<<
>>

§ 3.2.3. МЕТОДИКА ФОРМИРОВАНИЯ И РАЗВИТИЯ СИСТЕМЫ ПОНЯТИЙ О ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ Структура системы понятий о химической реакции

Понятие о химической реакции сложное и многогранное. Это, как и понятие «вещество», целая система понятий, имеющая свою структуру. В курсе химии средней школы четко различаются шесть компонентов понятия «химическая реакция», которые рассматриваются в единстве и формируются постепенно: 1)

признаки, сущность и механизм реакций; 2)

закономерности возникновения и протекания; 3)

количественные характеристики; 4)

классификация; 5)

практическое использование; 6)

методы исследования (схема 3.11.).

Схема 3.11.

Структура системы понятий о химической реакции ||

2!

II ?1

Si

ml

X S 2 S -С

Ф О ж ? X X

?О Я)

ш *

с

S

s<

Количественные характеристики химических реакций

Признаки, сущность и механизм — химической реакции

'1

1 у S

S

3- ^

со О)

а

х

S *

о

CD

И і °

\5

Закономерности -»? возникновения и протекания химической реакции Практическое использование химических реакций

Сочетание этих шести блоков понятий не только определяет систему знании, но и позволяет вскрыть философскую сущность понятия «химическая реакция», позволяет выявить диалектическое единство всех его сторон. Химическая реакция должна характеризоваться с позиций всех шести блоков содержания понятия. Каждый из них имеет свою структуру, как, например, структура содержания понятий о классификации химических реакций, приведенная в табл. 3.2.

Таблица 3.2.

Классификация химических реакций1 Принципы классификации Характеристика реакций Примеры реакций 1 2 3 Исходное состояние реагирующей системы Гомогенные Гетерогенные Взаимодействие азота с кислородом

Взаимодействие оксида кальция с оксидом углерода (IV) 1 Савич Т. 3. Систематизация и обобщение знаний учащихся о химической реакции в X классе // Химия в школе, 1980, № 2.

273

Ю'Черяобельскйя Г. М. 1 2 3 Наличие окислительно-восстановительного процесса Окислительно- восстановительные Реакции, в которых окислительно-вос- становительный процесс отсутствует Взаимодействие цинка с соляной кислотой

Разложение карбоната кальция с образованием оксида кальция и оксида углерода (IV) Участие катализатора Каталитические Некаталитические Взаимодействие азота с водородом

Взаимодействие оксида серы (IV) с водой Обратимость реакции Обратимые Необратимые Взаимодействие оксида серы (IV) с водой

Разложение дихромата аммония Энергетический эффект реакции Экзотермические Эндотермические Горение магния Разложение оксида ртути Соотношение числа исходных и полученных веществ Соединение

Разложение Замещение и обмен Взаимодействие оксида кальция с водой Разложение оксида ртути Взаимодействие железа и хлорида меди (II)

Взаимодействие нитрата серебра и хлорида натрия Реакции, протекающие без изменения качественного состава простых и сложных веществ Аллотропные превращения Изомеризация Превращение кислорода в озон

Образование одного изомера из другого

Такими должны быть знания учащихся о классификации химических реакций после усвоения школьного курса химии.

Система понятий о сущности, механизмах и признаках химической реакции может быть представлена двумя сторонами: понятиями о внешних признаках и внутренней сущности реакций. Между ними существует причинно-следственная связь.

Понятие о внутренней сущности реакций развивается постепенно, усложняясь при переходе от теории к теории. В атомно-молекулярном учении сущность химической реакции объясняется как перегруппировка атомов.

При изучении электронного строения веществ химические реакции рассматриваются как процесс разрыва одних связей и образование других, на уровне теории электролитической диссоциации — как взаимодействие ионов, а при изучении теории строения органических веществ анализируется механизм протекания химической реакции.

Закономерности возникновения и протекания химических реакций в школьном курсе химии выражены отдельными взаимосвязанными понятиями: об энергетике, скорости химической реакции, катализе и химическом равновесии. В разделах об энергетике химических реакций даны понятия об экзо- и эндотермических реакциях, тепловом эффекте химических реакций, а также об энергии активации.83 Скорость химической реакции рассматривается как изменение концентрации в единицу времени. Формула закона действия масс дается без учета стехиометрических коэффициентов в качестве показателей степени; разбирается только пример, когда каждый коэффициент равен 1. Химическое равновесие изучается как равенство скоростей прямой и обратной реакций, указываются способы смещения равновесия (качественный аспект).

Количественная сторона химических реакций отражена в расчетах количественных отношений веществ в химических реакциях и простейших термохимических расчетах на основе: 1)

закона сохранения массы вещества при химических реакциях; 2)

молярных отношений реагирующих веществ при химических реакциях (массовые отношения, объемные отношения); 3)

термохимических расчетов.

Развитие этих понятий выражается в постепенном усложнении расчетов, например, расчетов практического выхода продукта: если одно из исходных веществ дано в избытке, если одно из исходных веществ содержит примеси, если исходные вещества даны в виде массовой доли в растворе и т. д.

При изучении методов исследования химических процессов учащиеся знакомятся с химической посудой, реактивами, материалами и оборудованием химической лаборатории, осваивают приемы работы с химическим оборудованием, овладевают методами составления химических уравнений и другими способами моделирования химических процессов, постигая общенаучный подход к изучению химических реакций.

Последовательность формирования понятия «химическая реакция»

10'

27-Щ

Понятие «химическая реакция» формируется на нескольких уровнях.

Уровень 1. Понятие о химической реакции начинается формироваться с самых первых уроков. Сначала дают понятие о химическом явлении, так как термин «явление» более знаком учащимся, а затем сообщают, что химическое явление — это и есть химическая реакция. На этом этапе опора делается на знания, полученные учащимися из физики. На уровне атомно-молекулярного учения разъясняют, как можно по внешним признакам обнаружить химическую реакцию (образование осадка, изменение окраски, выделение газа, выделение или поглощение теплоты и т. д.).

Из условий протекания химической реакции дается общее понятие об энергии активации, о роли нагревания (на примере реакции горения), дробления и перемешивания (увеличение поверхности реагирующих веществ), понятие об экзо- и эндотермических реакциях.

Классификация химических реакции дается на уровне сравнения числа исходных и полученных веществ. При этом учащиеся используют такие мыслительные приемы: сравнение, анализ, синтез, обобщение. Все эти сведения о химической реакции включены в тему «Первоначальные химические понятия». Далее все стороны системы понятий о химической реакции должны расширяться и дополняться новыми данными, т. е. после этапа обобщения снова начинается этап накопления.

Закономерности протекания реакций разбираются при изучении условий возникновения и прекращения горения. Новым здесь являются понятие о катализаторе и первые, самые простые, представления о скорости химической реакции, об окислении как соединении с кислородом. На этом уровне дается понятие о реакции обмена на примере взаимодействия кислот с оксидами, о реакции нейтрализации кислоты основанием, о восстановлении как разновидности реакции замещения и как о процессе отнятия кислорода от вещества.

Уровень 2. Понятие о химической реакции получает дальнейшее развитие. В частности, начинают формироваться энергетические представления о химических процессах. Рассматривается понятие об экзотермических и эндотермических реакциях, вводится качественно новое понятие о тепловом эффекте химических реакций, термохимических уравнениях. Раскрывается на химическом материале важнейший закон природы — закон сохранения и превращения энергии. Так появляется возможность снова показать, что все химические процессы имеют две стороны — качественную и количественную. При изучении энергетики химической реакции учитель обязательно должен установить межпредметную связь с физикой на основе закона сохранения и превращения энергии. Это создаст условия для формирования научно-материалистическо- го мировоззрения, утверждения идеи о материальном единстве мира и даст возможность упомянуть о новой форме энергии — энергии, выделяемой при химических реакциях. Количественные отношения веществ трактуются как молярные отношения реагирующих веществ и продуктов реакции. С помощью соответствующего перерасчета эти отношения можно выразить как массовые или объемные отношения (если речь идет о газах).

Уровень 3. Понятие о химической реакции претерпевает качественное изменение в теме «Химическая связь. Строение вещества». Химическая реакция начинает трактоваться как разрушение одних связей и образование новых. Рассматривается это на примере окислительно-восстановительных реакций. Механизм реакции окисления и восстановления объясняют с точки зрения перехода электронов, поднимаясь на более высокий теоретический уровень.

На основе нового понятия «степень окисления» анализируют известные учащимся реакции разных типов, доказывая, что среди реакций любого типа можно найти окислительно- восстановительные. Следовательно, степень окисления элемента — это, как правило, еще один критерий классификации химических реакций. Здесь появляется возможность показать учащимся диалектический характер окислительно-восстановительных процессов (единство и борьба противоположностей), понятие о качественной реакции на примере соляной кислоты и хлоридов.

В теме «Подгруппа кислорода» вводится новый тип реакций — аллотропные превращения на примере озона, серы.

Уровень 4. В некоторых учебниках сохранена тема «Закономерности химических реакций», но если ее нет, то сведения об этих закономерностях распределены по другим темам.

В теме дается понятие о скорости химической реакции и о факторах, влияющих на скорость (природа реагирующих веществ, их концентрация, поверхность соприкосновения, температура, наличие катализатора), излагается вопрос о катализе и катализаторе, в очень популярной форме сообщается об энергии активации. В этой же теме рассматривается понятие об обратимых реакциях и химическом равновесии. Этот вопрос очень важен для формирования мировоззрения уча- щихся, для иллюстрации закона диалектики о единстве и борьбе противоположностей. Необходимо подчеркнуть динамический характер химического равновесия, факторы, вызывающие смещение химического равновесия. Обратимость реакций является еще одним принципом классификации химических реакций, понятие о динамическом равновесии дополняет картину о механизме химической реакции.

Таким образом, в этой теме развивается и обобщается понятие о химической реакции.

Уровень 5. Тема «Теория электролитической диссоциации», помимо мировоззренческого значения (иллюстрация единства противоположных процессов — диссоциации и моляризации), вносит много нового в объяснение механизма реакции. На базе понятия об обратимости реакций можно объяснить сущность процесса диссоциации, а также гидролиза солей.84 Гидролиз рассматривается только в ионной форме, чтобы не вводить понятие о гидроксосолях. Гидролиз — очень важное теоретическое понятие, которое развивается в последующих темах и в органической химии. Его следует изучать с использованием понятия о химическом равновесии.

Далее изучение химических реакций происходит дедуктивно. Знания, сформированные на базе перечисленных теорий, применяются для объяснения фактов и явлений и прогнозирования протекания процессов. Уровень 6. Дальнейшее развитие понятия «химическая реакция» осуществляется в курсе органической химии.85 Понятие о классификации химических реакций дополняется и расширяется. В курсе органической химии вводится новый тип реакции — изомеризация. Самая первая классификация реакций на типы приобретает качественно новое, более глубокое содержание. Например, реакция замещения — галогени- рование алканов приводит не к образованию нового простого и нового сложного вещества, а к образованию двух сложных веществ. Реакция соединения включает в себя целую систему понятий органического синтеза: гидрирование, гидратацию, полимеризацию, фотосинтез и др. Реакция разложения объединяет такую систему понятий, как крекинг, риформинг, гидролиз (омыление) и т. д.

В органической химии вносится качественно новый материал и в понятия о механизмах реакций [26, 28]. Впервые дается представление о свободнорадикальном механизме реакций замещения и полимеризации и ионном механизме реакций присоединения. Свободнорадикальный механизм рассматривают на примере реакций замещения (галогенирова- ние алканов), присоединения (полимеризация), отщепления (крекинг углеводородов). В неорганической химии этот механизм не разбирают (цепные реакции исключены из программы). Расширяется понятие о ионном механизме химической реакции: приводятся примеры присоединения неорганических веществ к алкенам (симметричным и несимметричным), реакций замещения при гидролизе галогеналкилов.

Система понятий о закономерностях химических реакций в органической химии наполняется своим особым содержанием. Например, при развитии понятия «скорость химических реакций», помимо влияния изученных ранее факторов, отмечается еще влияние энергии связи, а также электронного и пространственного строения на скорость реакции. При изучении катализа в органической химии учащимся сообщают о теории промежуточных соединений, о действии ферментов и т. д.

Уровень 7. В теме «Обобщение знаний но неорганической и органической химии» завершается обобщение понятия «химическая реакция».86 В конце обучения учащийся должен суметь охарактеризовать предложенную ему в качестве примера химическую реакцию в свете компонентов содержания.

Методы изучения химических реакций

Формирование системы знаний о химической реакции требует специального отбора методов. Прежде всего, это проблемное обучение. Например, перед изучением теплового эффекта химической реакции можно предложить вопросы, которые будут стимулировать последующее изучение материала: соблюдается ли в химии закон сохранения и превращения энергии? Откуда появляется и во что превращается теплота химической реакции?

При подготовке учащихся к объяснению сущности химической реакции как процесса разрушения одних связей и образования других можно поставить проблему: как объяснить, почему при протекании той или иной реакции наблюдается положительный или отрицательный тепловой эффект? Для объяснения этого известного учащимся факта их знакомят с понятием энергии связи, углубляют представление о сущности реакции.

Предложив учащимся назвать типы химических реакций, классифицированных по принципу соотношения числа исходных или полученных веществ, перед ними ставят проблему: к какому типу реакций относятся окислительно-восстановительные реакции:

Zn + 2НС1 = ZnCh + Н2;

2Mg + 02 = 2MgO.

В результате учащиеся углубляют понятие о классификации химических реакций.

Проблемы, требующие обобщений, связывают между собой сразу несколько блоков понятий. Разработка методики проблемного обучения применительно к понятию «химическая реакция» — очень серьезная тема исследования, которая еще недостаточно освоена.

Необходимым условием изучения химических реакций является демонстрационный и ученический химический эксперимент. Его методическая функция меняется от уровня к уровню. Если в начале обучения эксперимент выполняет функцию содержания, т. е. является объектом изучения, то в дальнейшем он все более приобретает функцию средства обучения, с помощью которого активизируется мышление учащихся. Эксперимент играет роль косвенного доказательства существования глубинных механизмов. Например, если вначале реакция окисления меди на воздухе или горение магния констатирует просто наличие химической реакции (цель изучения — внешние признаки реакции), то в IX классе реакции между электролитами в растворах являются средством для доказательства существования и взаимодействия ионов.

При изучении химических реакций широко применяется самостоятельная работа, Е также разнообразные средства обучения: для наблюдения самой реакции — химическое оборудование, приборы; для изучения глубинных процессов — модели, экранные пособия, таблицы. Поиск оптимальных сочено таний средств обучения на уроке, способствующих неформальному усвоению понятий, — одна из фундаментальных проблем методики преподавания химии.

<< | >>
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 § 3.2.3. МЕТОДИКА ФОРМИРОВАНИЯ И РАЗВИТИЯ СИСТЕМЫ ПОНЯТИЙ О ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ Структура системы понятий о химической реакции:

  1. 12. Формирование и развитие систем важнейших химических понятий в курсе химии средней школы
  2. Построение курса химии, ориентированного на систему понятий о химической реакции
  3. § 3.2.2. ФОРМИРОВАНИЕ И РАЗВИТИЕ СИСТЕМЫ ПОНЯТИЙ «ХИМИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ» В КУРСЕ ХИМИИ СРЕДНЕЙ ШКОЛЫ Значение понятия «химический элемент» в курсе химии средней школы
  4. § 3.2.1. МЕТОДИКА ФОРМИРОВАНИЯ И РАЗВИТИЯ СИСТЕМЫ ПОНЯТИЙ О ВЕЩЕСТВЕ В КУРСЕ ХИМИИ СРЕДНЕЙ ШКОЛЫ
  5. Глава 3.2. Формирование и развитие основных химических понятий курса химии средней школы
  6. 3.1. Физико-химическое исследование реакции термического разложения ацетата серебра
  7. Развитие многопартийной системы и борьба против наступления реакции
  8. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ РУДООБРАЗУЮЩИХ СИСТЕМ
  9. Тест-системы иммуноферментныеи на основе полимеразной цепной реакции
  10. Глава 4. Ориентировочные реакции и зависимость их динамики от основных свойств нервной системы
  11. 29. Правовая система общества: понятие и структура
  12. Глава 9. Роль силы нервной системы в реакции организма на раздражители возрастающей интенсивности
  13. Понятие и структура системы налогов и сборов в Российской Федерации
  14. 3.3. Методика обработки результатов химического анализа проб железистого шлака
  15. 2.7 Связь системы понятий и системы терминов
  16. § 3.2.4. МЕТОДИКА ИЗУЧЕНИЯ ОСНОВ ХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ И ВОПРОСОВ ХИМИЗАЦИИ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА В КУРСЕ ХИМИИ СРЕДНЕЙ ШКОЛЫ
  17. 1. Развитие образовательно-воспитательных учреждений как важнейшая предпосылка осуществления целей и задач общества в области воспитания. Понятие о системе образования
  18. § 1.2.2. РОЛЬ СВЯЗЕЙ ХИМИИ С ДРУГИХ ПРЕДМЕТАМИ В ФОРМИРОВАНИИ ХИМИЧЕСКОЙ И ЕСТЕСТВЕННОНАУЧНОЙ КАРТИНЫ МИРА
  19. Занятие 8.3 ИЗУЧЕНИЕ ВЕГЕТАТИВНЫХ ПРОЯВЛЕНИЙ ЭМОЦИЙ (МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЯ ЧАСТОТЫ ПУЛЬСА ПО ДАННЫМ ЭКГ И КОЖНО-ГАЛЬВАНИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ)
  20. Сущностные особенности детства и социально-биологические факторы формирования приспособительных реакций в пубертатном периоде онтогенеза
- 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 - Философия образования - Экологическая психология - Экстремальная психология - Этническая психология -