<<
>>

§ 3.1.5. СОВРЕМЕННАЯ ТЕОРИЯ СТРОЕНИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ КАК ФУНДАМЕНТ КУРСА ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ

Особенности современной методики изучения органической химии заключаются в том, что теперь она преподается не единым целостным блоком в X—XI классах, как раньше, а в течение двух периодов. Во-первых, в IX классе, где дается минимум сведений для того, чтобы выпускники девятилетней (а в перспективе десятилетней) школы получили хотя бы небольшие представления об органических веществах.
Кроме того, этот раздел явится своего рода пропедевтикой (принцип концентризма) для изучения органической химии в старших классах по углубленной программе. Включение раздела органической химии в курс IX классов усилит внутрипредметные связи с неорганической и общей химией, тем более, что блок содержания органической химии в основной школе может быть размещен как в конце курса (например, в учебнике Е. Е. Минченкова и др.73), так и в середине его, при изучении подгруппы углерода, где органические вещества рассматриваются как соединения углерода (например, в учебнике Н. Е. Кузнецовой и др.74)- /

Нельзя не отметить, что органическая химия в основной ШКОЛЕ неизбежно приобретает до некоторой степени описательный характер, так как не хватает времени для достаточно серьезной проработки ее теоретических основ. Что касается проблем раннего профилирования с углублением химии, то Министерство образования и Министерство здравоохранения категорически возражают против этого во избежание перегрузки детей.

В старших классах естественнонаучного направления обучение органической химии сможет уже начаться на более серьезной основе.

Для старших классов гуманитарного профиля объем и организация обучения органической химии пока не определены, так же, как и химии в целом. Сейчас в процессе разработки находится обязательный минимум содержания химии для средней ступени. При этом надо учитывать, что химия входит в обязательный федеральный компонент учебного плана.

Кроме того, специфика преподавания органической химии обусловлена ее содержанием. Органическая химия как наука рассматривает специфический круг веществ и химических процессов, которые определяют ее положение в системе учебных предметов средней школы. Ее взаимосвязь с неорганической химией выражается в использовании как опорных понятий о строении атома, его электроотрицательности и электронной природе химической связи.

В неорганической химии различие в свойствах веществ, образованных элементами разных групп периодической системы, обусловлены не столько строением, сколько различием качественного состава. В ней почти не сравниваются между собой соединения одинакового качественного состава, так как их неизмеримо меньше.

В органической же химии нет такого разнообразия качественного состава, поэтому факты взаимного влияния атомов и атомных группировок в молекулах, объясняющиеся электронными смещениями, становятся объектами особого внимания. В неорганической химии практически не касаются высокомолекулярных соединений. В органической же химии изучение полимеров позволяет перейти к изучению биологически важных веществ.

Значительна специфика изучения химических реакций органических веществ. Если в неорганической химии большинство реакций, рассматриваемых в средней школе, протекает практически мгновенно, то в органической химии процессы более растянуты по времени.

Общие закономерности реакций в неорганической и органической химии едины, но во втором случае для их проведения нужно более тонко и точно подбирать условия, чтобы добиться нужного направления. Поэтому режим, при котором проводятся реакции в органической химии, приобретает гораздо большее значение, чем в неорганической химии, и является объектом изучения. Таким образом, понятия неорганической химии претерпевают серьезные качественные изменения при переходе к органической химии.

Большое влияние на курс органической химии оказывают межпредметные связи, особенно с биологией. Развитие биологии как науки и как учебного предмета оказало влияние на формирование школьного курса органической химии, в который в 1985 г. были введены гетероциклы и нуклеиновые кислоты. Они необходимы для понимания проблем молекулярной биологии, генетики, так как органическая химия формирует для биологии опорные понятия. Органическая химия широко пользуется понятиями физики: представления об электрических явлениях в макромире способствуют пониманию микромира органических веществ. Межпредметные связи с историей позволяют ознакомить учащихся с историей органической химии как науки, показать успехи органического синтеза, раскрыть перспективы развития химической промышленности в нашей стране. Межпредметные связи органической химии с другими предметами школьного учебного плана четко определяют ее место в учебно-воспитательном процессе средней школы.

Значение изучения теории строения органических веществ

Теория строения органических веществ — теоретическая база всего курса органической химии. На ее основе формируются важнейшие понятия. Поэтому рассматривать методику изучения теории строения следует во взаимной связи с курсом органической химии в целом.

Рассматривая роль современной теории строения органических веществ в курсе химии X класса, не следует ограничиваться анализом лишь тех уроков, которыми начинается курс и которые дают первоначальное общее представление о сущности теории А. М. Бутлерова. Необходимо проследить, как идеи этой теории развиваются на основе современных представлений о строении атомов и молекул, а также на основе стереохимических представлений. Лишь связав теорию строї ения с изучением всего курса органической химии, можно понять и оценить ее значение в полной мере. j

Помимо того, что эта теория имеет чрезвычайно важное научное значение, давая в руки ученых ключ к пониманию свойств органических веществ, она имеет огромное методическое значение, так как способствует сознательному усвоению материала органической химии на основе методов познания, характерных для этой науки. При изучении обосновывают историческую необходимость появления теории строения А. М. Бутлерова, раскрывают смысл идей о строении вещества, о взаимном влиянии атомов в его молекулах, о зависимости свойств веществ не только от состава, но и от строения, отмечают значение теории в науке и практике, ее преобразующую роль в науке.

Методика изучения органической химии на основе современной теории строения наиболее полно отражена в работах Л. А. Цветкова [26], И. Н. Черткова [28], Г. Н. Осокиной [4], А. С. Корощенко и др.

Условия успешного изучения органической химии

По изучению важнейших понятий и теорий органической химии на основании большой экспериментальной работы были выработаны рекомендации учителю: 1.

Установление внутрипредметных связей с неорганической химией. 2.

Использование принципа историзма при показе исторической обусловленности появления теории химического строения, истории борьбы идей, возникновения и опровержения теорий (теории радикалов, теории типов и т. д.) и построение на этой основе проблемных ситуаций. 3.

Раскрытие бутлеровских идей о строении органических веществ и установление их связи с электронной теорией и теорией пространственного строения. 4.

Проведение идей зависимости свойств веществ от их строения. При этом раскрывают противоречивость познания органических веществ, в котором критерием истины является эксперимент. Особая роль отводится синтезу. А от него приходят к объяснению структурной изомерии и т. д. 5.

Использование изобразительных средств, в частности, моделей, экранных пособий.

Структура современной теории строения органических веществ

В преподавании органической химии в настоящее время обучение строится на основе современной теории строения, которая слагается из трех теорий: бутлеровской теории химического строения и двух дополняющих и развивающих ее теорий — электронной теории и теории пространственного строения. Это обусловлено введением в курс органической химии сложных понятий, связанных с квантовомеханическими и стереохимическими представлениями, часть которых приобретена учащимися еще в курсе неорганической химии.

В целом система понятий органической химии может быть выражена схемой 3.5. В ней дана классификация по важнейшим научным теориям. Все понятия органической химии сгруппированы в пять групп на основе современной теории строения: понятия химического строения, электронной теории и стереохимические, связанные между собой в единую современную теорию строения органических веществ, понятия высокомолекулярной химии, а также понятия о закономерностях химических реакций.

Схема 3.5.

Система понятий органической химии1

Химическое строение и понятия стереохимии взаимосвязаны с электронным строением веществ. В неорганической химии учащиеся практически не встречались с проявлениями

'Чертков И. Н. Методика формирования у учащихся основных понятий органической химии. — М.: Просвещение, 1991. их влияния на свойства веществ. В органической же химии эти/ понятия играют решающую роль в изучении органических веч ществ. Если в неорганической химии рассматриваются только ато| мы в невозбужденном состоянии, то в органической химии — возбужденный атом углерода с его гибридными электронными облаками, направление которых в пространстве определяет конфигурацию углеродной цепи. В неорганической химии ознакомление с геометрией молекул играет лишь вспомогательную роль, позволяющую объяснить в некоторых необходимых случаях (NH3, Н20) полярный характер молекулы вещества, в органической же химии это становится важнейшим объектом изучения, ибо без понимания геометрии молекул нельзя ни объяснить, ни прогнозировать свойства веществ.

Все это определяет системный подход к изучению органических веществ. Каждое конкретное органическое вещество рассматривается с позиций названных теоретических понятий. Изучается его электронное строение, тип гибридизации электронных облаков, определяющий химическое поведение вещества, его химическое и пространственное строение.

Вполне понятно, что в начале курса органической химии такой разносторонний подход к характеристике веществ и процессов не может быть осуществлен, так как учащиеся приобретают знания постепенно. По мере развития и обогащения понятий характеристика веществ становится все более полной, многосторонней и обоснованной.

Через свойства устанавливается связь между строением вещества и закономерностями химических реакций, в которые оно вступает. Выявление этих многочисленных причинно-след- ственных связей позволяет убедительно объяснить и обоснованно прогнозировать свойства веществ и направление протекания химических процессов. Именно такой подход способствует проблемному обучению, так как проблемные ситуации, естественно, возникают при выявлении связей между разными понятиями или разными сторонами одного и того же понятия.

Построение курса органической химии

Современная теория строения является исходной платформой для дедуктивного изучения органических веществ по отдельным классам, расположенным по мере усложнения их строения и подводящим учащихся к пониманию жизненно важных органических веществ — жиров, белков и углеводов. Последовательность изучения этих классов показана в схеме 3.6. Схема 3.6.

Последовательность изучения классов органических веществ

Жизненно важные органические вещества

Углеводы Жиры Белки

Сложные эфиры Аминокислоты

1

Карбоновые кислоты ?

J

Альдегиды ' Амины

I

Спирты fc-Фенолы

Ароматические углеводороды

1

Ацетиленовые углеводороды

Диеновые углеводороды \

Этиленовые углеводороды

Циклические углеводороды

Предельные углеводороды:

В схеме отражено усложнение элементарного состава, химического строения, электронного и пространственного строения. Например, для молекул предельных углеводородов характерны ст-связи и ер-гибридизация, для этиленовых углеводородов — я-связь и ер-гибридизация. У диеновых углеводородов уже новая характеристика — сопряженные связи, у ацетиленовых — новый тип гибридизации — sp и две л-связи и т. д. Усложняется и пространственное строение: меняются валентные углы, появляются пространственные изомеры и т. д.

Изучение изомерии и гомологии

При изучении теории строения органических веществ обычно указывают следующие предпосылки, способствовавшие ее воз-

Ш

никновению. Это, во-первых, развитие атомно-молекулярного учения, во-вторых, обнаружение изомеров — веществ, имеющих одинаковый состав, но разные свойства, и, в-третьих, развитие учения о валентности. В связи с этим особую роль в обучении приобретают понятие изомерии и непосредственно связанное с ним понятие гомологии. Это ключ к пониманию сущности строения органических веществ.

Важность и значимость понятий гомологии и изомерии определяется их обобщающим характером для каждой группы органических веществ. Эти понятия, как и установление генетических связей, способствуют целостности курса органической химии.75

Несмотря на принципиальные различия этих двух понятий, учащиеся нередко их путают. Поэтому их изучение должно осуществляться индуктивным путем, на конкретных примерах. Сначала рассматривается структурная изомерия, а затем на конкретных примерах — гомология.

С позиций дидактики по характеру использования понятий можно различить понятия опорные, развивающиеся, ознакомительные. Основные понятия — развивающиеся, а опорные способствуют их формированию. Например, для формирования понятия о химическом строении и изомерии углеродного скелета необходимо такое понятие, как «радикал», которое в данном случае является опорным.76 Для изучения пространственного строения и соответствующих изомеров опорными понятиями являются понятия о а- и я-связях и т. д.

Для развивающегося понятия изомерии опорными понятиями служат понятия о качественном и количественном составе веществ, аллотропии и химическом строении. Поэтому это понятие может быть изучено в самом начале курса. Гомология рассматривается позже, в процессе ознакомления с предельными углеводородами.

Отмечаются три этапа формирования понятий гомологии и изомерии [28]: 1.

Выделение существенных признаков каждого понятия и его определение. 2.

Выявление различия между гомологами и изомерами. 3.

Изучение разных форм изомерии и изомерии между веществами разных классов. Изучение изомерии и гомологии осуществляется в такой последовательности. Сначала сообщается факт, что имеются вещества с одинаковым количественным и качественным составом, но различающиеся по свойствам (бутан, изобутан). Поиск причин этого явления привел к предположению, что различие может объясняться разным строением молекул веществ. Эти вещества были названы изомерами. В дальнейшем многочисленные факты и данные рентгеноструктурного анализа подтвердили их существование. Формулируется определение понятия.

Понятия «гомолог» и «гомологический ряд» сильно отодвинуты во времени от первого упоминания об изомерах. Они вводятся при изучении предельных углеводородов. После того как учащиеся поняли, что гомологи отличаются друг от друга лишь длиной углеродной цепи, им помогают установить связь между этими понятиями — показывают, что углеводороды с четырехчленной и более углеродной цепью могут иметь разные варианты строения, т. е. изомеры. Далее сопоставляют существенные признаки понятий «изомер» и «гомолог» и делают вывод о сходстве и различии между ними [28]. Изомеры:

имеют одинаковый качественный состав

одинаковый количественный состав

разное химическое строение разные физические свойства разные химические свойства

Гомологи:

имеют одинаковый качественный состав

разный количественный состав

сходное химическое строение разные физические свойства сходные химические свойства Таким образом, эти понятия изучаются в единстве при сопоставлении, чтобы устранить многочисленные ошибки, которые учащиеся допускают вследствие смешивания этих понятий.

Обобщение в курсе органической химии

В процессе обучения химии по разделам систематически проводятся обобщения: по понятию изомерии, по взаимному влиянию атомов в молекуле, по разновидностям ковалентной химической связи, так как от класса к классу органических соединений этот материал обогащается фактами, расширяется и углубляется. Установление генетической связи между классами органических веществ имеет очень важное миро- воззренческое значение. Такого рода обобщения отвечают общей тенденции развития курса химии средней школы, вносящего свой вклад в формирование мыслительной деятельности учащихся.

Схема 3.7.

Генетическая связь между органическими веществами Галогено- — производные

Жиры

Этиленовые углеводороды

Ацетилено-- вые углеводороды

-Нитросое- диннеия

-Амины

Ароматические углеводороды

d о а о ч о m ш

Простые эфиры

t

^Спирты ?

? Сложные эфиры

? Углеводы

^

а> с[ ш а. С

-Альдегиды »-Карбоновые —««-Галогеноза-

кислоты мещенные

кислоты

? Аминокислоты Фенолы

Белки

???Галогено

производные В конце курса органической химии проводится обобщение всех понятий теории строения органических соединений. В нем уже можно развернуть более подробно основные положения теории строения органических веществ, добиваясь обоснования каждого из них.77 В учебнике органической химии для средней школы приводятся два главных положения бут- леровской теории: *

атомы в молекулах соединены в определенной последовательности согласно их валентности. *

свойства веществ зависят от последовательности соединения и взаимного влияния атомов друг на друга.

Эти положения в процессе завершающего обобщения расшифровывают: 1.

Атомы и молекулы реально существуют; располагаются атомы в молекуле не беспорядочно, а в строгой последовательности. 2.

Соединение атомов происходит в соответствии с их валентностью. 3.

Углерод в органических соединениях четырехвалентен. Его атомы могут соединяться в цепи нормальные, разветвленные, замкнутые. 4.

Свойства веществ зависят от качественного и количественного состава и химического строения молекул. 5.

Химическое строение молекулы может быть выражено структурной формулой. Каждое вещество имеет только одну структурную формулу. 6.

Химическое строение молекул познаваемо; оно может быть установлено путем изучения свойств веществ и продуктов его превращений, а также при синтезе из веществ известного состава и строения. 7.

Различное химическое строение при одинаковом составе обусловливает явление изомерии. (Это положение позволяет включить объяснение явлений изомерии в систему бутлеровс- кой теории.) 8.

Образуя молекулы, атомы взаимодействуют друг с другом, вкладывая каждый свою долю электронной плотности. 9.

Свойства атомов в новой молекуле проявляются по-разно- му, так как атомы оказывают друг на друга взаимное влияние. 10.

Молекула — не статическое, а динамическое образование, для которого характерно внутреннее движение.

Методы и средства изучения органической химии

Методы и средства изучения органической химии принципиальных отличий с курсом неорганической химии не имеют, но есть особенности, определяющиеся, во-первых, содержанием и, во-вторых, уровнем подготовленности и развития учащихся.

Несколько иной характер приобретает учебный химический эксперимент в органической химии. Ему в большей мере присущ исследовательский подход, он более продолжителен, менее эффектен и ярок. В эксперименте по органической химии приходится более тщательно соблюдать необходимые условия, опыты с органическими веществами более сложны по оборудованию и технике их проведения. При постановке и анализе опытов нужно помнить, что главная их задача в органической химии — помочь выявить зависимость свойств органических веществ от их строения.

Помимо эксперимента, важным средством наглядности в органической химии являются модели молекул органических веществ, но необходимо помнить, что любая модель механистична. особенно когда макросредствами моделируются объекты микромира. К тому же никакая модель не может отразить всего многообразия сторон изучаемого объекта, а только некоторые из них. Поэтому следует сочетать разные виды моделей.

Для отражения последовательности соединения атомов, направления а-связей, валентных углов, структурных изомеров используют шаростержневые модели, для моделирования бокового перекрывания электронных облаков при тг-связи, пространственной изомерии — плоскостные модели из картона. Широко применяются в школе пластилиновые модели (их иногда еще называют масштабными) — очень простые и доступные в изготовлении. Моделирование химических процессов осуществляется средствами мультипликации в учебных кинофильмах и т. д. Моделирование широко используется в научных исследованиях при проектировании органического синтеза, анализе органических веществ, и это лишний раз доказывает, что в химии методы обучения отражают с определенным приближением методы химической науки.

Важным средством обучения органической химии и одновременно объектом изучения является систематическая химическая номенклатура, которая помогает ориентироваться в большом разнообразии органических соединений.78 Составление названий органических веществ нередко вызывает затруднения у учащихся. Для того чтобы облегчить им усвоение, рекомендуется изготовить две таблицы: на одной — гомологический ряд предельных углеводородов от метана до декана и одновалентных радикалов и их названий от метила до бутила, на другой — алгоритм последовательности составления названия. Когда материал будет усвоен, надобность в таблицах отпадет.

<< | >>
Источник: Чернобельская Г.М.. Методика обучения химии в средней школе: Учеб. для студ. высш. учеб. заведений. — М.: Гуманит. изд. центр ВЛАДОС. — 336 с.. 2000

Еще по теме § 3.1.5. СОВРЕМЕННАЯ ТЕОРИЯ СТРОЕНИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ КАК ФУНДАМЕНТ КУРСА ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ:

  1. СТРОЕНИЕ, ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЕ И ТЕРМОХРОМНЫЕСВОЙСТВА СОЕДИНЕНИЙ Sb(III) и Te(IV) С АЗОТСОДЕРЖАЩИМИ ВНЕШНЕСФЕРНЫМИ ОРГАНИЧЕСКИМИ КАТИОНАМИ
  2. Глава 3. ОСОБЕННОСТИ ТРАНСФОРМАЦИИ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА В ПОЧВЕ И ИХ БИОИНДИКАЦИЯ
  3. 7.4. Электронное строение и люминесценция комплексных галогенидов сурьмы(Ш) с азотсодержащими органическими основаниями
  4. 9. Методика изучений строения вещества в курсе неорганической химии средней школы
  5. Нарушения в биогеохимии органического вещества и связанных с ним биофильных элементов
  6. 2.10. Органическая теория
  7. § 3.1.3. ИЗУЧЕНИЕ СТРОЕНИЯ ВЕЩЕСТВА В КУРСЕ НЕОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ СРЕДНЕЙ ШКОЛЫ
  8. ГЛАВА 1.1. Задачи учебного предмета химии. Система содержания и построения школьного курса химии в свете современных дидактических требований
  9. §8. Органическое как сущностная характеристика жизни у Освальда Шпенглера
  10. § 1.1.3. СТРУКТУРА СОВРЕМЕННОГО ПРЕДМЕТНОГО СОДЕРЖАНИЯ ШКОЛЬНОГО КУРСА ХИМИИ
- Коучинг - Методики преподавания - Андрагогика - Внеучебная деятельность - Военная психология - Воспитательный процесс - Деловое общение - Детский аутизм - Детско-родительские отношения - Дошкольная педагогика - Зоопсихология - История психологии - Клиническая психология - Коррекционная педагогика - Логопедия - Медиапсихология‎ - Методология современного образовательного процесса - Начальное образование - Нейро-лингвистическое программирование (НЛП) - Образование, воспитание и развитие детей - Олигофренопедагогика - Олигофренопсихология - Организационное поведение - Основы исследовательской деятельности - Основы педагогики - Основы педагогического мастерства - Основы психологии - Парапсихология - Педагогика - Педагогика высшей школы - Педагогическая психология - Политическая психология‎ - Практическая психология - Пренатальная и перинатальная педагогика - Психологическая диагностика - Психологическая коррекция - Психологические тренинги - Психологическое исследование личности - Психологическое консультирование - Психология влияния и манипулирования - Психология девиантного поведения - Психология общения - Психология труда - Психотерапия - Работа с родителями - Самосовершенствование - Системы образования - Современные образовательные технологии - Социальная психология - Социальная работа - Специальная педагогика - Специальная психология - Сравнительная педагогика - Теория и методика профессионального образования - Технология социальной работы - Трансперсональная психология - Экологическая психология - Экстремальная психология - Этническая психология -