§ 2.1.7. МЕТОДИКА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В ОБУЧЕНИИ ХИМИЧЕСКИХ ЗАДАЧ РОЛЬ ЗАДАЧ В ОБУЧЕНИИ ХИМИИ И ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ

Велика развивающая функция решения задач, которая формирует рациональные приемы мышления, устраняет формализм знаний, прививает навыки самоконтроля, развивает самостоятельность .

Образовательная роль задач выражается в том, что, например, расчетные задачи раскрывают перед учащимися количественную сторону химии как точной науки.

Необходимо помнить, что решение задач — это не самоцель, а средство обучения, способствующее прочному усвоению знаний.

Классифицируют задачи по типам решений, в основном на качественные и расчетные.35

Качественные задачи по химии

Среди широко известных типов качественных задач можно указать следующие: 1.

Объяснение перечисленных или наблюдаемых явлений: почему реакция карбоната кальция с серной кислотой начинается сначала бурно, а затем прекращается? Почему при нагревании сухого карбоната аммония вещество исчезает из пробирки? 2.

Характеристика конкретных веществ: с какими веществами и почему может реагировать соляная кислота? С какими из перечисленных веществ будет вступать в реакцию соляная кислота? 3.

Распознавание веществ: в какой из пробирок находятся кислота, щелочь, соль? В какой из пробирок находятся соляная кислота, серная, азотная? 4.

Доказательство качественного состава веществ: как доказать, что в состав хлорида аммония входят ион аммония и ион хлора? 5.

Разделение смесей и выделение чистых веществ: как очистить кислород от примеси оксида углерода (IV)? 6.

Получение веществ: получить хлорид цинка всеми возможными способами.

К этому же типу задач относят и цепочки превращений, а также получение вещества, если дан ряд других веществ как исходных. Могут быть задачи на применение прибора, например: указать, какой из приборов можно использовать для собирания аммиака, кислорода, водорода, хлора и т. д. (рис. 2.1.)

Задачи решают устно, письменно или экспериментально.

Расчетные задачи по химии

При обучении учащихся решению расчетных химических задач следует помнить, что решение задач — это не самоцель, это средство, способствующее более глубокому пониманию и усвоению химических понятий и в первую очередь количественных.

Обычно у учащихся при решении расчетных химических задач возникают затруднения особого порядка, связанные именно со спецификой химической науки.

Прежде всего они вызваны тем, что химические расчеты требуют использования особой физической величины, называемой «количество вещества» и ее единицы — моля. При этом важно учесть, что для понимания этой величины очень мало опорных понятий, что не способствует реализации принципа доступности. Эти абстрактные понятия труднодоступны для учащихся, так как они не имеют аналогии в других, предшествующих химии предметах.

Кроме того, для непосредственного измерения определенного количества вещества нет соответствующих приборов. Можно измерить массу, объем, но не количество вещества в молях. Оно определяется опосредованно, расчетом. Поэтому учащимся VIII класса, у которых абстрактное мышление еще недостаточно хорошо развито, следует облегчить усвоение этого материала, по возможности привлекая наглядность, хотя и это очень трудно, потому что требует развитого воображения. Понятие «количества вещества» полезно объяснять, исходя из числа структурных частиц N, а «моль» — из числа Авогад- ро Na. ЭТО переводит объяснение в конкретную плоскость.

Вторая причина трудностей в том, что в химии при расчетах приходится оперировать двумя рядами формул — химическими и математическими.

Подбирать задачи нужно так, чтобы возникала необходимость использовать эту единицу. И лишь тогда, когда в созна- нии учащихся утвердится, что количественные отношения веществ всегда выражаются в молях, можно учить переходным формулам, показать взаимосвязь массы и количества вещества, объема и количества вещества (см. схему 2.2.).

Схема 2.2

Схема взаимосвязи физических величин

Еще одна трудность заключается в том, что иногда название величин вступает в противоречие с прежними, прочно утвердившимися понятиями учащихся. Например, величину «молярная масса» учащиеся воспринимают как массу, но размерность ее не грамм (как должно быть у массы), а «г/моль» (отношение массы к количеству вещества). Та же ситуация и с молярным объемом.

Очень важно правильно объяснить, что такое молярная масса М и что такое молярный объем Vm, показать их размерность и объяснить, как с их помощью осуществляется переход от массы и объема к количеству вещества и обратно. Нужно рассказать о постоянной Авогадро Na- Учащиеся должны всеми формулами пользоваться сознательно. Общие формулы всегда абстрактны, выражают обобщенные подходы к решению, а в каждой задаче они конкретизируются, Полезно довести до сведения учащихся схему, отражающую систему количественных понятий, связи между ними и переходные формулы, выражающие связи между этими понятиями.36

Для самоконтроля и для лучшего запоминания учителя иногда на первом этапе вывешивают настенную таблицу со схемой и формулами.

Решение расчетных задач по химии очень тесно связано с физикой и математикой. Эти межпредметные связи надо постоянно иметь в виду.

В курсе физики величина «количество вещества» изучается значительно позднее, чем в химии. Поэтому важно правильно сформировать понятие о ней, чтобы в дальнейшем у учащихся не возникало противоречий.

Методику решения задач также полезно связать с физикой, сохраняя форму записи условия и решения. Этого требует и соблюдаемый в школе единый орфографический режим. Кроме того, гораздо более рационален физико-математический путь решения, когда все расчеты производят сначала в буквенных выражениях и лишь после этого подставляют числовые значения. Проиллюстрируем форму записи, например, на задаче:37

«В лаборатории чистое железо можно получить по реакции его оксида FeO с водородом при повышенной температуре. Составьте уравнение реакции (один из ее продуктов — вода) и рассчитайте необходимые количества оксида и водорода для получения 1 г железа».

Дано: Решение

m(Fe) = 1 г FeO + Н2 = Fe + Н20

M(Fe) = 56 г/моль 1 моль 1 моль 1 моль vНайти: (FeO) (моль) (Н2) (моль) Ответ: Для получения 1 г железа требуется 0,18 моль водорода и 0,18 моль оксида железа.

Набор расчетных задач в школьном курсе химии невелик. Различают обычно расчеты по формулам и расчеты по уравнениям реакций. Особо выделяют задачи, связанные с растворами.

В некоторых программах оговорено, в каких темах какие типы задач следует вводить, в других право выбора предоставляется учителю. Поэтому приведем только перечень типов задач, решение которых учащиеся осваивают в школе. A.

Расчеты по формулам: —

Вычисление относительной молекулярной массы вещества. —

Вычисление отношения масс атомов элементов в сложном веществе. —

Вычисление массовой доли элемента в веществе (в % ). —

Вычисление массы определенного количества вещества. —

Вычисление масс и объемов газов (при н.

Вычисление относительной плотности газов.

Б. Расчеты по уравнениям —

Вычисление масс веществ или объемов газов по известному количеству вещества одного из вступающих в реакцию или образующихся в результате ее веществ. —

Вычисление объемных отношений газов по химическим уравнениям. —

Расчет по термохимическим уравнениям количества теплоты по известному количеству и массе одного из участвующих в реакции веществ. —

Расчеты по химическим уравнениям, если одно из реагирующих веществ дано в избытке. —

Определение массовой доли выхода продукта от теоретически возможного. —

Вычисление массы продукта реакции по известной массе исходного вещества, содержащего определенную массовую долю примесей. B.

Расчеты на выведение формул веществ

Нахождение молекулярной формулы газообразного вещества на основании его плотности и массовых долей входящих в него элементов (в %).

Г. Расчеты массовой доли вещества в растворе (в %)

Расчеты по определению массовой доли растворенного вещества (в %) в растворе и массы растворенного вещества по известной массовой доле его в растворе. Обучение учащихся решению расчетных химических задач следует начинать постепенно. Сначала научить подсчитывать относительную молекулярную массу Мт, постепенно переходить к молярной массе М (г/моль), затем к решению задач по химической формуле веществ и затем к расчетам по химическим уравнениям. При этом вначале расчеты не следует усложнять. Начинают их производить обязательно в молях, подбирая условия так, чтобы не требовалось перевода в граммы или литры. Впоследствии такой перевод будет казаться вполне естественным. Конечно, содержание задач обязательно должно быть согласовано с изучаемой темой. Нельзя, например, требовать расчета объема газа, если еще неизвестен закон Авогадро и молярный объем.

И только после всего этого допустимы всевозможные усложнения задач и их комбинирование, широко используемые для составления олимпиадных и конкурсных задач.

Нередко при решении задач приходится видеть скучающие глаза учеников, которые считают, что химические расчеты вовсе не нужны.

О едином методическом подходе к решению задач по химии

В решении задач должен соблюдаться единый методический подход. Ведущая роль в обучении учащихся решению задач принадлежит учителю. Но нельзя недооценивать и самостоятельности учащихся при решении задач. При переходе от одного этапа к другому следует руководствоваться рекомендациями по формированию умений. Рассмотрим сущность этих этапов.

Выбирая задачу для учащихся, учитель обязан оценить ее с точки зрения следующих целей. 1.

Какие понятия, законы, теории, факты должны быть закреплены в процессе решения, какие стороны свойств изучаемого вещества и химические реакции отмечены в процессе решения. 2.

Какие приемы решения задачи должны быть сформированы. 3.

Какие мыслительные приемы развиваются в процессе решения задачи. 4.

Какие дидактические функции выполняют данные задачи. Если учитель ставит перед собой цель — закрепление тео- ретического материала, то метод решения задачи должен быть уже известен учащимся.

Если учитель хочет объяснить новый тип задачи по методу решения, то учащиеся должны свободно оперировать учебным материалом. Одновременно обе цели ставить не рекомендуется.

Задачу учитель решает заранее и проверяет ответ, чтобы убедиться, что он правильный.

На уроке в классе учитель актуализирует знания учащихся, которые используются при решении задачи. Затем проводится анализ условия задачи. Учитель кратко его записывает с помощью символов и условных обозначений, как уже было показано выше. Далее разрабатывают план решения и по возможности выражают его в общем виде с помощью указанных выше формул, соблюдая все правила, которым учащиеся обучены на уроках математики и физики. Только после этого приступают к числовому решению и проверяют ответ.

Если цель решения — изучение нового типа задач, то четко формулируют алгоритм, который учащиеся записывают в тетрадь, и отмечают, какому типу решения он соответствует. В младших классах алгоритм может быть выражен в виде вопросов задачи. После этого к доске можно вызвать хорошего ученика, чтобы он решил аналогичную задачу. Далее учащимся предлагают самостоятельно решить аналогичную задачу.

Задачи различают сложные и трудные. Сложными называют задачи, которые требуют от ученика применения теоретических знаний по разным темам курса химии, умения решать задачи разных типов, объединяя и выбирая для решения конкретной задачи все необходимое. Нередко это задачи обобщающие. Сложность задачи — понятие объективное, подразумевающее большое число элементов знаний и умений, используемых при их решении и определенного перечня мыслительных операций.

Трудные задачи — понятие субъективное. Имеются в виду задачи, требующие творческого подхода, неожиданных умственных действий. Их следует давать для самостоятельного решения только сильным учащимся. В классе такую задачу объяснять не следует. Ее можно использовать в виде индивидуального задания или на внеклассных занятиях. Впрочем, для учеников со слабой обучаемостью трудной задачей может оказаться и объективно сравнительно простая. Учитель обязан это учитывать, осуществляя индивидуальный подход, который при решении задач особенно уместен. При решении задач развивающая функция обучения проявляется особенно четко. С их помощью можно добиться повышения уровня мыслительной активности учеников. В настоящее время издается очень большое число сборников задач, что предоставляет учителю широкий выбор.

ВЫВОД

Методы обучения химии — сложная категория; через них устанавливается связь между химическим содержанием и процессом его усвоения учащимися. Методы и содержание образуют диалектическое единство, так как любое содержание вводится в учебный процесс посредством метода. По отношению к учащимся методы обучения — это методы учебного познания. Усваивая содержание, ученик воспринимает и метод его изучения, который может быть в дальнейшем применен и по отношению к другому содержанию.

Методы обучения имеют сложную структуру, в основе которой лежит единство преподавания и учения, направленное на реализацию образовательной, воспитывающей и развивающей функций обучения. Выбор методов обучения осуществляется учителем и зависит от многих факторов.

Многочисленные попытки классифицировать методы обучения показывают, что в дидактике и методике обучения химии этот вопрос не имеет еще однозначного решения в силу своей сложности. Широко известна классификация методов: 1)

по характеру познавательной деятельности учащихся (общие методы): объяснительно-иллюстративный, репродуктивный, эвристические и исследовательский, различающиеся по степени познавательной активности и самостоятельности обучаемых; 2)

по дидактической цели: методы изучения нового материала, закрепления и совершенствования и контроля знаний и умений учащихся; 3)

по источнику знаний: словесные, словесно-наглядные и словесно-наглядно-практические. Названия последних говорят о том, что любые из них предполагают прежде всего использование слова как источника знаний самого по себе или в сочетании с химическим экспериментом, средствами наглядности и объектами практической деятельности учащихся.

Использование химического эксперимента в обучении химии в наибольшей степени отражает специфику предмета химии. В виде демонстрационных опытов химический эксперимент относится к словесно-наглядным методам обучения, в виде лабораторных и практических занятий — к словесно-наглядно-практическим.

Задача школьного эксперимента — ознакомление учащихся с проявлением химических процессов, свойствами веществ и методами химической науки. В методике разработаны требования к разным видам химического эксперимента.

Использование словесно-наглядных методов обучения возможно только при наличии необходимых средств наглядности. Важнейшим словесно-наглядным методом обучения является использование демонстрационного химического эксперимента, которое должно быть подчинено определенным методическим правилам и осуществляться в сочетании со словом учителя и другими средствами наглядности, например, с записью на доске, таблицами, моделями, экранными пособиями и т. д. В этих условиях особенно ярко проявляется образовательная, воспитывающая и развивающая функции учебного процесса.

ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ 1.

Раскройте сущность дидактического единства содержания и методов обучения. 2.

В каком соотношении находятся методы обучения с методами познания и методами химической науки? Приведите конкретные примеры. 3.

Какие критерии лежат в основе классификаций методов обучения? 4.

Какие факторы определяют выбор метода обучения? 5.

Найдите в учебнике химии материал, который можно сообщить методами описания, объяснения, рассказа. Обоснуйте ответ. Постройте объяснение и рассказ иллюстративно и проблемно. 6.

Найдите в учебнике химии для учащихся IX класса материал, который можно сообщить методом лекции. Обоснуйте свой выбор. 7.

Какой учебный эксперимент по химии следует называть демонстрационным? 8.

Каковы требования к демонстрационному эксперименту по химии? 9.

На примере возгонки йода покажите разные способы сочетания демонстрационного эксперимента со словом учителя. 10.

Из программы по химии выпишите названия демонстрационных опытов по химии и укажите, какие требования техники безопасности нужно обеспечить при выполнении каждого из них. 11.

Сопоставьте использование классной доски и графопроектора. В чем преимущества того и другого средства наглядности? 12.

Какие виды ученического эксперимента известны? Чем они отличаются друг от друга? Всегда ли ученический эксперимент эффективнее демонстрационного? Обоснуйте свой ответ. 13.

В чем различие по дидактической цели практической работы по инструкции и экспериментального решения задач? 14.

Руководствуясь условиями экспериментальных задач по теме «Теория электролитической диссоциации», составьте варианты заданий (не менее четырех) для практического занятия по экспериментальному решению задач. Обоснуйте их и составьте перечень необходимого оборудования для их решения. 15.

Изучите содержание практических работ курса химии IX класса и определите, какие экспериментальные умения необходимы для их выполнения. Какие из этих умений закладываются ранее и где? Какие новые умения формируются в IX классе? В какой теме? 16.

Разработайте для прокторов лист учета экспериментальных умений по любой практической работе. 17.

Составьте примеры качественных задач каждого типа. 18.

Составьте или найдите в задачнике расчетные задачи каждого типа. 19.

Дана следующая задача: отходящие газы содержат много оксида серы (IV). Так, при получении из сульфидных руд 1 т черновой меди выделяется , одновременно 7,3 т оксида серы (IV). Вычислите, сколько 75%-ной серной кислоты может быть получено из оксида серы (IV), выделившегося при выплавке 1000 т черновой меди.

Установите место этой задачи в курсе химии средней школы. Какие знания необходимы для ее решения? Какие варианты решения этой задачи могут предложить учащиеся и какой из них наиболее рациональный? Какие типы школьных задач сочетаются в этой задаче?

ТЕМЫ ДЛЯ РЕФЕРАТОВ 1.

Взаимосвязь методов обучения химии с методами химической науки. 2.

Реализация через методы обучения межпредметных связей химии с биологией (физикой, математикой и др.). 3.

Методика проведения обобщения на уроках химии. 4.

Методика использования на уроке рассказа-задачи по химии. 5.

Сочетание демонстрационного эксперимента по химии с другими средствами наглядности. 6.

Использование наглядности при решении расчетных задач по химии. 7.

Методика обучения учащихся решению задач с недостающими и избыточными данными. 8.

Методы изучения количественных понятий в химии.

Литература по теме 1.

Абкин Г. П. Методика решения задач по химии. — М.: Просвещение, 1971. 2.

Аркавенко Л. Н., Гапонцев В. Л., Белоусова О. А. Для чего классифицировать расчетные задачи // Химия в школе, 1995, № 3. С. 60. 3.

Архангельская О. В. Решение задач. Чем проще, тем изящнее // Химия в школе, 1998. С. 46. 4.

Беляев Н. Н. О системном подходе к решению задач // Химия в школе, 1998, № 5. С. 46. 5.

Буцкая Н. Н. К решению задач по химическим уравнениям // Химия в школе, № 5. С. 49. 6.

Емельянова Е. О. Подготовка учащихся к решению расчетных задач // Химия в школе, № 3. С. 53. 7.

Ерыгин Д. П., Грабовый А. К. Задачи и примеры по химии с межпредметным содержанием. — М.: Высшая школа, 1989. 8.

Ерыгин Д. П., Шишкин Е. А. Методика решения задач по химии. — М.: Просвещение, 1989. 9.

Медведев Ю. Н. и др. Учимся решать сложные задачи // Химия в школе, 1977, № 4. С. 53. 10.

Протасов П. Н., Цитович И. К. Методика решения расчетных задач по химии. — М.: Просвещение, 1978. 11.

Савицкий С. Н„ Твердовский Н. П. Сборник задач и упражнений по неорганической химии. — М.: Высшая школа, 1981. 12.

Шамова М. О. К решению задач на определение формул веществ // Химия в школе, 1997, № 4. С. 50; Учимся решать расчетные задачи по химии: технология и алгоритмы решений. — М.: Школа-Пресс, 1999. 13.

Чернобельская Г. М., Ярославцева Т. С. Методические указания студентам-химикам для обучения учащихся расчетам по химическим формулам и уравнениям. — М.: МГПИ, 1980. 14.

Ярославцева Т. С. Решение расчетных задач по химии в средних ПТУ. — М.: Высшая школа, 1985. 15.

Ярославцева Т. С. К методике решения расчетных типовых задач в VII— VIII классах // Химия в школе, 1981, № 4. С. 33.