) |
| 23 | Лекция № 7. Экологическая компонента в школьном курсе химии. Kритерии отбора содержания. Экологоориентированный химический эксперимент. Учебно-исследовательские экологические проекты. Задачи с экологическим содержанием. (В.М.Назаренко, доктор педагогических наук, профессор) |
| 24 | Лекция № 8. Kонтроль результатов обучения химии. Формы, виды и методы контроля. Тестовый контроль знаний по химии. (М.Д.Трухина, кандидат педагогических наук, доцент) |
Итоговая работа. Разработка урока в соответствии с предложенной концепцией. Kраткий отчет о проведении итоговой работы, сопровождаемый справкой из учебного заведения, должен быть направлен в Педагогический университет не позднее 28 февраля 2007 г. |
|
П.И.БЕСПАЛОВ
ЛЕКЦИЯ № 6
Химический эксперимент в современной школе
План лекции
Виды эксперимента и методика его использования.
Функции химического эксперимента.
Проблемный эксперимент.
Есть три источника знания: авторитет,
разум, опыт.
Однако авторитет недостаточен, если у него нет
разумного основания, без которого он производит
не понимание,
а лишь приятие на веру; и разум один не может
отличить софизма
от настоящего доказательства, если он не может
оправдать
свои выводы опытом.
Роджер Бэкон
ВВЕДЕНИЕ
Химический эксперимент – важнейший метод и средство обучения химии. Методика применения химического эксперимента на уроках химии достаточно исследована и разработана учеными-методистами. Однако в настоящее время вновь возникает интерес к данной тематике. Это связано прежде всего с тем, что происходит резкое изменение содержания учебного предмета, появление пропедевтических и элективных курсов. Все это требует поиска новых опытов, вписывающихся в современное содержание обучения химии в школе.
В целом как учебное содержание, так и отбор химического эксперимента зависит от социального заказа общества. Это можно пронаблюдать по публикациям журнала «Химия в школе». Например, в послевоенное время, когда восстанавливалось разрушенное войной народное хозяйство, большое число статей было посвящено химическим производствам. В рубриках «Химический эксперимент» и «Внеклассная работа» описывались действующие лабораторные установки по получению различных веществ. Позже приоритетным направлением стало сельское хозяйство. Сельскохозяйственная тематика проявилась в синтезе гербицидов, пестицидов, различных стимуляторов роста и т.д.
ВИДЫ ЭКСПЕРИМЕНТА И МЕТОДИКА ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
Общеизвестно, что школьный химический эксперимент классифицируют на демонстрационный и ученический. В зависимости от цели и способа организации ученический эксперимент подразделяют на лабораторные опыты, практические занятия и домашние опыты.
Демонстрационный эксперимент
Демонстрационный химический эксперимент – главное средство наглядности на уроке. Это определяется спецификой химии как экспериментальной науки. Поэтому эксперимент занимает одно из ведущих мест. Он позволяет не только выявлять факты, но и знакомить с методами химической науки.
Демонстрационный эксперимент проводит учитель или лаборант. В отдельных случаях несложный эксперимент может быть показан и учеником.
Когда применяется демонстрационный эксперимент на уроке?
В начале школьного курса – для привития экспериментальных умений и навыков, интереса к химии, ознакомления с посудой, веществами, оборудованием.
Когда он сложен для самостоятельного выполнения учащимися (получение озона).
Когда он опасен для учащихся (взрыв водорода с кислородом).
Нет соответствующего оборудования и реактивов.
Общеизвестны и требования к демонстрационному эксперименту .
1. Н а г л я д н о с т ь – большой объем реактивов и посуды, виден с последних рядов, на столе не должно быть лишних деталей. Для усиления наглядности могут быть использованы кодоскоп, компьютер, предметный столик, цветные экраны.
2. П р о с т о т а – в приборах не должно быть нагромождения лишних деталей. Следует помнить, что объект изучения не прибор, а химический процесс, происходящий в нем. Чем проще прибор, тем легче объяснить опыт. Поэтому при использовании аппарата Киппа, газометра, прибора Кирюшкина необходимо объяснить принцип работы прибора.
3. Б е з о п а с н о с т ь – учитель химии несет ответственность за жизнь учащихся. Поэтому все опыты должны проводиться с соблюдением правил техники безопасности. При демонстрации опытов со взрывами необходимо использовать защитный экран; при получении и демонстрации ядовитых газов – принудительную вентиляцию (вытяжку) и т.д.
4. Н а д е ж н о с т ь – неудавшийся опыт вызывает разочарование у учащихся. Поэтому необходима отработка эксперимента до урока. При этом уточняется время, которое затрачивается на его проведение.
5. Т е х н и к а в ы п о л н е н и я о п ы т а должна быть безукоризненная. Поэтому если осваивается новый эксперимент, то он должен быть хорошо отработан. Ошибки, допущенные учителем, легко переносятся на учеников.
6. Н е о б х о д и м о с т ь о б ъ я с н е н и я д е м о н с т р а ц и о н н о г о э к с п е р и м е н т а. Перед демонстрацией опыта необходимо указать на цель эксперимента, сориентировать наблюдения эксперимента учащимися, после проведения опыта сделать выводы.
Методика проведения демонстрационных опытов
1. Постановка цели опыта: для чего проводится данный опыт, в чем должны убедиться учащиеся, что понять.
2. Описание прибора, где проводится опыт, и условий его проведения.
3. Организация наблюдений учащихся: учитель должен сориентировать учеников, за какой частью прибора должны вестись наблюдения.
4. Выводы.
Бывает, что при проведении урока используется серия демонстрационных опытов. Как определить последовательность их демонстрации? Рассмотрим, чем нужно руководствоваться при этом на примере темы «Кислород».
При изучении темы «Кислород» учитель демонстрирует учащимся горение в кислороде серы, угля, фосфора и железа. Правильной будет следующая последовательность демонстраций: горение угля, горение серы, горение фосфора, горение железа. Такой порядок объясняется внешним эффектом, сопровождающим горение данных веществ. Уголь горит более энергично в кислороде, чем на воздухе. Горение серы в кислороде сопровождается появлением большого синего пламени. Фосфор ослепительно сгорает в кислороде. И наконец, горение железа похоже на горение бенгальских огней.
При изменении данного порядка эффект последующих реакций будет ниже предыдущих, что, несомненно, вызывает разочарование учащихся. Кроме того, мы демонстрируем сначала горение в кислороде веществ, горючих на воздухе (С, S, Р), и только потом горение негорючего вещества железа. Наконец, первые три процесса – это взаимодействие кислорода с неметаллами, а последняя демонстрация – взаимодействие кислорода с металлами. Если учитель акцентирует внимание на этом, то он формирует системность знаний учащихся.
Таким образом, при отборе опытов необходимо оптимально и гармонично включать их в канву урока.
Ученический эксперимент
Ученический эксперимент разделяют на лабораторные опыты и практические работы. Некоторые методисты выделяют еще и практикум, который проводится на заключительном этапе изучения химии.
Дидактическая цель лабораторных опытов состоит в приобретении новых знаний, т.к. они проводятся при изучении нового материала. Практические работы обычно проводятся в конце изучения темы, и их целью является закрепление и систематизация знаний, формирование и развитие экспериментальных умений учащихся.
При выполнении ученического эксперимента необходимо учитывать следующие этапы:
1) осознание цели опыта;
2) изучение веществ;
3) монтаж прибора (где это необходимо);
4) выполнение опыта;
5) анализ результатов;
6) объяснение полученных результатов, написание химических уравнений;
7) формулировка выводов и составление отчета.
По форме организации лабораторные опыты могут быть индивидуальными, групповыми и коллективными. Очень важно правильно организовать деятельность учащихся, чтобы на выполнение опыта затрачивалось лишь отведенное время. Для этого необходима тщательная подготовка учебного оборудования и реактивов. Склянки с реактивами должны иметь этикетки. Если реактивы выдаются в пробирках, то они должны быть пронумерованы, а на доске или на листочках сделаны соответствующие записи. Во время выполнения опытов необходимо руководить действиями учащихся. После выполнения работы нужно организовать обсуждение результатов. Оформление результатов опытов следует вести в рабочих тетрадях. Недостатком лабораторных опытов является то, что при их выполнении невозможно формировать экспериментальные умения и навыки. Эту задачу выполняют практические занятия.
Практические занятия делятся на два вида: проводимые по инструкции и экспериментальные задачи. Инструкция для практической работы представляет собой ориентировочную основу деятельности учащихся. На начальном этапе изучения химии даются подробные инструкции с детальным описанием выполняемых операций. По мере выполнения практических работ и усвоения экспериментальных умений инструкции делаются более свернутыми. Экспериментальные задачи не содержат инструкций, в них есть только условия. Разрабатывать план решения задачи и осуществлять его ученик должен самостоятельно.
Перед началом любой практической работы учитель знакомит учащихся с правилами безопасной работы в кабинете химии, обращает внимание на выполнение сложных операций. При выполнении первых практических работ учитель приводит примерную форму отчета, помогает учащимся сделать выводы.
Подготовка к решению экспериментальных задач проводится поэтапно. Сначала задачи решают всем классом теоретически. Для этого анализируется условие задачи, формулируются вопросы, на которые необходимо дать ответы, предлагаются опыты. Затем один ученик решает задачу у доски теоретически, экспериментально доказывает правильность своих предположений. После этого класс приступает к выполнению аналогичных задач на рабочих местах. Опытные учителя постепенно вводят экспериментальные задачи в учебный процесс. Так, например, при проведении практической работы «Получение кислорода и изучение его свойств» учитель предлагает хорошо успевающим ученикам задачу: «Какие из предложенных веществ (КNО 3 , К 2 SО 4 , МnО 2) можно использовать для получения кислорода?»
Практическое занятие – сложный вид урока. Учителю нужно вести наблюдение за всем классом, корректировать действия учащихся. Большую помощь педагогу могут оказать специально подготовленные ученики класса – прокторы. Это может быть член кружка, ученик, интересующийся химией, или просто желающий.
Учитель приглашает прокторов во внеурочное время в кабинет химии и предлагает им выполнить предстоящую практическую работу под своим наблюдением, обращая внимание на возможные ошибки и тонкости.
Затем каждому проктору выдается лист учета и разъясняется, как его следует заполнять. Приведем фрагмент такого листа для практической работы «Получение медного купороса».
Лист учета
| Содержание операции | Оценка выполнения операции | |||
|---|---|---|---|---|
| Иванов | Петров | Сидоров | Сергеев | |
| Взять склянку с раствором серной кислоты так, чтобы этикетка была под ладонью | ||||
| Налить в стакан 20 мл раствора серной кислоты | ||||
| Снять каплю кислоты с горлышка склянки | ||||
| Собрать правильно штатив и на сетку поставить стакан с серной кислотой | ||||
| Поставить спиртовку под сетку так, чтобы верхняя часть пламени касалась сетки | ||||
| .............................. и т.д. | ||||
| Чистота рабочего места | ||||
| Соблюдение правил техники безопасности | ||||
Прокторов нужно учить еще и общению, стилю поведения. Важно, чтобы к порученному заданию они относились ответственно, были коммуникабельны и не вели себя высокомерно.
После этого уже на уроке прокторам поручается курировать микрогруппу из 3–4 учеников, сидящих за соседними столами, во время выполнения ими практической работы. Если ученик правильно и самостоятельно, без вмешательства проктора выполнит операцию, то он получит за нее 1 балл, если при выполнении операции он допустит ошибку, то не получает баллов.
Заполненный лист учета сдается учителю по окончании работы и обязательно учитывается вместе с проверкой отчета в тетрадях. Если от учеников поступает жалоба на проктора, то учитель должен в ней обязательно разобраться и вынести справедливое решение. Прокторы не только контролируют работу учащихся, но и оказывают им необходимую помощь, поясняют то, что непонятно, т.е. выполняют некоторые функции учителя в своей группе.
Опыт использования данной методики на начальном этапе изучения химии показал ее высокую результативность.
Домашний эксперимент
Домашний химический эксперимент является одним из видов самостоятельной работы учащихся, имеющей большое значение как для развития интереса к химии, так и для закрепления знаний и многих практических умений и навыков. При выполнении некоторых домашних опытов ученик выступает в роли исследователя, который должен самостоятельно решать стоящие перед ним проблемы. Поэтому важна не только дидактическая ценность этого вида ученического эксперимента, но и воспитывающая, развивающая.
С первых уроков изучения химии необходимо нацелить учащихся на то, что они будут выполнять опыты не только в школе, но и дома. В домашний эксперимент включают опыты, для выполнения которых не нужны сложные установки и дорогие реактивы. Используемые реактивы должны быть безопасными и приобретаться в хозяйственных магазинах или аптеках. Однако и при использовании этих реактивов необходима консультация учителя.
Предлагаемые опыты могут носить разнообразный характер. Одни связаны с наблюдением явлений (сливание растворов соды и уксуса), другие – с разделением смеси веществ, при постановке третьих нужно объяснить наблюдаемые явления, используя свои знания по химии. Включаются и экспериментальные задачи, при выполнении которых ученики не получают от учителя готовых инструкций по технике выполнения опыта, например экспериментально доказать наличие солей в питьевой воде.
Желательно, чтобы при проведении эксперимента присутствовали старшие члены семьи ребенка.
Учителю полезно создать к каждой теме инструкции по выполнению опытов. Тогда это направление будет носить системный характер.
Не менее важным моментом в работе учащихся является составление письменных отчетов о результатах домашнего химического эксперимента. Можно рекомендовать учащимся составлять отчеты по той форме, которую они используют при выполнении практических работ.
Учитель может систематически просматривать домашние отчеты в рабочих тетрадях учащихся, а также заслушивать выступления учеников о результатах проделанной работы.
ФУНКЦИИ ХИМИЧЕСКОГО ЭКСПЕРИМЕНТА
В процессе обучения химический эксперимент выполняет различные функции 1 . Рассмотрим некоторые из них.
Эвристическая функция химического
эксперимента
проявляется в установлении
новых
а) фактов
; б) понятий
и в) закономерностей
.
а) В качестве примера можно привести реакцию взаимодействия газообразного водорода с оксидом меди(II). Наблюдая данную демонстрацию, ученики устанавливают, что водород при определенных условиях может реагировать с оксидами металлов, восстанавливая металл до простого вещества.
б) Химический эксперимент обладает большими потенциальными возможностями для формирования новых понятий. Например, при изучении темы «Кислород» учитель демонстрирует способ получения кислорода из пероксида водорода. Для ускорения процесса разложения пероксида водорода в пробирку вводится диоксид марганца. После завершения реакции учитель дает определение катализатора.
в) Особенно ярко функция выявления зависимостей и закономерностей проявляется при изучении темы «Закономерности протекания химических реакций». Демонстрационный эксперимент позволяет выявить зависимость скорости химической реакции от природы реагирующих веществ, концентрации, поверхности соприкосновения реагирующих веществ и т.д.
Корректирующая функция химического эксперимента проявляется в преодолении трудностей освоения теоретического материала и исправлении ошибок учащихся. Очень часто учащиеся считают, что при взаимодействии растворов хлороводорода и серной кислоты с медью выделяется водород. Для исправления таких ошибок полезно продемонстрировать следующий опыт. В пробирки с соляной кислотой и раствором серной кислоты прибавляют кусочки меди. Учащиеся наблюдают, что при обычных условиях и при нагревании водород не выделяется.
Корректировке процесса приобретения экспериментальных умений способствуют эксперименты, которые демонстрируют последствия неправильного выполнения некоторых химических операций. Например, как проводить разбавление концентрированной серной кислоты водой. Для этого в высокий химический стакан наливают концентрированную серную кислоту. Стакан закрывают листом фильтровальной бумаги и через отверстие в бумаге приливают пипеткой горячую воду. При соприкосновении воды с кислотой происходит образование паров и разбрызгивание раствора. При приливании серной кислоты в воду и перемешивании раствора растворение протекает спокойно.
Обобщающая функция химического эксперимента позволяет выработать предпосылки для построения различных типов эмпирических обобщений. С помощью серии опытов можно сделать обобщенный вывод, например, о принадлежности различных классов веществ к электролитам.
Исследовательская функция химического эксперимента наиболее ярко проявляется в проблемном обучении. Рассмотрим этот вопрос более подробно.
ПРОБЛЕМНЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ
Как известно, исходным пунктом любого направленного исследования является проблема. Поиск путей решения проблемы приводит исследователя к выдвижению той или иной идеи – первоначального предположения. С момента рождения первоначального предположения и начинается процесс формирования гипотезы. Первоначальные предположения рождаются в форме догадки, т.е. интуитивно. Поиск идеи о возможном решении проблемы – процесс глубоко творческий, и единого решения здесь не существует. Тем не менее первоначальное предположение не возникает из ничего. Оно есть результат изучения исследователем новых фактических данных на основе знаний, накопленных в науке. Подкрепление идеи все новыми и новыми аргументами ведет к созданию обоснованного предположения – гипотезы.
Существует несколько путей подтверждения истинности гипотезы. Основным и наиболее распространенным способом является выведение вытекающих из нее следствий и их верификация, т.е. установление соответствия фактическим данным, согласуемости с ними. В данном случае рассуждение строится по такой схеме: если основное предположение гипотезы истинно, то в действительности должны иметь место такие-то и такие-то конкретные явления. Если данные явления будут обнаружены путем целенаправленного наблюдения, в научных экспериментах или же в практической деятельности, то гипотеза будет подтверждена. Именно таким способом подтвердилась в свое время гипотеза о существовании в растворах ионов.
Другой способ подтверждения гипотезы – непосредственное обнаружение объектов, мысль о существовании которых была основным содержанием гипотезы. Данный способ широко использовался Д.И.Менделеевым для предсказания свойств еще не открытых элементов.
И наконец, гипотеза может быть подтверждена путем дедуктивного выведения ее из другого, но уже достоверного знания – научной теории, закона. Для этого необходимо, чтобы с развитием науки был достоверно установлен такой закон, из которого данная гипотеза была бы выводима. Примером может служить открытие соединений инертных газов. До 1940-х гг. считалось, что инертные газы не способны образовывать химических соединений. Развитие теоретических представлений, оценка значений энергий связи электронов в атоме, ионизационных потенциалов и ионных радиусов позволили выдвинуть гипотезу, что электронные октеты в атомах инертных газов не являются столь уж стабильными. В 1933 г. американский ученый Л.Полинг достаточно убедительно показал принципиальную возможность образования химических соединений ксенона и криптона со фтором. Но прошло почти 30 лет, прежде чем на свет появились первые в мире соединения благородных газов Хе(РtF 6) и Kr(РtF 6).
Применение гипотез в учебном процессе не исчерпывается только реализацией принципа историзма. Большие возможности по использованию учебных гипотез заложены в организации учебного процесса. При этом сам ученик может быть поставлен в роль исследователя, генератора идей.
Большой потенциал заложен в использовании на уроке химического эксперимента. Выполнение стандартных, предусмотренных школьной программой опытов мало стимулирует творческую работу учащихся на уроках и не вполне соответствует специфике самой химической науки. Для нее характерен эксперимент, который носит исследовательский и проблемный характер. Такие эксперименты целесообразно включать в беседы эвристического характера или в процесс проблемного изложения материала.
В качестве иллюстрации можно провести проблемные опыты, разработанные Ю.В.Суриным 2 . Хорошо известно, что учащиеся часто допускают ошибки в написании уравнений реакций металлов с азотной кислотой, считая допустимым выделение водорода. Эту ошибку можно предотвратить, проведя эксперимент, включенный в беседу проблемного характера. Приступая к изучению вопроса о взаимодействии металлов с азотной кислотой, учитель сначала предлагает учащимся высказать предположение о возможных продуктах такого взаимодействия.
Учащиеся часто считают, что металлы выделяют водород не только из растворов хлороводородной и серной кислот, но и из азотной кислоты. Для создания проблемной ситуации учитель предлагает провести исследовательский эксперимент и дать объяснение результатов опыта.
В пробирку с соляной кислотой помещают несколько гранул цинка. После того как начинается реакция с выделением водорода, добавляют 1–2 капли концентрированной азотной кислоты. Учащиеся наблюдают, что выделение водорода практически прекращается, но через некоторое время возобновляется. Такой результат опыта кажется учащимся непонятным и ставит их в тупик. Эксперимент заставляет задуматься над рядом вопросов:
1. В чем причина наблюдаемого явления?
2. Почему добавление азотной кислоты влияет на выделение водорода из раствора соляной кислоты?
3. Почему через определенное время выделение водорода возобновляется?
Учащиеся выдвигают предположения, объясняющие этот необычный факт. К решению проблемы они вполне подготовлены, т.к. имеют достаточный запас знаний о свойствах кислот, знакомы с составлением уравнений окислительно-восстановительных реакций. Выдвигается рабочая гипотеза: водород, выделяющийся из соляной кислоты, затрачивается на восстановление азотной кислоты. Данной гипотезе учащиеся могут дать обоснование, актуализировав свои знания о восстановительных свойствах водорода. Вспомнив, что водород в момент выделения является очень сильным восстановителем, а азотная кислота – окислитель, учащиеся записывают уравнение реакции восстановления азотной кислоты:
HNO 3 + 8H = NH 3 + 3H 2 O.
NH 3 + HCl = NH 4 Cl.
То, что это действительно так, учащиеся могут доказать, проведя исследование раствора на содержание иона аммония. Полученный в ходе исследовательского эксперимента вывод ученики могут использовать для правильной записи уравнения реакции цинка с сильно разбавленной азотной кислотой:
4Zn + 10HNO 3 = 4Zn(NO 3) 2 + NH 4 NO 3 + 3H 2 O.
Теперь учащиеся смогут ответить на все вопросы, поставленные при выделении рабочей гипотезы. Водород не выделяется из азотной кислоты и растворов других кислот в присутствии азотной кислоты потому, что расходуется на восстановление азотной кислоты. Возобновляется же выделение водорода в данном опыте потому, что происходит восстановление всей азотной кислоты.
Ученик выступает в роли исследователя и при решении экспериментальных задач. Так, при исследовании свойств веществ схема исследования может быть следующей:
актуализация знаний;
постановка целей исследования;
проведение теоретического анализа;
построение гипотезы;
составление плана экспериментальной проверки гипотезы;
выполнение эксперимента;
обсуждение результатов и формулировка выводов.
Эксперимент – важнейший путь осуществления связи теории с практикой при обучении химии, путь превращения знаний в убеждения. Химический эксперимент, применяемый в школьной практике, обычно не противоречит существующим закономерностям и служит подтверждением определенных теоретических положений. Однако результаты некоторых химических опытов являются неожиданными и не вписываются в традиционные представления о свойствах веществ или закономерностях протекания химических реакций. Например, возможна ли химическая реакция между бромоводородной кислотой и металлом, стоящим в электрохимическом ряду напряжений металлов после водорода? Или: может ли слабая кислота вытеснить более сильную кислоту из ее соли? Ответ кажется однозначным – нет. Тем не менее такие примеры существуют и имеют научное подтверждение. Подобные опыты – благодатная почва для введения в учебный процесс проблемного обучения, формирования диалектического и системного мышления школьника.
Приведем описание нескольких примеров таких парадоксальных опытов.
Растворение меди в бромоводородной кислоте
Реактивы. Свежеосажденная медь, крепкий раствор бромоводородной кислоты.
Проведение опыта
. В пробирку с небольшим
количеством свежеосажденной меди приливают
3–5 мл бромоводородной кислоты и осторожно
нагревают на пламени спиртовки. Начинается
энергичное взаимодействие меди с кислотой.
Выделяющийся водород собирают в небольшую
пробирку или непосредственно поджигают у
отверстия пробирки. Водород горит зеленоватым
пламенем.
Получение свежеосажденной меди. В фарфоровую чашку наливают насыщенный раствор сульфата меди(II) и вносят гранулы цинка. Выделяющаяся медь осаждается на цинке в виде рыхлой массы. При перемешивании раствора осадок оседает на дне чашки. Осадок промывают, вынимают гранулы непрореагировавшего цинка; полученную медь, не высушивая, используют для опыта.
Объяснение опыта . Взаимодействие меди с бромоводородной кислотой можно объяснить тем, что в результате реакции образуется комплексное соединение Н:
4HBr + 2Cu = 2H + H 2 .
Комплексный ион – достаточно прочный, вследствие чего концентрация ионов меди Cu + в растворе оказывается ничтожно малой, электродный потенциал меди становится отрицательным и происходит выделение водорода.
Аналогичный опыт можно провести с серебром и йодистоводородной кислотой. С порошком серебра реакция идет очень бурно. Образующийся йодид серебра практически нерастворим в воде (произведение растворимости ПР(AgI) = 8,3 10 –17). Поэтому в данном случае концентрация ионов серебра в растворе ничтожна, и потенциал серебра становится отрицательным.
Слабая кислота вытесняет сильную из ее соли
Реактивы. Борная кислота, хлорид натрия, универсальная индикаторная или синяя лакмусовая бумага.
Проведение опыта. В пробирку помещают тонко измельченную смесь, состоящую из 1 г хлорида натрия и 3 г борной кислоты. Закрепляют пробирку в лапке пробиркодержателя и нагревают на пламени спиртовки. Через некоторое время у отверстия пробирки появляется белый дым. Подносят к отверстию пробирки универсальную индикаторную бумагу, смоченную водой, наблюдается покраснение бумаги. При проведении опыта учителю необходимо отметить нелетучесть борной кислоты.
Объяснение опыта . При нагревании смеси протекает следующая реакция:
2NaCl + 4H 3 BO 3 = Na 2 B 4 O 7 + 5H 2 O + 2HCl.
В растворе реакция протекала бы в обратную сторону – соляная кислота вытеснила бы борную из ее соли. При нагревании же происходит смещение равновесия в сторону образования летучих продуктов – хлороводорода и водяных паров. При этом также образуется устойчивый к нагреванию тетраборат натрия. Возможность протекания данного химического процесса можно подтвердить и термодинамическими расчетами.
Н /S = 486,6/1 = 486,6 К, или 213,6 °С.Данная химическая реакция протекает при сравнительно небольшом нагревании.
Растворение меди в растворе хлорида железа(III)
Реактивы. Свежеосажденная медь, 10%-й раствор хлорида железа(III).
Проведение опыта . В пробирку помещают немного свежеосажденной меди и приливают раствор хлорида железа(III). В течение минуты происходит растворение меди, и раствор окрашивается в зеленый цвет. Для увеличения скорости реакции раствор можно немного подогреть. При использовании медных опилок, стружек или медной проволоки реакция идет слишком медленно.
Объяснение опыта. Данная химическая реакция используется в радиотехнике для травления плат. При этом протекает процесс, описываемый следующим химическим процессом:
Cu + FeCl 3 = CuCl 2 + FeCl 2 .
Реакция является окислительно-восстановительной. Ион железа Fe 3+ – окислитель, атом меди – восстановитель. Мерой окислительно-восстановительной способности веществ служат их окислительно-восстановительные потенциалы. Чем больше алгебраическая величина стандартного окислительно-восстановительного потенциала данного атома или иона, тем больше его окислительные свойства, а чем меньше алгебраическое значение окислительно-восстановительного потенциала атома или иона, тем больше его восстановительные свойства.
Для определения направления окислительно-восстановительной реакции необходимо найти ЭДС элемента, образованного из данного окислителя и восстановителя. ЭДС (Е ) окислительно-восстановительного элемента равна:
Е = Е (ок-ля) – Е (вос-ля).
Если Е > 0, то данная реакция возможна. Окислительно-восстановительные потенциалы пар Е 0 (Fe 3+ /Fe 2+) = 0,771 В, Е 0 (Cu 2+ /Cu 0) = 0,338 В. Найдем электродвижущую силу реакции:
ЭДС = 0,771 – 0,338 = 0,433 В.
Положительное значение ЭДС подтверждает возможность протекания данной реакции в стандартных условиях.
Растворение меди в растворе аммиака
Реактивы. 15–25%-й раствор аммиака, свежеосажденная медь.
Проведение опыта. В колбу объемом 250–300 мл помещают несколько крупинок свежеосажденной меди и приливают 15–20 мл крепкого раствора аммиака. Колбу закрывают пробкой и сильно встряхивают в течение нескольких секунд. Раствор приобретает голубую окраску.
Объяснение опыта. Растворение меди в растворе аммиака можно объяснить тем, что при окислении меди кислородом воздуха в присутствии аммиака образуется устойчивый комплексный ион, который и определяет направление химической реакции:
2Cu + 8NH 3 + O 2 + 2H 2 O = 2 2+ + 4OH – .
Поскольку реакция является окислительно-восстановительной, можно рассчитать ее ЭДС:
Cu + 4NH 3 – 2e = 2+ , Е 0 = –0,07 В,
O 2 + 2H 2 O + 4е = 4OH – , Е 0 = 0,401 В,
ЭДС = 0,401 – (–0,07) = 0,408 В.
Положительное значение ЭДС, как и в предыдущем опыте, свидетельствует о возможности ее протекания.
Учебный химический эксперимент относится к числу методов обучения, специфика которого заключается в отражении неотъемлемой компоненты науки. Важнейшая особенность химического эксперимента как средства познания состоит в том, что в процессе наблюдения и при самостоятельном выполнении опытов учащиеся не только общаются с конкретными объектами химической науки, но могут видеть и осуществлять процессы качественного изменения веществ. Тем самым учащиеся познают многообразную природу веществ, накапливают факты для сравнений, обобщений, выводов, убеждаются в возможности управления сложными химическими процессами.
Вопросы и задания для самостоятельной работы
1. Какие функции выполняет эксперимент в учебном процессе?
Ответ . Эвристическую, корректирующую, обобщающую и исследовательскую.
2. Какие пути подтверждения гипотезы вам известны?
Ответ . Выведение вытекающих из нее следствий и их верификация, непосредственное обнаружение объектов, дедуктивное выведение из научной теории или закона.
3. В чем заключается основной дидактический недостаток лабораторных опытов?
Ответ . В невозможности полноценного формирования экспериментальных химических умений учащихся.
4. Какие критерии отбора демонстрационного эксперимента к уроку вы используете в своей практике?
(Возможны различные варианты ответа на данный вопрос. Здесь проявляется творческий подход учителя к постановке химического эксперимента.)
1 Злотников Э.Г
. О содержании
понятия «учебный химический эксперимент» в
системе интенсивного обучения. В кн.:
Совершенствование содержания и методов обучения
химии в средней школе.
Л.: ЛГПИ им. А.И.Герцена, 1990.
2 Сурин Ю.В
. Методика
проведения проблемных опытов по химии.
Развивающий эксперимент.
М.: Школа-Пресс, 1998.
Чтобы успешно преподавать химию, учителю необходимо овладеть школьным химическим экспериментом, в результате которого учащиеся приобретают необходимые знания и умения. Школьный химический эксперимент можно разделить на демонстрационный, когда эксперимент показывает учитель, и ученический, выполняемый учащимися. В свою очередь ученический эксперимент подразделяют на два вида:
- лабораторные опыты, проводимые учащимися в процессе приобретения новых знаний;
- практические работы, которые учащиеся проделывают после прохождения одной - двух тем
Во многих случаях практические работы проводятся в виде экспериментального решения задач, в старших классах – в виде практикума, когда после прохождения ряда тем практические работы проводятся на нескольких уроках.
Развитие познавательных интересов учащихся в процессе обучения имеет большое значение для любого учебного предмета. В изучении химии есть свои особенности, которые учителю важно иметь в виду. Прежде всего, это касается использования учебного химического эксперимента, широко применяемого в школе в различных формах. Эксперимент требует от учителя много времени для подготовки и проведения. Только в таком случае может быть достигнут ожидаемый педагогический эффект. При этом необходимо учитывать и свой опыт работы, и опыт других педагогов, известный по литературе и личному общению. Если учитель свободно владеет химическим экспериментом и применяет его для приобретения учащимися знаний и умений, то учащиеся с интересом изучают химию. При отсутствии химического эксперимента на уроках химии знания учащихся могут приобрести формальный оттенок – резко падает интерес к предмету.
Учителю химии необходимо овладеть не только техникой и методикой демонстрационного эксперимента, но и ученическим экспериментом. Иногда могут не удаваться самые простые опыты, когда не соблюдается необходимая концентрация реагирующих веществ в растворах или не учитываются условия проведения химических реакций. Вот почему следует до тонкости изучить простые пробирочные опыты, чтобы руководить в классе проведением ученического эксперимента, оказывать помощь учащимся.
В последнее время все чаще ученический эксперимент осуществляется или методом работы с малым количеством реактивов в небольших колбах и пробирках или полумикрометодом, когда опыты проводят в ячейках для капельного анализа, растворы берут пипеткой по нескольку капель. Если взять канцелярскую скрепку и конец её опустить в ячейку с раствором хлорида меди (11), то через несколько секунд скрепка будет покрыта ярким налетом меди. Полумикрометод экономит не только время учителя и учащихся, но и материальные ценности – дорогие реактивы, материалы, посуду.
Демонстрации опытов – наиболее распространенный вид школьного химического эксперимента, оказывающий сильное влияние на процесс усвоения учениками знаний по химии. При демонстрации опытов на учащихся особенно воздействуют следующие три стороны эксперимента:
1. Непосредственное воздействие самой химической реакции.
Если расположить в порядке значимости факторы, влияющие на учащихся во время демонстрации опытов, то в первую очередь на них будет оказывать воздействие световой раздражитель (вспышки, горение, окраска исходных и получающихся веществ). Большое значение имеют различные запахи, характерные для демонстрируемых и образующихся веществ
в процессе эксперимента. Они могут быть приятными и неприятными, сильными и слабыми. В случаях, когда вещества ядовиты и вредны для здоровья, опыты проводят под тягой или поглощают эти вещества. Третье место будут занимать слуховые раздражители: сильные взрывы или легкие звуки, возникающие при вспышке различных веществ. Обычно звуковые сигналы очень нравятся учащимся. К сожалению, они не всегда сопровождаются нужным педагогическим эффектом.
Немаловажное воздействие оказывают на учеников двигательные процессы (перемещение жидких и твердых веществ, перестановка деталей при сборке приборов). Например, учащиеся с интересом наблюдают за барботированием пузырьков газа в жидкости, движением окрашенных растворов. Если происходящие процессы при демонстрации мало заметны или слабо воспринимаются органами чувств, то демонстрации воспроизводятся с помощью различных приспособлений. Так, плохо видимые химические реакции проецируют на экран, используя графопроектор, компьютер, мультимедиа, интерактивную доску, видеофильм. Иногда целесообразно комбинировать демонстрации – хорошо видимые операции показывают в стеклянной посуде, а отдельные, плохо видимые детали, проецируют на экран.
2. Слово и действия учителя.
Известно, что демонстрации практически никогда не проводят молча. Учитель руководит наблюдением учащихся, направляет их мысль в зависимости от цели демонстрации. От характера этого руководства чаще всего получается различный педагогический эффект демонстрации.
Существенными являются и действия учителя: сборка им прибора, приливание растворов, перемешивание веществ, жестикуляция и т.д.
Нередко эти действия оказывают большое влияние на учащихся, и они иногда принимают их за главный, первостепенный признак, подробно указывая в своих записях, как учитель приливает растворы, смешивает вещества.
3. Различные средства наглядности (рисунки и схемы учителя, формулы и химические уравнения, модели и пр.)
Все они помогают ученикам правильно воспринимать и осмысливать химический эксперимент, подчеркивают плохо видимые детали, содействуют правильному раскрытию химизма демонстраций.
Как эти три стороны демонстрационного эксперимента влияют на учащихся? Демонстрируемые химические реакции имеют существенные и несущественные признаки. Существенный признак – это такой, без которого нельзя правильно воспринять химический процесс. Например, при демонстрации взаимодействия натрия с водой существенными признаками являются выделение водорода и образование щелочи. Несущественные признаки дополняют общую картину демонстрации, делают её более полной. В указанном примере несущественный признак – движение кусочка натрия по поверхности воды.
При наблюдении существенных и несущественных признаков на учащихся влияют сильные и слабые раздражители, возникающие в результате химической реакции. Иногда сильное возбуждение учащихся, полученное ими от действия мощного раздражителя, позволяет “затушевать” слабые компоненты, связанные с существенной стороной демонстрации опыта. Так в указанном примере демонстрации взаимодействия щелочного металла с водой на учеников большое влияние оказывает сильный раздражитель, связанный с несущественным признаком – движением металла по поверхности воды, а образование щелочи и водорода остается без особого внимания. При демонстрации озонатора у учащихся создается наиболее яркое представление о шуме индукционной катушки, которое затмевает суть химического процесса – образование озона. При взрыве гремучей смеси (водорода и кислорода) в жестяной банке на учеников наиболее сильное впечатление оказывает громкий взрыв (несущественный признак), а главный – образование воды – проходит мимо внимания учащихся, хотя учитель и сообщает об этом им. Известно, что для распознавания кислот и щелочей используют различные индикаторы (лакмус, фенолфталеин и др.), которые указывают на дополнительные свойства этих веществ. При демонстрации индикаторов, как установил Д.М.Кирюшин [ 3] в результате неверного сочетания слова и действий учителя учащиеся указывают на изменение окраски кислот и щелочей, а не самих индикаторов.
Как же поступать в случаях, когда ученики при демонстрации эксперимента принимают несущественные дополнительные признаки за существенные, главные? Психологи отмечают, что для предупреждения неверных восприятий у учащихся или их изменения необходимо использовать различные словесные указания учителя. Следует различать два основных типа указаний. Можно указать учащимся, на какие именно особенности предмета надо обращать внимание (положительные указания), и можно указать, на какие особенности не надо обращать внимание (отрицательные указания). При обучении химии, когда ученики воспринимают яркие вспышки и сильные взрывы за главный признак реакции, недостаточно применять только словесные указания, необходимо использовать различные средства наглядности, например, цветные рисунки и схемы в сочетании со словом учителя.
При демонстрации взаимодействия щелочных металлов с водой внимание учащихся необходимо обратить на то, что здесь образуются щелочь и водород. Не надо оставлять без внимания движение кусочка металла по поверхности воды. Учителю целесообразно задать учащимся следующие вопросы: почему он движется? Если бы не выделялся водород, то наблюдалось бы это явление? Чтобы подчеркнуть второй существенный признак данной химической реакции – образование щелочи, обращают внимание учащихся на изменение окраски раствора фенолфталеина.
Важным вопросом демонстрации по химии является количество опытов, которые учитель демонстрирует на уроке. В.Н.Верховский указывал на опасность перегрузки уроков демонстрационным химическим экспериментом. Большое количество опытов мешает ясности и отчетливости усвоения материала учащимися, лишние опыты отвлекают их внимание. Еще более плохие результаты получаются, если учитель демонстрирует недостаточное количество опытов, на основе которых делает теоретические выводы. Если показать ученикам только взаимодействие железа и цинка с кислотой, то у них возникает ошибка, которую трудно исправить даже в старших классах: для получения водорода ученики предлагают азотную кислоту и цинк.
Какое же количество опытов надо демонстрировать на уроке? В каждом отдельном случае учителю необходимо обдумать этот вопрос, руководствуясь тем, что их число должно быть оптимальным. Учащимся надо показать все существенные стороны демонстрируемого процесса при экономной затрате времени на уроке, чтобы в результате они получили осознанные и прочные знания, не забывая, что химический эксперимент оказывает большое влияние на сознание, иногда более сильное, чем слово учителя.
Познавательный интерес учащихся возникает в процессе увлекательного рассказа учителя, например, о ситуации, в которой он когда-то оказался. Рассказ вызывает у ребят положительные эмоции, без которых, как утверждают психологи, невозможно плодотворное обучение. Следует учитывать, что всегда необходимо говорить правду (пусть даже неприятную для самого учителя), так как учащиеся не терпят фальши. Жизненная интерпретация химического эксперимента оказывается наиболее убедительной. Особенно в тех случаях, когда эксперимент бывает небезопасным.
При изучении белого фосфора я вспоминала случай из студенческой жизни, когда в химической лаборатории сидевшая рядом со мной студентка взяла рукой кусочек белого фосфора, который мгновенно вспыхнул. Студентка растерялась, растерла ладонью горящий фосфор по халату, который также вспыхнул. Огонь потушили, но фосфор сильно обжег кожу руки и, проникнув в организм, вызвал его отравление.
Я, готовя смесь бертолетовой соли с красным фосфором для демонстрации на химическом вечере, сильно нажала на комочек бертолетовой соли, произошла вспышка – брови, ресницы, часть волос были опалены, горящий фосфор попал на руки и вызвал долго не заживающие ожоги.
Лаборантка кафедры неорганической химии выбросила остатки реактивов, среди которых оказался металлический калий в раковину – произошел взрыв, керамическая раковина разлетелась на куски.
Коллега из соседней школы рассказывала, когда она проводила опыт взаимодействия натрия с водой не в стакане, не в кристаллизаторе, а в пробирке – она лопнула у неё в руках от взрыва гремучего газа.
Поскольку прием личного опыта учителя ограничен, более широко следует использовать исторический опыт ученых-химиков, не только основываясь на их достижениях, но и не умалчивая об ошибках. Благодаря этому, учащиеся поймут, что развитие химической науки идет не по гладкой, проторенной дороге. Обычно это сложный путь борьбы мнений и доказательств.
Итак, демонстрационный эксперимент по химии необходимо проводить так, чтобы он оказывал эмоциональное воздействие на ученика, способствовал развитию их интереса к изучению химии.
Как утверждал А.Эйнштейн: “Красивый эксперимент сам по себе часто гораздо ценнее, чем двадцать формул, добытых в реторте отвлеченной мысли”.
Литература
- Полосин В.С., Прокопенко В.Г. Практикум по методике преподавания химии – М.: Просвещение, 1989.
- Полосин В.С. Школьный эксперимент по неорганической химии – М.: Просвещение, 1970.
- Кирюшкин Д.М. Опыт исследования взаимодействия слова и наглядности в обучении – М.: Изд-во АПН, 1980.
- Хомченко Г.П., Платонов Ф.П., Чертков И.Н. Демонстрационный эксперимент по химии – М.: Просвещение, 1978.
- Верховский В.Н., Смирнов А.Д. Техника химического эксперимента в школе – М.: Просвещение, 1975.
- Мощанский В.Н. О педагогических идеях Альберта Эйнштейна (к 100-летию со дня рождения) – Советская педагогика, 1979, № 10
Роль химического эксперимента в обучении химии .
Горбачева Ирина Евгеньевна,
Учитель химии
МОУ «Красноярская СОШ № 1»
Не существует достоверных тестов на одарен-
ность, кроме тех, которые проявляются в резуль-
тате активного участия хотя бы в самой малень-
кой поисковой исследовательской работе.
А.Н. Колмогоров
Важнейшая задача современной школы – органическое сочетание обучения, воспитания и развития. Химия как учебный предмет средней школы вносит существенный вклад в ее решение. Ведущее место в преподавании химии занимает школьный химический эксперимент. Это основной и специфический метод обучения, который непосредственно знакомит с химическими явлениями и одновременно развивает познавательную деятельность учащихся.
Обучение, которое формирует навыки учебной деятельности учащихся и непосредственно влияет на умственное развитие и интенсификацию их практической деятельности, принято считать развивающим обучением. В системе современного обучения особенно велика роль химического эксперимента, если он используется не только в качестве иллюстрации, но и как средство познания. Справедливо отмечено: «…умение выполнять практическую работу, провести лабораторный опыт или решить задачу экспериментально, применяя в различных связях знания и практические умения, а также выполнить наблюдения в ходе эксперимента, получить нужный результат, выполнить правила техники безопасности, обобщать экспериментальные данные и т.п. – все это воспитывает самостоятельность действий учащихся».
Однако за последние годы интерес к школьному химическому эксперименту в значительной степени снизился. Это объясняется тем, что снижено количество часов химии, исчезли реактивы, при подготовке к аттестации нет практических работ, поэтому многие учителя, выполняя установки программ, практически перестали творчески подходить к химическому эксперименту. Широкое использование педагогами технических средств обучения также уменьшило их интерес к школьному химическому эксперименту.
В условиях развивающего обучения в настоящее время возникла необходимость поиска новых путей совершенствования школьного химического эксперимента, в особенности ученического. Рационализация современного преподавания химии с широким использованием ученического эксперимента осуществляется посредством продуманной деятельности учащихся по плану, в котором сливаются воедино их умственная и практическая деятельность.
В соответствии с концепцией развивающего обучения при постановке каждого химического опыта важно учитывать: особенности учебного материала, изучению которого помогает опыт; какие законы и теоретические положения, основные химические понятия должны быть усвоены, повторены, углублены, расширены и применены на практике; какие практические умения и навыки будут развиваться с помощью опыта; на что должно быть обращено особое внимание при развитии умственных способностей учащихся; какие воспитательные задачи могут быть реализованы при постановке опыта.
Только включение учащихся в активную экспериментальную познавательную деятельность дает им возможность проникнуть в суть химического явления, освоить его на уровне общих закономерностей курса химии, использовать усвоенный материал в качестве способа дальнейшего познания. Процесс развивающего обучения с использованием эксперимента порождает внутренние стимулы учения, способствует переходу знаний в убеждения, развитию познавательной самостоятельности в деятельности учащихся. Таким образом, все это вносит существенный вклад в формирование у учащихся основ научного мировоззрения.
Эвристическая функция школьного химического эксперимента в развитии учебной деятельности связана, прежде всего, с установлением новых факторов. Уже на первых уроках химии в 7 классе ученики знакомятся с химическими веществами, изучают их свойства, их применение в жизни, узнают много нового, учатся объяснять, например, в 8 классе, добавляя к раствору фенолфталеина несколько капель раствора щелочи, учащийся убеждается в том, что данный индикатор под воздействием щелочи изменяет свою окраску. Приведенный пример – простейший случай установления факта на основе опыта. В реальных условиях, возникающих на уроках, как правило, имеют место значительно более сложные ситуации, включающие установление сразу нескольких фактов. Так, опуская гранулу цинка в раствор серной кислоты, учащийся выясняет: цинк реагирует с раствором серной кислоты; в результате этой реакции выделяется водород. Если выпарить капельку раствора на часовом стекле, то будет очевиден еще один факт: в результате данной реакции образовалось другое, новое вещество – сульфат цинка.
В учебной деятельности химический эксперимент не только позволяет устанавливать факты, но и служит активным средством формирования многих химических понятий. Например, первоначальное формирование понятия «катализатор» базируется на простом химическом опыте разложения пероксида водорода в присутствии оксида марганца (IV).
В пробирку с 2 мл 10%-го раствора пероксида водорода опускают пять гранул оксида марганца (IV). Начинается интенсивное выделение кислорода, наличие которого проверяют с помощью тлеющей лучинки. Как только тлеющая лучинка перестала воспламеняться, осторожно сливают жидкость из пробирки и вновь добавляют в нее 2 мл исходного раствора пероксида водорода. Снова доказывают наличие кислорода. Опыт повторяют в третий раз.
На основании наблюдений учащиеся приходят к выводу, что оксид марганца (IV) в ходе реакции не расходуется. Затем они самостоятельно формируют определение понятия «катализатор» (вещество, которое изменяет скорость химической реакции, но не расходуется при ее осуществлении). В программе Габриеляна на уроке «Реакции соединения» рассматривают влияние сигаретного пепла на скорость реакции, что вызывает интерес, который можно направить на то, что данный опыт можно провести только с взрослыми в их присутствии.
Для реализации целей развивающего обучения значительный интерес представляют выводы зависимостей и закономерностей в химии. Например, при изучении скорости химической реакции необходимо так организовать учебный процесс, чтобы учащиеся сами установили зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ. С этой целью им можно предложить провести взаимодействие раствора иодида калия с раствором пероксида водорода в присутствии крахмала.
В три пробирки, содержащие раствор иодида калия с крахмалом, наливают 3%-ный раствор пероксида водорода: в первую пробирку – с исходной концентрацией, во вторую – разбавленный в два раза и в третью – в 4 раза. С помощью часов фиксируют окончание реакции: во второй пробирке реакция протекает в 2 раза медленнее, чем в первой, а в третьей – в 4 раза.
На основании проделанного опыта учащиеся приходят к выводу, что скорость реакции прямо пропорциональна концентрации реагирующих веществ.
Корректирующая функция школьного химического эксперимента при развивающем обучении позволяет преодолевать трудности в освоении теоретических знаний, исправлять ошибки учащихся, вносить поправки в процесс приобретения экспериментальных умений и навыков, осуществлять контроль приобретенных знаний. Изучение количественных отношений в химии без химического эксперимента вызывает трудности в освоении таких понятий, как «моль», «молярная масса», «молярный объем», «относительная плотность газов», а также в понимании количественных закономерностей, составляющих сущность стехиометрических законов. Эти трудности в перспективе могут быть преодолены путем разработки специальных количественных экспериментов и количественных экспериментальных задач, которые, к сожалению, не предусмотрены существующей программой по химии для основной общеобразовательной школы.
Обобщающая функция химического эксперимента связана с выработкой предпосылок для построения различных типов эмпирических обобщений.
В преподавании химии часто возникают такие ситуации, когда обобщение, сделанное на основе эксперимента, дополняется и уточняется с помощью теории. При формировании обобщенного понятия «реакция замещения» для создания эмпирической базы необходимо провести как минимум три опыта взаимодействия растворов хлорида меди (II) с цинком; сульфата меди (II) с железом; нитрата серебра с медью. Если указанные металлы взять в виде порошков, то учащиеся, наблюдая опыты, могут сделать обобщенный вывод: в этих реакциях было взято по два исходных вещества (простое и сложное) и получилось два новых (простое и сложное). При проведении опыта меди с нитратом серебра можно взять старые монеты, превратив медную в серебрянную.
Однако этот эмпирический вывод недостаточен для обобщенного определения реакции замещения. Привлекая знания атомно-молекулярной теории, учитель объясняет механизм этой реакции и дает следующее определение: «Химические реакции между простым и сложным веществами, при которых атомы, составляющие простое вещество, замещают атомы одного из элементов сложного вещества, называются реакциями замещения».
Исследовательская функция эксперимента обеспечивает самый высокий уровень развивающего обучения школьников. Она связана с развитием исследовательских умений и навыков учащихся по анализу и синтезу веществ, конструированию приборов и установок, освоению для школы методов научно-исследовательской работы. Ученический исследовательский эксперимент в условиях развивающего обучения сочетает преимущественное применение основных приемов научного метода с самостоятельным решением и выполнением учебных исследовательских заданий. Примером исследовательского эксперимента может быть использование мини- проектов, например, в 9 классе по теме «Кальций». Много знакомых веществ содержит кальций, выяснить в каком веществе его больше. Можно взять глюконат кальция, мел яичную скорлупу, кальций дэ три никомед и другие, купить желудочный сок и посмотреть растворение веществ, предварительно их взвесив.
Исследовательская работа развивает черты творческой деятельности, формирует интерес к познанию химических явлений и их закономерностей. Наиболее распространенными и доступными для школьников исследованиями можно считать практические работы по качественному анализу веществ. Однако в химии важны не только качественные, но и количественные показатели.
Если внедрять в учебный процесс исследовательскую деятельность учащихся на межпредметной основе, то можно ожидать повышения уровня системности знаний и дальнейшего их развития, роста творческого потенциала.
В курсе химии изучаются вещества, входящие в состав табачного дыма, и учащиеся узнают об их вредном действии на организм человека. Почему же, несмотря на многочисленные факты, свидетельствующие о вреде курения, число курильщиков не уменьшается? Этот парадокс я и предлагаю исследовать учащимся.
Организационная рабочая группа. Это могут быть учащиеся как разных классов, так и параллельных или одного класса.
Провожу с этой группой теоретические занятия, на которых определяем объект и предмет исследования, цели, вырабатываем рабочую гипотезу, ставим задачи, выбираем методы. Оговариваем сроки выполнения работы и действия каждого участника рабочей группы на данный период. На итоговом теоретическом занятии объявляем, что объект нашего исследования – учащиеся 7 – 11-го классов школы № 1. Предмет исследования – условия и факторы, определяющие отношение учащихся к курению. Цель – на основе эксперимента выявить изменение их отношения к курению.
Выдвигаем гипотезу : если учащийся знает:
Состав сигаретного дыма;
Свойства никотина;
О последствиях курения,
то это приведет к изменению его отношения к курению.
Ставим перед учащимися следующие задачи :
Изучить литературу о распространении курения среди молодежи разных стран.
Изучить литературу о вреде курения.
Выявить отношение к курению учащихся нашей школы.
Изучить культуру знаний о вреде курения среди учащихся нашей школы.
Провести открытый эксперимент.
Выявить отношение к курению учащихся нашей школы после эксперимента.
Выбираем методы исследования : 1) анкетирование; 2) эксперимент.
После теоретической подготовки учащиеся приступают к практической деятельности: работают в Интернете, библиотеках. Собранный материал вместе анализируем, систематизируем и составляем вводную часть. Данный этап учит работать с информацией, развивает мышление, умение находить главное, делать вывод. Все этапы работы не должны быть затянуты во времени, а каждый из них должен иметь логическое завершение.
Собранный и систематизированный материал показывает, что в современном обществе остро стоят проблемы, связанные с курением, и их необходимо решать не только обществу, но и каждому человеку.
Далее группа занимается разработкой анкет для выявления масштабов курения в школе, причин, которые способствуют приобщению молодых людей к курению, влияния маркетинговых усилий табачных компаний на распространенность курения. Вопросы старались сформулировать так, чтобы у исследуемых учащихся было желание ответить на них откровенно и полно. На данном этапе рабочая группа обсуждает различные варианты, и это развивает у ее членов умение вести спор, аргументировать свое мнение.
Следующие этапы – анкетирование и обработка анкет. Предварительно провожу инструктаж с рабочей группой, советую, как преподнести анкету, как убедить в анонимности полученной информации. Члены группы учатся работать с аудиторией. По результатам анкетирования они составляют таблицы и делают выводы.
Анализ анкет выявляет парадокс: зная о свойствах никотина и последствиях курения, 30% учащихся курят. Рабочая группа приходит к выводу, что распространенный факт – 7 капель никотина убивают лошадь - имеет весьма отдаленную опасность, с точки зрения учащихся.
Суть открытого эксперимента заключается в следующем. Через школьную печать сообщают, что группа исследователей приглашает всех желающих посмотреть действие табачного дыма и никотина на тараканов, и указывают время и место. Обычно набирается много зрителей, тогда один и тот же эксперимент можно ставить в одно и то же время, но в разных местах.
Учащиеся могут наблюдать, что происходит с исследуемыми насекомыми.
Самые легко приспосабливающиеся к условиям обитания и внешним воздействиям насекомые – тараканы – могут находиться в замкнутом пространстве с объемом воздуха 500 мл 12 дней. Если этот воздух вытеснить дымом сигареты без фильтра или сигареты с фильтром, продолжительность жизни тараканов снижается до 2 мин, жизни тараканов сокращается в 4 раза. Это свидетельствует о том, что пассивное курение опасно для организма.
Это свидетельствует о том, что наглядный эксперимент может произвести достаточно сильное впечатление на ребят и сформировать у них отрицательное отношение к курению.
По окончании работы члены группы готовят ее стендовую и слайдовую защиту к школьной научно-исследовательской конференции совместно с учителями биологии в рамках недели естественных дисциплин. Сами ученики определили меры борьбы с курением.
Любому обществу нужны одаренные люди, и задача общества состоит в том, чтобы рассмотреть и развить способности всех своих членов. К большому сожалению, далеко не каждый человек способен реализовать свои способности. Очень многое зависит от семьи и от школы.
Много лет назад был высказан главный тезис назначения школы: «Школа должна заниматься поиском индивидуальности». Поэтому так важно именно в школе выявить всех, кто интересуется различными областями науки, и помочь им претворить в жизнь их планы и мечты, более полно раскрыть свои способности.
Исследовательская деятельность – это один из способов активизации творческого потенциала личности.
Творческая исследовательская деятельность учащихся рассматривается в педагогике как деятельность, направленная на создание качественно новых ценностей, важных для формирования их личности как общественного субъекта на основе самостоятельного приобретения субъективно новых знаний и умений, значимых для них на данном этапе развития.
В настоящее время сформировалась различные подходы к определению видов исследовательской деятельности, к которым относят поисковую, экспериментальную, междисциплинарную, проектную, техническую, творческую деятельность и другие, осуществляемые как на уроках, так и во внеурочное время.
Вместе с тем любые ее виды предполагают овладение учащимися технологиями творчества, приемами творческой исследовательской работы.
Исследовательская деятельность учащихся обусловлена, прежде всего, познавательными мотивами и направлена на решение познавательных проблем, создание качественно новых ценностей, важных для формирования таких качеств личности, как самостоятельность, творческая активность и индивидуальность. Таким образом, подобная деятельность не только свободна по выбору, внутренне мотивирована, но и предполагает осознание учащимися цели и подчинение этой цели других своих интересов.
Организация исследовательской деятельности учащихся в процессе изучения химии позволяет не только развивать их химическую смекалку, но и выявлять наиболее одаренных учащихся, вовлекать их в процесс самообразования и саморазвития.
Практические работы можно проводить на факультативах, исследуя обычные вещества.
1. Цветная реакция салициловой кислоты с хлоридом железа (III).
В пробирку помещают 5-6 капель насыщенного раствора салициловой кислоты и прибавляют 2 капли 1%-го раствора хлорида железа (III). Раствор окрашивается в темно-фиолетовый цвет, что указывает на наличие в салициловой кислоте фенольного гидроксила.
2 . Доказательство отсутствия фенольного гидроксила в ацетилсалициловой кислоте (аспирине).
В пробирку помещают 2-3 крупинки ацетилсалициловой кислоты, добавляют 1 мл воды и энергично встряхивают. К полученному раствору прибавляют 1-2 капли раствора хлорида железа (III). Фиолетовое окрашивание не появляется. Следовательно, в ацетилсалициловой кислоте
HOOC - C 6 H 4 - O - CO - CH 3
отсутствует свободная фенольная группа, так как это вещество – сложный эфир, образованный уксусной и салициловой кислотами.
3.Гидролиз ацетилсалициловой кислоты.
В пробирку помещают 2-3 крупинки ацетилсалициловой кислоты и добавляют 2 мл воды. Доводят содержимое пробирки до кипения и кипятят в течение 0,5-1 мин. Затем к полученному раствору прибавляют 1-2 капли раствора хлорида железа (III). Появляется фиолетовое окрашивание, что указывает на выделение салициловой кислоты, содержащей свободную фенольную группу. Как сложный эфир ацетилсалициловая кислота легко гидролизуется при кипячении с водой. Составляют уравнение этой реакции.
Раствор хлорида железа (III) применяют также для определения чистоты ацетилсалициловой кислоты, которая при неправильном хранении разлагается на салициловую и уксусную кислоты.
Молоко – питательное вещество, представляет собой эмульсию молочных (жировых) шариков в молочной плазме. В состав молока входят вода, жиры, белки (казеиноген, молочный альбумин и молочный глобулин), углеводы (лактоза и в небольшом количестве глюкоза), ферменты (амилаза, липаза, каталаза и др.), витамины (А, С, D, группы В и др., а также провитамины А - каротины), минеральные вещества (соли калия, натрия, кальция, магния и др.).
Молоко травоядных и всеядных животных имеет обычно нейтральную реакцию среды, рН молока составляет 6,5-7,0.
1.Определение реакции молока на лакмус и фенолфталеин.
В пробирку наливают 1 мл молока и смачивают им лакмусовую бумажку, после чего в пробирку добавляют 2-3 капли раствора фенолфталеина. Отмечают реакцию молока на лакмус и фенолфталеин.
2.Осаждение казеиногена.
В небольшую колбу наливают 2,5 мл молока и 5 мл дистиллированной воды, перемешивают содержимое колбы и добавляют по каплям 1 мл 3%-ного раствора уксусной кислоты. Затем опять хорошо перемешивают содержимое и оставляют стоять на 5-10 мин. Выпавший осадок (казеиноген и жиры) отфильтровывают, а фильтрат разливают по пробиркам и используют в следующем опыте(3).
После промывания водой осадок растворяют на фильтре 1%-ным раствором гидроксида натрия. С полученной жидкостью проделывают биуретовую реакцию. Отмечают, получится ли эта реакция и почему.
3.обнаружение глюкозы.
Фильтрат, полученный в опыте 2, используют для обнаружения глюкозы реакцией с гидроксидом меди (II). В пробирку с 3-4 каплями раствора сульфата меди (II) приливают 1 мл раствора гидроксида натрия. К полученному осадку приливают фильтрат и взбалтывают смесь. Затем содержимое пробирки нагревают. Наблюдают за происходящими изменениями и составляют уравнение реакции окисления глюкозы гидроксидом меди (II).
Очень важным является домашний эксперимент. Детям младшего возраста интересно проводить его дома, а если помогают родителя, это еще лучше. При изучении темы «Растворы» можно вместе с родителями получить дистиллированную воду, используя два чайника и стакан. При изучении темы «Гидролиз» исследовать соли на свойства и реакцию среды, можно самим приготовить индикаторы. Самым интересным бывает эксперимент по выращиванию кристаллов. Получаются кристаллы только у очень аккуратных и терпеливых ребят.
Проводя эксперимент на уроках и во внеурочное время каждый учитель, прежде всего, стремится увлечь своим предметом ребят, ведь не секрет, что лучше всего опыты получаются у не очень способных на уроках учеников. Поэтому нужно поощрять, поддерживать их успех, может именно из них вырастут Бранды, Нобели или другие выдающиеся личности.
Выпуск:
УДК 371.388:372.854
Библиографическое описание статьи для цитирования:
Сафарова М. А., Карпенко Г. М. Химический эксперимент в современной школе как важнейший инструмент естественнонаучного образования // Научно-методический электронный журнал «Концепт». – 2013. – № 12 (декабрь). – С. 31–35..htm.
Аннотация. В статье представлено обобщение сведений об использовании экспериментальных работ различного характера на уроках химии и во внеклассной работе. Предложены возможные темы научно-исследовательских и домашних экспериментальных работ.
Текст статьи
Сафарова Марина Александровна,учитель химии МОУ «Лицей№15», г. Саратов[email protected]
Карпенко Галина Михайловна,учитель химии МОУ «Лицей№15», г.Саратов[email protected]
Химический эксперимент в современной школе
как важнейший инструмент естественнонаучного образования
Аннотация.В статье представлено обобщение сведений об использовании экспериментальных работ различного характера на уроках химии и во внеклассной работе. Предложены возможные темы научноисследовательских и домашних экспериментальных работ. Ключевые слова:химический эксперимент в школе, процесс обучения, исследовательская работа, специфический метод обучения, компетентностный подход.
Красивый эксперимент сам по себе часто гораздо ценнее, чем двадцать формул, добытых в реторте отвлеченной мысли.А.ЭйнштейнСовременная тенденция гуманизации образования предполагает развитие личностной природы индивидуума, инсталляцию образовательного материала в соответствии с интересами и потребностями ученика, создание условий для самоопределения, самореализации личности ребенка, снабжения его разума не готовыми знаниями и фактами, а инструментами для обучения. Ведущим фактором такой формы обучения становится проблемнопоисковая, проектноисследовательская ориентация. Успешность сегодняшних образовательных технологий определяется системой совместных целенаправленных действий обучающего и обучаемого для достижения запланированных результатов обучения, воспитания и образования. Если говорить о месте эксперимента в современном школьном естественнонаучном образовании, то, несомненно, стоит отметить его недостаточное использование вследствие некоторых причин: сокращение часов предмета химии, ограничении используемых реактивов и материалов. Однако эффективное использование эксперимента и экспериментальных данных на всех этапов урока и внеклассного мероприятия служит инструментом активизации познавательной активности обучающихся, развитию исследовательских умений, аналитических и рефлексивных возможностей, социализации и адаптации индивидуума в социуме. Считается, что в данном случае задействована эмоциональная память обучающегося, что позволяетулучшить запоминание и понимание знания, а также соединить воедино теоретический и практический аспект науки. Обсуждение видов и целесообразности применения эксперимента на разных этапах урока было проведено в работах Е.В.Тягловой , И.В.Ширшиной , В.Я.Вивюрского , Э.Г.Злотникова ,Использование эксперимента возможно в виде нескольких форм организации, как иллюстрационный (демонстрационный) эксперимент, лабораторные опыты и работы, практические работы и опыты, внеклассный (исследовательский) и домашний эксперимент . Для эффективной реализации экспериментальной составляющей урока необходима детальная проработка всех этапов эксперимента. Преподавателю необходимо учитывать наглядность данного эксперимента, его безопасность для учителя и учеников (необходимо соблюдать все меры предосторожности), целесообразность применения для освещения конкретной проблемы. Полученные данные и результаты исследования должны быть трактованы, снабжены логичными и верными комментариями и выводами.Если рассмотреть структуру урока, то экспериментальной составляющей на любой фазе урока найдется соответствующая ниша. Так, на этапе инициации, при сообщении целей урока и планирования его результатов использование проблемного эксперимента с нестандартным содержанием или неожиданным результатом способно побудить учеников включиться в активнопознавательную деятельность на уроке, заинтересовать обучающихся. Как правило, такой демонстрационный эксперимент может быть проведен учителем,либо специально подготовленным обучающимся, незаменимо так же использование материалов виртуальной лаборатории. Примерами такого рода экспериментов могут служить демонстрация электропроводности различного типа растворов и твердых тел в преддверии объяснения темы: «Электролитическая диссоциация», демонстрация различной скорости протекания реакции в зависимости от ее условий перед объяснением темы «Кинетика реакций», демонстрация различия признаков химических и физических превращений перед объяснением темы «Физические и химические явления» и т.д.. Практика показывает, что привлечение проблемного эксперимента на этой стадии урока делает обучающегося не сторонним наблюдателем, а активным участником поискового процесса, ученик заинтересован и направлен на решение вопроса: «Почему?», ответ на который он в обязательном порядке должен получить в конце урока (идеальным вариантом является, если выводы им сделаны будут самостоятельно с контролем и направлением со стороны учителя).В процессе актуализации материала на уроке, включающей интеракции всех участников образовательного процесса, демонстрационноисследовательский эксперимент и лабораторные опыты (работы) позволяют визуализировать химические процессы и реакции, закрепить полученные знания и навыки, получить подтверждение гипотезе, сформированной учеником при просмотре проблемного эксперимента в начале урока (или опровергнуть ее). В данном случае преподаватель предлагает учащимся провести несложные опыты по определенному алгоритму, наверняка приводящим к искомому результату. Немаловажно, когда учитель призывает ребят к дискуссии, комментируя и резюмируя выводы обучающихся, а у ребенка складывается четкая позиция правильности и последовательности полученных результатов. Так химические свойства классов неорганических соединений и органических веществ целесообразно проводить в виде лабораторных опытов. Каждому обучающемуся выдается набор реактивов, включающих в себя индикаторы, растворы кислоты и щелочи, воду. Проводя эксперимент, ученик закрепляет полученные знания. При этом для устранения возможных неточностей в трактовке результата и ошибок в проведении эксперимента, учитель обращает внимание на их наличие. Необходимо обратить внимание на тот факт, что один из кислотных оксидов с водой взаимодействовать не будет, о чем скажет отсутствие изменения окраски индикатора, а амфотерные оксиды и основания проявляют двойственные кислотноосновные свойства. Лабораторные опыты знакомят обучающегося с небольшим конкретизированным набором фактического материала, позволяя обучающемуся решить определенную исследовательскую задачу, подтвердить или конкретизировать конкретное понятие или процесс, совершенствовать экспериментальные знания и навыки. Как правило, такие опыты включают 2–3 простых операции с веществами, но должны сопровождаться обоснованными выводами, записью в тетради или лабораторном журнале ученика. Похожие явления или процессы, с которыми встречается ученик в повседневной жизни можно взять также за источник информации, описать, по аналогии с реакциями в пробирке, явления, происходящие вокруг нас. Мировоззренческая и образовательная функция проблемного и исследовательского эксперимента позволяет обучающимся формировать и корректировать собственные представления о различных процессах и явлениях, связывать лабораторный опыт и бытовое или промышленное явление, использовать полученные навыки на следующих этапах изучения и для объяснения похожих явлений и процессов. На этапе закрепления материала возможно включение эксперимента в виде практической работы, а возможно использованиезадач и заданий, основанных на полученных ранее экспериментальных данных или составление их для ситуаций, требующих практического решения (метод кейсов). В данном случае можно говорить о реализации компетентностногоподхода в обучении, межпредметных связях и применении знаний и умений в конкретных жизненных ситуациях . Практическая работа, несомненно, охватывает большой раздел материала и требует от обучающегося предварительной теоретической подготовки, знания и умения безопасной работы и грамотности в обращении с реактивами и оборудовании. Ученик самостоятельно или же при помощи учителя ставит перед собой цель эксперимента, проводит соответствующие манипуляции, наблюдает химическое явление или процесс, описывает его сущность, вносит свои наблюдения в тетрадь, записывает в большинстве случаев уравнение химической реакции. Учителем при проведении данного вида экспериментальных работ должна быть оказана дифференцированная помощь. В практические и лабораторные работы целесообразно включать небольшие творческие задания. Так, определение галогенидов с применением нитрата серебра можно испробовать не только на лабораторном растворе, но и на обычной водопроводной и минеральной воде (например, иодированной), свойства органических соединений, качественные реакции на различные функциональные группы можно провести с использованием различных лекарственных средств. определение аминокислот, молочной кислоты с помощью соли железа можно провести для сравнения в смыве с кожи, крахмал, лактозу, глюкозу можно обнаружить в пищевых объектах. Обучающимся можно предложить составить алгоритм решения подобного задания для другого набора реактивов, другого набора объектов и условий. На уроке по теме «Смеси» ученикам была предложена практическая задача на выбор, при проведении практической работы «Приготовление раствора определенной концентрации» готовили раствор сахара в чае (взвешивали столько ложек, сколько обучающийся ежедневно кладет в чай), обнаружение карбонат иона проводили на кусочке мрамора, раковине, скорлупе от яйца, обнаружение крахмала с помощью раствора иода проводили на многих пищевых объектах. Как правило, такие задания заставляют обучающихся применить полученные знания на решении здоровьесберегающих, экологических и производственнобытовых проблем. Следующий этап урока –рефлексияполученных знаний и навыков, критический анализ полученной информации и собственных достижений на этапах урока. На этом этапе ученик осмысляет ход и результаты всего занятия, информация, полученная на уроке из различных источников, формирует устойчивые и отчетливые образы новых умений и навыков. Все использованные факты и данные необходимо четко связать с полученными результатами, все проблемные и исследовательские вопросы урока должны быть решены. В настоящее время широко реализуется практика внедрения домашнего эксперимента , что несомненно служит не только расширению и углублению знаний и навыков обучающихся, способствует удовлетворению исследовательских и познавательных интересов учеников, но и способствует развитию творческой деятельности, осуществление связи наукажизнь. Особенно такого рода деятельность интересна и необходима для обучающихся 7–9хклассов. В процессе подготовки и проведения домашнего эксперимента ученик приобретает необходимые экспериментальные навыки, закрепляет правила безопасного обращения с оборудованием и веществами, развивает творческое мышление и удовлетворяет потребность в творчестве. Ребенок не ограничен во времени, может использовать доступные реактивы и оборудование, планирует и проводит эксперимент, описывает, руководствуясь имеющимися знаниями, составляет отчет и записывает выводы. Однако при проведении эксперимента преподаватель должен быть уверен, что ученик проведет эксперимент правильно с соблюдением техники безопасности и получит соответствующие выводы, поэтому роль преподавателя состоит в четком инструктировании проведения опыта, обсуждении и проверке полученных результатов.Следует отметить, что систематическое использование домашнего эксперимента при изучении химии в школе обеспечивает развитие мотивации к изучению предмета, положительное отношение школьника к получению знаний, практическая подоплека теоретического знания по химии, популяризация химической науки, расширение сферы применения знаний .Можно рассматривать домашний эксперимент как способ проверки истинности знаний. В каждом доме есть импровизированная химическая лаборатория с набором специфических реактивов и оборудования. Методика выполнения работ и правила безопасности должны быть понятны ученику. Домашний химический эксперимент должен выполняться только с разрешения родителей. Примерами заданий для домашнего эксперимента я использую следующие: разделение смесей различными методами (раздаются готовые смеси с инструктированием по разделению);экстрагирование и хромотография, как способы разделения смеси. В данном случае ученику предлагается экстрагировать с помощью спирта зеленый пигмент (хлорофилл) из листа зеленого растения и с помощью бумажной хромотографии провести разделение экстракта на два компонента; окрашивание пламени ионами металлов в различные цвета; исследование индикаторной способности различных природных красителей, выделяемых из доступных веществ; явление адсорбции различных веществ (как вариант предлагается адсорбция активированным углем красителя из гуашевых красок, раствора чая или другого окрашенного или пахучего вещества), изучение действия этилового спирта или других веществ на прорастание семян или луковиц;выращивание кристаллов поваренной соли и медного купороса; изучение воздействия температуры и катализаторов на скорость разложения пероксида водорода; изучение источников тока из подручных материалов;определение витамина С в продуктах питания и т.д.Присистематической реализации таких заданий у обучающихся возникает потребность к познавательному творчеству, формируются интеллектуальные, организационные и технические умения и навыки, создаются предпосылки для выбора предмета химии для профильного изучения.Особую ценность несет научнопроблемный, проектноисследовательский эксперимент . Как правило, его осуществление возможно за рамками урока на внеурочных или кружковых занятиях. В отличии от домашнего химического эксперимента проектноисследовательская работа включает в себя несколько блоков: сбор и поиск информации по теме, подготовка и реализация эксперимента в школьной химической лаборатории, анализ и обработка полученных результатов, оформление и представлении работы перед аудиторией на школьной конференции. Такая деятельность может включать три различных степени свободы: реализация исследовательской работы индивидуально или в малой группе по уже известной схеме, но с непредсказуемым результатом. Например, с группой учеников мною проводилась работа по сравнительному изучению содержания нитратионов в фруктах и овощах. Обучающимися проводилась пробоподготовка, анализ по предложенной методике соответствующих объектов и занесение результатов в лабораторный журнал. Обобщение результатов такого экспериментального задания происходит, как правило, в форме дискуссии или диалога, порезультатам которого учениками;реализация обучающимися исследовательской работы по изучению конкретного объекта с помощью, выбранных ими в сотворчестве с учителем, методами и методиками. В качестве примера можно предложить выделение и исследование поведения природных индикаторах в растворах различной кислотности; синтез органических и неорганических веществ; количественное и качественное определение различных компонентов в природных объектах;в данном случае обучающийся сам формирует проблему, выбирает цели и пути проведения исследования. Роль учителя заключается в компетентном направлении и консультировании обучающегося. Ученик со всех сторон анализирует возможный объект исследования, рассматривая возможные методы, проводит возможный эксперимент и обрабатывает полученные результаты исследования, предоставляя конкретный результат на обсуждение, защищает собственную позицию, руководствуясь полученными знаниями и навыками.В своей практике нами были реализованы следующие темы практикоисследовательских работ: анализ воды из различных источников; природные индикаторы; исследование фруктов и овощей на присутствие нитратов; что мы едим? Пищевые добавки; кислоты в природы; детергенты в нашей жизни; экологический мониторинг водопроводной воды Саратовской области; волшебные кристаллы; наножелезо и т.д. Данные работы были представлены на конференциях различного уровня и получили дипломы в различных номинациях.Должное внимание химическому эксперименту на уроках и во внеурочной деятельности позволяет: стимулировать интерес обучающихся к предмету, увеличить мотивацию, успешность в освоении науки; отработать навыки и способы безопасной работы с реактивами и оборудованием. Систематическое использование экспериментальной работы на различных этапах урока и во внеурочной деятельности позволяет учителю привить обучающимся потребность в получении и успешной обработки результатов исследования, показать уникальность и взаимосвязь процессов и явлений в природе, быту, теле человека; сделать упор на здоровьесберегающие и экологические проблемы; повысить интеллектуальный уровень учеников, укрепить позицию личности в социуме. Проведение экспериментальных работ требует от преподавателя овладения соответствующей методикой проведения такого рода работ, подготовка, инструктирование, дифференцированная помощь при проведении и обсуждении результатов целесообразных опытов и работ. Только атмосфера сотворчества и сотрудничества ученика и учителя позволит сделать эксперимент эффективным инструментов в обучении, воспитании, всестороннем развитии личности.
Ссылки на источники1.Тяглова Е.В. Исследовательская деятельность учащихся по химии.–М.: Глобус, 2007.–224с.2.Ширшина И.В.Химия. Проектная деятельность обучающихся.–Волгоград: Учитель, 2006. –184 с.3.Вивюрский В.Я. Методика химического эксперимента в средней школе // Химия. Приложение к газете «Первое сентября».–URL:http://him.1september.ru/2003/28/4.htm.4.Маркина И.В.Современный урок химии.–Ярославль: Академия развития,2008.–288с.5.ГабриелянО.С., ВатлинаЛ. П. Химический эксперимент в школе.–М.: Дрофа, 2005. –224 с. 6.ЗлотниковЭ.Г.Химический эксперимент как специфический метод обучения// Химия. Приложение к газете «Первое сентября».–URL:http://him.1september.ru/articlef.php?ID=200702404.7.ГабриелянО.С., КрасноваВ.Г.Компетентностныйподход в обучении химии//Химияв школе.–2007.–№2. –С.16–21.
8.Еременко Е.Б. Ведение домашнего эксперимента в процессе обучения химии семиклассников // Фестиваль творческих идей «Открытый урок».–URL:http://festival.1september.ru/articles/565314.
9.Казанцев Ю.Н., Кривенко В.А. Из опыта использования индивидуальных домашних заданий // Химия в школе. –2010. –№3.–С. 41–46. 10.БалаевЛ.И. Домашние практические задания // Химия в школе. –2010. –№3.–С. 71–74. 11.Штремплер Г.И. Домашняя химическая лаборатория. –М.: Просвещение, 1996. –96 с.12.Штремплер Г.И. Методика учебного химического эксперимента в школе.Саратов,2008.–284 с.
Safarova Marina,chemistry teacher, Lyceum № 15, [email protected] Galina,chemistry teacher, Lyceum № 15, [email protected] experiment in the modern school as the most important tool of natural sciences educationAbstract. The authors present the synthesis of information about the use of various types experimental work at chemistry lessons and during the extracurricular work: the possible topics of research and experimental home work. Keywords:chemistry experiment at school, learning process, research, specific teaching method, competence approach.
