Л.М. КУЗНЕЦОВА

Основы новой технологии обучения химии

Источник информации — http://him.1september.ru/articles/2009/04/01

В настоящее время качество обучения школьников имеет огромное значение. Однако от учителей часто можно слышать, что ребята не интересуются учебой. Их нежелание учиться, агрессия, неадекватное поведение – это не что иное, как реакция на стресс, который дети испытывают в школе. Изо дня в день, из месяца в месяц, из года в год ребенок действует по принуждению: внимательно слушай, запоминай, выполняй, получай нагоняи. Глаголы преимущественно повелительного наклонения. Одиннадцать лет никакой радости! Наши дети – граждане нового тысячелетия, они переросли объяснительный метод обучения. Школа же не может предложить им ничего нового. Не спасает и то, что учителя пытаются, время от времени, проводить уроки необычной формы.

Известно, что результаты школьного образования столь плачевны, что подавляющее большинство учащихся не имеет достаточного запаса знаний для получения высшего образования.

Государство в рамках выполнения национальной программы внедряет в школы компьютеры и Интернет. Но это ни в коей мере не решает основной проблемы. В доказательство приведу пример.

Учитель Ю. проводит урок по решению задач с использованием интерактивной доски. Процесс происходит следующим образом. На доску выводится условие задачи. Школьники его списывают, уясняют содержание задачи и записывают данные. Далее учитель выводит на доску готовое решение. Ученики снова списывают. Если бы учитель писал мелом на доске, пользы было бы больше, потому что ученики видели бы процесс. Выведенное решение задачи на интерактивной доске – это застывшая форма, где нет движения мысли. От такого применения интерактивной доски не польза, а только вред.

Многие учителя стремятся к применению проблемного метода обучения. Но, полистав учебник, не находят в нем такой возможности. Для этого нужен учебник, в котором уже стоят проблемы. Логика содержания учебного пособия должна обусловливать достижение максимального уровня самостоятельности учащихся.

В настоящее время в школе работают в основном те же учителя, что и в советские времена. Не секрет, что в то время уровень школьного обучения был несравнимо выше. Причин его снижения множество: уменьшение часов на химию; загруженность учеников ненужными предметами регионального и школьного компонентов; низкая оплата труда учителя и падение былого энтузиазма и др.

Главной же причиной можно считать устаревшую технологию обучения – объяснительный метод. В серии статей мы предложим учителю иную технологию обучения, которая призвана раскрепостить сознание школьников и способствовать развитию их творческих способностей, снять стрессовую ситуацию, возникающую на уроке для детей и учителей.

1. Методология и психология процесса обучения химии

Таким глаголом мы можем охарактеризовать деятельность учителя при передаче знаний? – Объясняет, рассказывает.

Что при этом делает ученик? – Слушает, запоминает и усваивает.

Так учит дидактика, по которой учились все учителя в педагогических институтах.

«Слушает, запоминает и усваивает» – это схема, далекая от реальности. Педагогическая действительность другая. Мы видим учеников, которым в основной своей массе скучно слушать. Кто-то о чем-то мечтает. Кто-то переписывается, стараясь скрыть от учителя свои действия. Кто-то наблюдает за окном какие-либо картины. Мы раздражаемся, возмущаемся тем, что наши старания так неблагодарно воспринимаются. Стараемся привлечь внимание, делаем замечания, даже кричим, а иногда можно отметить и рукоприкладство. Учитель – живой человек, он честно выполняет свою работу, а встречает равнодушие и даже оскорбления. В такой ситуации не всегда совладаешь с собой. Но пишу я это не в оправдание учителя. Мне хочется предоставить ему возможность исправить это положение.

Есть русская поговорка: «Полюби меня черненьким, а беленьким меня всякий полюбит». Это для учителя. Если рядовой гражданин может любить только «беленьких», то учитель должен любить и «черненьких». Таким детям, как правило, достается в жизни с раннего возраста. Может быть, в семье ребенка слишком суровый отец, может быть, родители так заняты зарабатыванием денег, что им не до детей, может, родители вообще асоциальные элементы. Куда приклонить головку такому ребенку, как не к учителю? И учителю нужно сделать так, чтобы в школе всем детям было психологически комфортно.

Прежде всего это касается урока.

Разве ребенок обязан выслушивать то, что рассказывает учитель на уроке, да еще и запоминать? У него есть право учиться с желанием. Он слишком мал, чтобы иметь обязанности перед обществом. Он не может понять, зачем эта «галера», называемая школой. И он прав. А мы должны соблюдать и охранять права детей, не насиловать их учебой, а сделать все, чтобы они захотели учиться, чтобы учеба доставляла им удовольствие. Если ребенок учится с увлечением, то и учителю радостно. Учитель снимает стресс психологической неприязни с ученика. А ученик своим старанием – с учителя, которому не нужно напрягать свои нервы и раздражаться. При взаимопонимании процесс обучения для обоих становится в радость.

Как достичь такого результата? Как доставить радость ученикам и себе? Нужно учитывать психологию детей.

На протяжении всего ХХ столетия психологи доказывали, что для успешного обучения школьников нельзя давать знание в готовом виде, как это делается с помощью объяснительного метода. Главной идеей психологии усвоения знаний является следующая: ученик может усвоить информацию только в собственной деятельности при заинтересованности предметом.

Исходя из этого, ученик должен быть активным участником учебного процесса. А учителю нужно забыть о роли информатора, об объяснении нового материала и стать организатором познавательной деятельности ученика.

Деятельность ученика по усвоению знаний в психологии делят на материальную, материализованную и интеллектуальную.

Материальная деятельность – это деятельность с объектом изучения. В химии таковыми являются вещество и реальные химические процессы. На уроках это осуществляется в виде опытов. Опыты могут проводить ученики или демонстрировать учитель. Материальная деятельность является основой, без нее познать предмет невозможно.

Материализованная деятельность связана с тем, что заменяет объект изучения, то есть с различными моделями, табличным, цифровым или графическим материалом и т.д. В химии – это:

• деятельность с материальными моделями молекул, кристаллических решеток;

• деятельность с химическими формулами и уравнениями;

• сопоставление физических величин, характеризующих изучаемые вещества;

• выявление зависимости между параметрами и графическим ее выражением;

• решение задач.

Любая внешняя деятельность отражается в коре головного мозга, т.е. переходит во внутренний план, в интеллектуальную деятельность. Проводя опыты, выполняя манипуляции с материальными моделями, составляя химические формулы и уравнения, сопоставляя цифровой материал, ученик делает выводы, систематизирует факты, устанавливает определенные взаимосвязи, проводит аналогии и т.д.

На уроке химии учитель должен организовать все виды познавательной деятельности. Однако можно предоставить ученику широкое поле самостоятельности: написание формул, химических уравнений, манипуляции с материальными моделями, проведение опытов. Но результат не будет соответствовать нашим намерениям, если учебная познавательная деятельность ученика не соответствует тому содержанию учебного материала, которое должно быть усвоено. При условии адекватности познавательной деятельности содержанию усваиваемого материала ученик самостоятельно приходит к каким-либо выводам, сам для себя созидает знание.

В одном методическом пособии ученику рекомендуется выполнять следующую деятельность при составлении уравнений реакций:

«1. Сформулируй словами уравнение.

2. Поставь химические знаки.

3. Определи коэффициенты.

4. Проверь коэффициенты.

5. Напиши полностью химическое уравнение».

Предлагаемый состав действий предполагает формальное оперирование знаками. Он не направлен на соотнесение уравнения с реальным процессом, с пониманием сущности реакции. Поэтому такой состав деятельности не адекватен знанию о химической реакции. Результат подобных формальных рекомендаций выражается в ошибках абитуриентов. Например:

Чудовищные уравнения показывают, что ученики сумели только «поставить химические знаки», а затем их переставить. Химической мысли в таких записях нет. Ее и не может быть, если вместо понимания химической реакции стоит требование «сформулируй словами уравнение».

Этот пример показывает, что при обучении химии преподавание часто нацелено не на осознание самих химических процессов, не на изучение объекта химии – вещества, а на написание химических формул и уравнений. Все чаще выявляются в вузах такие студенты, которые в школе не видели ни одного химического опыта за все четыре года обучения предмету. Потому-то выпускники школ имеют о химии искаженное представление: это наука о формулах.

Во избежание формирования у учащихся формальных знаний следует иметь в виду, что перечисленные формы деятельности имеют свою иерархию. Ее можно представить в виде пирамиды (схема 1, см. с. 4).

Схема 1

Иерархия форм учебно-познавательной деятельности
и направленность учебного процесса

В отношении направленности учебного процесса схема показывает, что основой изучения предмета является деятельность с объектом изучения. В нашем предмете – это вещество и химические процессы. На уроках рассмотрение объекта реализуется через химический эксперимент и наблюдения во время проведения практических и лабораторных работ, демонстрационных опытов. Наиболее широко используемой формой химических опытов является демонстрационный эксперимент. Несмотря на то, что его выполняет учитель, при правильной организации наблюдений его можно считать формой учебно-познавательной деятельности учащихся.

Если дети только наблюдают за опытом, то мы не можем с уверенностью сказать, насколько наблюдения вплелись в получаемое знание. Беседы с учащимися показывают, что демонстрации учителя чаще всего воспринимаются на уровне фокуса. Школьников завораживают внешние эффекты (появление пламени, осадка, газа, изменение цвета и др.) Они обычно не обращают внимания на то, к чему производился опыт. Поэтому полезно использовать тетради для лабораторных работ, в которых школьники производят записи по специальным формам, например «Тетрадь для лабораторных и контрольных работ» (М.: Мнемозина, 2005). При наблюдении демонстрационного опыта они вынуждены занести в тетрадь свои наблюдения, ответить на вопросы, сделать выводы. При этом происходит осмысление опыта и наблюдения вплетаются в процесс усвоения знаний.

Ученики выполняют также практические и лабораторные работы, проявляя полную самостоятельность. В учебники включены такие работы. Как правило, они помещены в его конце, давая учителю свободу организации таких работ в удобное для учебного процесса время. Однако каждая практическая и лабораторная работа является неотъемлемой частью содержания и выполняется в строго определенном месте учебного процесса. Ведь выполнение работ связано с тем, что опыты не только подтверждают пройденный материал (как принято в практических работах), но и являются формой учебно-познавательной деятельности школьника. Из этого следует, что опыты в работе в той или иной мере носят исследовательский характер и вплетены в содержание.

Внешние наблюдения еще не могут дать полного осмысления изучаемого объекта. Характерная особенность химии – то, что сущность явлений не проявляется в непосредственном восприятии органами чувств: она спрятана в глубине, на микроуровне, на котором и необходимо осмысление.

Вспомните историю о расшифровке структуры ДНК. Л.Полинг предположил, что молекулы могут иметь спиралевидную форму. Дж.Уотсон и Ф.Крик использовали эту идею при объяснении данных рентгеноструктурного анализа. В результате они смоделировали двойную спираль. Без материальной модели такой сложной молекулы чисто умозрительно вряд ли можно было понять ее структуру.

Деятельность учащихся по усвоению (присвоению) знаний, добытых наукой, принципиально не отличается от деятельности первооткрывателей. Они также должны представлять микрообъекты, т.е. создавать мысленные образы. Однако самостоятельно учащиеся этого сделать не могут. Им надо помочь, предлагая деятельность с материальными моделями молекул, атомов, ионов, кристаллов. Это помогает сформировать понимание (понятие) объекта изучения. Когда понимание сформировано, учащийся может записать понятое в виде знаковых моделей – химических формул и уравнений.

Формирование содержательных знаний, раскрывающих сущность понятий, связанных с веществом и химическими реакциями, требует определенной логики раскрытия каждого понятия.

Например, содержание урока «Простые вещества» заключается в следующем:

• знакомство с образцами реальных веществ и установление их свойств;

• деление простых веществ на металлы и неметаллы;

• противопоставление свойств металлов и неметаллов и уяснение отсутствия четких границ между ними;

• расположение элементов-металлов и элементов-неметаллов в периодической таблице Д.И.Менделеева;

• знакомство с молекулярным и немолекулярным строением простых веществ с использованием материальных моделей;

• знакомство с составлением формул простых веществ на основе материальных моделей молекул.

Как видим, до знакомства с формулами вещества идет изучение самого вещества. Такой логике следует изучение и других понятий.

Вернемся к нашему примеру выделения деятельности по составлению уравнений реакций. Видим, что цитировавшаяся ранее методика рекомендовала деятельность только со знаковыми моделями. Понятно, что при этом содержательные знания о веществе у учащихся не формируются.

Чтобы ученик смог понять сущность происходящего в действительности химического процесса, а затем зашифровать его в знаках, состав действий должен быть иным – адекватным процессу познания сущности реакции.

Ученик должен:

• определить исходные вещества;

• установить возможность реакции между данными веществами (указать, какое свойство веществ проявляется, или указать причину реакции);

• предсказать продукты реакции;

• составить формулы исходных веществ и продуктов реакции;

• обосновать и расставить коэффициенты.

Такой состав деятельности позволяет школьнику сначала понять сущность химической реакции, а затем составлять ее уравнение. Немаловажно при этом словесно выражать действия по составлению уравнения. Можно слышать не только в речи учеников, но и в речи учителя методологически неправильные выражения: «напиши реакцию», «поставь коэффициент перед водой», «подействуй аш-хлором», «прилей натрий-хлор» и т.д. Такие выражения не дают возможности учащемуся отличить уравнение реакции от самой реальной реакции. В школе принято учить детей читать формулы. От этого и появляются подобные выражения. Необходимо, чтобы учащиеся хорошо знали, как назвать то или иное вещество, и вместо чтения формул произносили название вещества. Необходимо, чтобы они осознавали, что уравнение – не сама реакция, а только ее выражение на бумаге. Поэтому коэффициенты ставим не перед веществом, а перед формулой вещества, пишем не реакцию, а ее уравнение.

Таковы методологические требования к учебному процессу и к построению содержания учебника.

Познакомимся с психологическим компонентом обучения. Доказано, что знание, поданное в готовом виде, усваивается в очень небольшом количестве. Готовое знание преподается школьникам путем объяснения учителем. Таким образом, объяснительный метод является наименее эффективным методом.

Еще Сократ, живший в Древней Греции, понял, что знания можно передавать в диалоговой форме. При этом системой вопросов он подводил ученика к тому, что тот самостоятельно делал вывод.

В советское время ученые (дидакты, психологи, методисты) успешно трудились над совершенствованием методов преподавания. Следует отметить так называемый липецкий метод, который заключался в проведении на уроках эвристических бесед. Затем последовала разработка проблемного, исследовательского методов. Передовые педагоги всегда старались применять передовые методы. Однако широкое применение этих методов ограничивается учебником.

Так, на уроке, в соответствии с одним из современных учебников, рассматривается составление химических формул, способы расчета молекулярной массы и массовой доли элемента в веществе. Такой большой материал может быть дан только путем сообщения в готовом виде.

Приведу пример с открытого урока лучшего учителя районного центра Высокая Гора в Татарстане. Учитель объяснил, как составлять формулы, что значит индекс и коэффициент, показал, как рассчитать молекулярную массу. Далее попросил раскрыть учебник и найти формулу массовой доли вещества. Затем задал задачу, попросив подставить данные в готовую формулу.

Понятно, что такой урок не дал школьникам возможности осознать учебный материал и качественно его усвоить. Ученики только выполняли указания учителя. Они не проявили интереса к содержанию урока, просто отсидели по принуждению очередные 45 минут своей жизни.

Что было неправильным на уроке?

Во-первых, еще в советское время дидактикой было доказано, что на одном уроке несколько понятий давать нельзя – дети не смогут усвоить. Во-вторых, школьники без осознания производили действия вслед за учителем по принципу «делай, как я». Но и в учебнике формула массовой доли приведена без вывода, как свершившийся факт.

Это не обучение разумных существ, а дрессировка. На таком уроке ребята будут чувствовать себя в роли бессловесных подопытных кроликов. О развитии их интеллекта и речи не идет. Наша же цель – не только передача знаний, но и развитие мышления будущего гражданина.

Обратим внимание на скорость усвоения учеником нового материала. Необходимо соизмерять время урока с теми мозговыми процессами, которые совершаются в голове ученика. Несмотря на то, что мысль быстра, усвоение нового материала происходит достаточно медленно.

Услышанная, увиденная, прочитанная новая информация, попав в мозг ученика, сначала как бы «блуждает». При этом происходят биохимические и физиологические процессы, направленные на то, чтобы новая информация встроилась в систему уже имеющегося знания. Мышление человека на физиологическом уровне выражается в возникновении клеточных ансамблей, т.е. группы нейронов, связанных аксонами. Мозг, реагируя на новую информацию, определяет, «на что это похоже», «куда это относится». Если информация не находит соответствующего места, она вынуждена удерживаться механической памятью. Но и в этом случае возникают ассоциации (связи), однако уже не содержательные. Школьник неосознанно связывает новую информацию с обликом учителя, его голосом, манерой говорить, задавать вопросы, со стенами кабинета, портретами и таблицами, на них находящимися. Поэтому, если ваши выпускники не пишут глупостей, то это благодаря тому, что у них срабатывают ассоциации с привычным помещением и вашим образом. О роли содержательных ассоциаций можно судить по явлению, когда на уроке, проводимом в чужом кабинете, дети как будто глупеют. Это сигнал к тому, что ассоциации сформированы неправильно, материал усвоен механически. И когда ученики попадают на экзамен в незнакомое помещение и видят незнакомых экзаменаторов, они показывают более низкие результаты, чем на уроках в своем химическом кабинете.

Чтобы учебный материал хорошо усваивался, нужно учитывать психологию, физиологию и биохимию работы мозга – ту объективную реальность, которую мы изменить по своему желанию не можем. Можем только использовать на благо ученика, не ломая природных процессов.

В учебнике для параграфа, как правило, выделяется такая порция знаний, которая может быть усвоена на одном уроке. Желание автора или учителя увеличить порцию знаний к успеху не приводит.

Материал урока, приведенного выше в качестве примера, следовало бы разделить на три части и рассматривать отдельно. На одном уроке научить составлять химические формулы, дать их смысл, чтобы учащиеся хорошо усвоили смысл индекса. Относительная молекулярная и молярная массы должны изучаться на другом уроке. Также отдельно следует изучать массовую долю элемента.

Рассмотрим фрагмент урока, на котором учащиеся знакомятся с относительной молекулярной и молярной массами.

Проблему поставим следующим образом.

– Молекулы так малы, что нельзя отсчитать нужное число молекул. А можно ли взвесить определенное число молекул?

Дети, поразмыслив, приходят к выводу, что для этого надо знать массу одной молекулы данного вещества.

– Как узнать массу одной молекулы?

Дети понимают, что взвесить одну молекулу тоже нельзя. Вопрос риторический, который ставит учащихся перед неразрешимой задачей, но направляет их мысль на поиск.

Продемонстрируем две модели молекул: метана и тетрахлорметана (рис. 1). Обе молекулы содержат одинаковое число атомов и имеют одинаковое тетраэдрическое строение. Дети рассматривают их и получают зрительную информацию. Учитель задает вопрос:

– Какая из молекул имеет бо’льшую массу?

Ребята отвечают, что бо’льшую массу имеет молекула тетрахлорметана.

– Почему вы так думаете?

  

Рис. 1. Модели молекул СH4 и СCl4

Школьники поясняют, что в состав молекулы тетрахлорметана входят более крупные атомы, поэтому и ее масса больше, чем масса молекулы метана.

– Но, может быть, крупные атомы имеют меньшую массу, мелкие – б?льшую? Как же доказать правильно ли сделано предположение?

Ребята вспоминают, что атомы имеют массу в атомных единицах массы (а.е.м.). Зная относительные массы элементов, можно найти массу всей молекулы. Они предлагают сложить массы всех атомов, входящих в состав молекулы, т.е. школьники открыли для себя способ вычисления молекулярной массы.

– В каких единицах будем вести расчет?

Дети отвечают, что массы атомов в периодической таблице приведены в а.е.м. В этих же единицах рассчитаем массы молекулы метана и молекулы тетрахлорметана:

M_r(CH₄) = A_r(C) + A_r(H)•4 = 12 + 1•4 = 16,

M_r(CCl₄) = A_r(C) + A_r(Cl)•4 = 12 + 35,5•4 = 154.

При таком методическом подходе учителю не надо объяснять, что атомную массу элемента нужно умножить на индекс. У учащихся еще слабое представление об индексе. Они с трудом составляют формулы. На моделях же сразу видно, как обращаться с индексом.

На приведенном примере можно видеть, что школьникам была предоставлена определенная деятельность, направляемая вопросами учителя. Можно утверждать, что знание о способе нахождения относительной молекулярной массы попало в сознание каждого школьника и было усвоено. Отсюда сделаем вывод.

Важнейшим принципом организации учебного процесса является принцип самостоятельного созидания знаний, который заключается в том, что знание ученик получает не в готовом виде, а созидает его самостоятельно в результате организованной учителем целенаправленной познавательной деятельности.

Cамостоятельное открытие малейшей крупицы знания учеником доставляет ему огромное удовольствие, позволяет ощутить возможности своего интеллекта, возвышает его в собственных глазах. Ученик самоутверждается как личность. Эту положительную гамму эмоций школьник хранит в памяти, стремится испытать еще и еще раз. Так возникает интерес не просто к предмету, а, что более ценно, к самому процессу познания, – познавательный интерес. Учитель всегда старается вызвать интерес к своему предмету, т.к. в этом случае ученик достигнет высоких результатов. Поэтому принцип самостоятельного созидания знаний приобретает большую значимость.

Материальной основой для самостоятельного созидания знаний является свойство мозга, которое его исследователь Е.И.Бойко назвал межрефлекторным совмещением информаций или установлением динамических связей. Межрефлекторное совмещение информаций заключается в том, что при введении в сознание человека двух информаций мозг рождает новую, которая в него не вводилась. Все сказанное выразим схемой (схема 2, см. с. 7).

Схема 2

Межрефлекторное совмещение информаций можно показать на элементарных примерах. На основе информаций: «в огороде бузина» и «в Киеве – дядька» новой информации создать невозможно. Они не совмещаются. Информация «искомый вами объект находится на параллельной улице» совмещается с ранее полученной вами информацией о свойстве параллельных прямых, и вы без ошибки прокладываете себе путь по перпендикуляру, хотя о нем вы информации не получали. Eе неосознанно породил ваш мозг.

Из приведенных примеров становится ясно, что в организации познавательной деятельности ученика необходимо ориентироваться на некоторые условия, приводящие к созиданию знаний. Этими условиями являются:

• достаточность у ученика опорных знаний, без которых он не может самостоятельно продвинуться в учении, т.к. ранее полученное знание (опорное) является одной из двух совмещаемых информаций;

• системность знаний, которые должны быть не отрывочными, а иметь взаимосвязи, позволяющие свести их в систему (системность ранее полученных знаний помогает соотнести новую информацию с опорными знаниями, и только в этом случае произойдет созидание нового знания и оно будет понято);

• фонд мыслительных действий (для соотнесения новой информации с системой прежних знаний ученик должен уметь устанавливать связи между отдельными элементами и блоками знаний, проводить аналогии, вычленять существенное и т.д.).

Фонд мыслительных действий невозможно сформировать каким-то особым способом. Л.В.Выготский говорил, что развитие следует за обучением. Поэтому фонд мыслительных действий формируется в учебном процессе при разрешении каких-то ситуаций, задач. Он формируется тем успешней, чем больше самостоятельных действий производит ученик.

Рассмотрим, можно ли применить принцип самостоятельного созидания знаний при традиционном изучении реакции кислот с металлами.

При изучении этой реакции ученик должен знать состав и свойства кислот, состав соли, знать такое вещество, как водород.

В учебниках химии Г.Е.Рудзитиса и Ф.Г.Фельдмана, которые вновь попали в федеральный список, эта реакция изучается как одно из свойств кислот. Школьники еще не знают состава кислот, не имеют представления о солях, у них не сформировано научное понятие «металлы» (для них металлы на данном этапе – это «такие железки»). Поэтому фактически мы имеем следующую картину:

Схема иллюстрирует наличие «белых пятен» в знаниях. Ученики не имеют необходимых опорных знаний, возможности связать в систему новые знания, а значит, применить умственные действия по усвоению этого материала они не смогут. Новый материал ученики должны запомнить механически. Организованная учителем материальная и материализованная деятельность по усвоению данной информации – проведение опытов, действия с химическими формулами и уравнениями – будет способствовать запоминанию, но не пониманию данного материала. Без понимания материала не может возникнуть познавательный интерес. В лучшем случае ученики проявят любопытство к опытам, а любопытство – лишь первый, но далеко не главный шаг к возникновению подлинного интереса к предмету.

Этот пример доказывает необходимость изменения логики изучения материала: сначала следует сформировать понятие металлов, изучить состав солей, затем кислот, а только потом начать изучать свойства кислот. Приведенный пример показывает, что вся структура содержания предмета химии должна быть перестроена в соответствии с принципом самостоятельного созидания знаний учащимися.

В учебнике логическая последовательность тем, блоков и элементов знаний должна основываться на принципе совмещения компонентов знаний, который обеспечивает межрефлекторное совмещение информаций и, следовательно, приведет к самостоятельному созиданию знаний учеником.

2. Структура знания и формирование понятий

Источник информации — http://him.1september.ru/articles/2009/06/05

Не буду оригинальной, если скажу, что разработка плана урока и его последующее проведение – это процесс творческий. Творчество требует не только вдохновения и воображения, но кропотливого труда и знаний. Чем можно заинтересовать учеников на уроке, если у учителя недостаточно знаний о законах постижения мира человеком, т.е. методологических и психологических знаний?

Учителя применяют различные методы, чтобы заинтересовать ученика своим предметом. Примеров этому можно привести множество.

Вот учитель физики К., приступая к изучению поверхностного натяжения жидкости, спрашивает учащихся: «Смогу ли я положить стальную иглу на воду так, чтобы она не потонула?» Естественно, ученики отвечают отрицательно. Но учитель проделывает это, предварительно натерев иглу мылом. Учеников охватывает острое любопытство: как это стало возможным и почему. На этом чувстве учитель основывает усвоение нового материала.

Вот учитель химии У. пытается заинтересовать ученика, который не хочет заниматься. Учитель знает, что мальчик очень привязан к своей собаке, и использует эту привязанность, предлагая изучить химическим методом, как собака дышит: что вдыхает и что выдыхает.

Вот сельская учительница химии К. связывает решение задачи с происходящим на опыте процессом и ставит перед учащимися практическую задачу.

Могу привести примеры из своего опыта. Так, минеральные удобрения изучаем на уроке, который проводится в форме суда. Адвокат приводит доводы в пользу необходимости использования удобрений. Обвинитель рассказывает об отрицательных последствиях применения удобрений. Все остальные учащиеся выступают в роли свидетелей обвинения или защиты, в зависимости от того, какой дополнительный материал они прочитали. Судья выносит окончательное решение.

Вот урок «Сплавы» в форме круглого стола, когда ученики садятся за сдвинутые вместе столы и рассказывают друг другу о тех сплавах, о которых прочитали в дополнительной литературе. Все добытые самостоятельно данные обобщаются и сводятся в одной таблице.

И все же такие уроки – островки в учебном процессе. Подавляющее большинство уроков – обычный урок с сообщением нового материала.

Но как сильно возросло бы умение учителя интересно и продуктивно построить не отдельный урок, а систему уроков, если бы он владел методологическими знаниями! Прежде всего, необходимо знать формы и структуру человеческого знания об окружающей действительности, о том, как содержание реальности, скрытое от наблюдательного глаза, попадает в мозг человека.

Владея такими знаниями, учитель может осознанно применять те или иные методические приемы, выбирать структуру урока, демонстрацию опытов в нужном ракурсе, мотивированную постановку вопроса.

Пройдя путь учителя-исследователя, могу утверждать, что для выстраивания процесса обучения необходимо знать:

• как происходит процесс добывания человеком знаний об окружающем мире;

• как происходит в онтогенезе процесс усвоения знаний, которые уже добыты человечеством в филогенезе.

Такие знания помогают не только правильно построить учебный процесс, но и эффективно управлять им.

Рассмотрим структуру человеческого знания. В методической литературе чаще всего говорится о формировании понятий. Нельзя не согласиться с тем, что для эффективного формирования понятий у школьников необходимо знать, что такое понятие, как оно формируется в процессе познания человеком окружающего мира.

Понятие – это основная форма человеческого знания. В целом человеческое мышление является понятийным. Вне понятий нет мышления. Сам процесс мышления можно представить как процесс оперирования понятиями. Понятие связано с другими формами знаний, такими, как теория, закон, принцип, суждение, поэтому о них следует кратко сказать.

Теория – форма научного знания, объяснения тех или иных сторон действительности. Она является мыслительным отражением и воспроизведением реальной действительности. Она возникает в процессе исследования: проблема – гипотеза – теория. Теория является наиболее сложной формой знания, включающей в себя практику, факты, законы, принципы, понятия.

С помощью теории можно разобраться в реальной действительности. Приведем исторический пример. Австрийские химики Л.Пебаль и Э.Фрейнд изучали действие диметилцинка (цинкметил) на фосген. Они провели эксперимент, но понять его не смогли, потому что не существовало теории строения органического вещества, которая помогла бы исследователям. Знаменитый немецкий химик Ф.Велер так характеризовал эту ситуацию: «Органическая химия может сейчас кого угодно свести с ума. Она представляется мне дремучим лесом, полным удивительных вещей, безграничной чащей, из которой нельзя выбраться, куда не осмеливаешься проникнуть».

Положение в органической химии стало изменяться после 1861 г., когда А.М.Бутлеров обобщил имеющиеся в ту пору знания по органической химии в положения теории строения органических веществ. Утвердив свою теорию химического строения и руководствуясь ею, он занялся получением изомера бутилового спирта. Для этого он повторил реакцию, в которой не смогли разобраться его австрийские коллеги. Бутлеров понял, что сначала фосген превращается в кетон (ацетон):

Затем образуется металлорганическое соединение:

Наконец, под воздействием воды группа Zn(CH₃) замещается на водород, и образуется изобутиловый спирт:

Теория помогла Бутлерову понять процесс превращений органических веществ и привести его к определенной цели: выделить в качестве продукта изобутиловый спирт.

На этом примере видно значение теории в познании не только химии, но и окружающего мира вообще. Чем глубже человек познает природу с помощью теорий, тем бо?льшие возможности познания открываются перед ним.

В процессе усвоения школьниками знаний по химии теория является важным фактором. Этому придавали большое значение наши крупнейшие методисты. Однако надо помнить, что всякая теория имеет ограничения, она применима в определенных рамках.

Например, теория валентных связей не может объяснить существование таких молекул, как O₂, NO, NO₂, HNO₃ и др. Если предположить, что в молекуле кислорода две связи О=О, то нельзя объяснить существование двух неспаренных электронов в этой молекуле, оказывающих влияние на парамагнитные свойства кислорода. Зато явление парамагнетизма объясняется другой теорией – теорией молекулярных орбиталей.

Точно так же невозможно объяснить возникновение связей в азотной кислоте. Но, тем не менее, мы упрямо твердим о четырехвалентности азота, хотя это вызывает неустранимое противоречие.

В самом деле, проанализируем предлагаемые в некоторых учебниках модели химических связей в молекуле HNO₃:

Модель а показывает, что атом азота имеет три -связи и одну делокализованную -связь. Любителей четырехвалентного азота это весьма устраивает: азот связан тремя -связями с соседними атомами, кроме того, возникает еще одна -связь, которая делокализуется в пределах группы NO₂. Но обратим внимание на кислород. Каждый атом кислорода имеет одну -связь и половину -связи. Таким образом, кислород в азотной кислоте получается полуторавалентным. Как объяснить это школьнику?

Не лучше дело обстоит и с так называемой семиполярной связью (модель б). Согласно этой модели азот образует четыре ковалентные связи и одну ионную. Так чему же тогда равна его валентность: четырем или пяти? Но самое главное заключается в том, что такая формула – полная фантазия. Такая форма молекулы азотной кислоты существовать не может. Атом азота имеет настолько высокую энергию ионизации (1402 кДж/моль), что сродства к электрону у кислорода (141,8 кДж/моль) недостаточно для отнятия электрона от атома азота.

Желание втиснуть в теорию все факты и явления, показать неуязвимость теории вредит обучению, формирует у детей ненаучный подход к объяснению действительности. Не следует прибегать к ухищренности, чтобы определить валентность азота в азотной кислоте. Достаточно определить его степень окисления, чтобы понять поведение азотной кислоты в химических реакциях.

Теорию валентных связей следует применять в определенных рамках. Не укладывающиеся в нее факты служат стимулом развития теории или замены ее на другую. К этому надо относиться диалектически.

Таким образом, не следует в обучении ни игнорировать роль теорий, ни абсолютизировать их.

Законы отражают внутреннюю существенную связь явлений, обусловливающую их закономерное развитие. Закон выражает определенный порядок причинной и устойчивой связи между явлениями или свойствами материальных объектов, повторяющиеся существенные отношения, при которых изменение одних явлений вызывает вполне определенные изменения других. Понятие закона близко к понятию сущности изучаемого объекта, которая представляет собой совокупность глубинных связей и процессов. Познание закона предполагает переход от явления к сущности.

Так, при определении количества вещества газов мы пользуемся устойчивым отношением давления, температуры и объема газа – законом Бойля–Мариотта. Каждый раз, используя молярный объем газа 22,4 л/моль, мы не должны забывать, что этот объем приблизительно соблюдается только для нормальных условий. При температуре 20 °С он будет другим (24 л/моль при нормальном давлении).

Кроме того, молярный объем зависит от силы межмолекулярного взаимодействия, поэтому далеко не все газы имеют одинаковый молярный объем даже при нормальных условиях. Так, молярный объем диоксида азота NO₂ равен 31,25 л/моль, а хлора Cl₂ – 20,3 л/моль. Это значительные отклонения, поэтому нельзя пользоваться привычным молярным объемом для этих газов.

Таким образом, мы видим, что и закон также имеет границы применимости.

Суждение – форма отображения в мышлении связи между объектом и его свойствами, выражающая либо истину, либо ложь. Так, например, ученик отвечает: «Катализатор вступает в реакцию и снижает энергию активации». Другой ученик может сказать: «Катализатор ускоряет реакцию, но не вступает в нее». Одно суждение выражает истину, другое – ложь.

Ложные суждения возникают чаще всего тогда, когда человек не понимает существа дела. В самом деле, при осуществлении каталитической реакции на входе имеем исходные вещества и катализатор, на выходе – продукты реакции и катализатор. Можно сделать вывод, что катализатор только присутствует. Иногда мы позволяем себе называть катализатор волшебной палочкой.

Так и формируются ложные представления у учащихся. Необходимо вскрыть сущность явления. Для начала реакции энергия частиц должна достичь определенной энергии. Когда катализатор вступает в реакцию, то энергетический барьер снижается. Но в ходе процесса вещество-катализатор снова восстанавливается в прежнем виде. Таким образом, внешний эффект (как говорят философы, «кажимость») не вскрывает сущности явления и рождает ложное представление. Этого следует избегать в учебном процессе. Иначе нарушается один из важных дидактических принципов – принцип научности.

Суждение включает в себя понятия. В данном случае ученики оперируют понятиями «катализатор» и «скорость химической реакции». При правильном раскрытии содержания понятий и суждения будут истинными.

Суждения в структуре человеческого знания имеют большое значение, т.к. законы, теории выражаются в форме отдельных суждений.

Умозаключение – рассуждение, в ходе которого из одного или нескольких суждений, называемых посылками умозаключения, выводится новое суждение, логически вытекающее из посылок по принципу межрефлекторного совмещения информаций.

Предположим, ученикам дается задание сопоставить молекулярные массы и температуры плавления озона и кислорода. Они выводят следующие суждения:

• молекулярная масса озона больше, чем кислорода;

• температура плавления озона ниже, чем кислорода.

Из этих суждений школьники выводят умозаключение по принципу самостоятельного созидания нового знания: температура плавления вещества зависит от его молекулярной массы.

Наконец, следует рассмотреть начальный пункт всякой формы знания – факт. Факт определяют как действительное, вполне реальное событие, явление, то, что действительно произошло. Факты считаются основой науки. Это та реальность, отраженная в знании, которая подвергается анализу и служит основой формирования суждений, понятий, законов, теорий.

Однако в сознании человека факт может отражаться не всегда адекватно его природе. С этим явлением мы сталкиваемся и в повседневной жизни: разные люди по-разному воспринимают одно и то же событие. Примеры из истории наглядно показывают, что на восприятие фактов влияют политика, позиция интерпретатора, умение анализировать и т.д.

Австрийские химики осуществили реакцию фосгена с диметилцинком. Факт есть, реакция происходит. Но ученые не смогли его интерпретировать, понять, что получилось в результате реакции, поэтому этот очень значимый факт ничего не дал науке. Понадобилась теория Бутлерова, чтобы этот факт был понят и вписался в содержание науки. Отсюда следует вывод: факты сами по себе немного дают для познания человеком окружающего мира. Имеет значение их интерпретация, понимание.

Как было уже сказано, объективная реальность повернута к человеку внешней стороной. Сущность ее скрыта. Она лежит в глубине. Когда сущность вскрывается, тогда в сознании формируется понимание реальности, т.е. понятия.

Понятие – одна из форм отражения мира в мышлении, с помощью которой познается сущность явлений, объектов, обобщаются их существенные стороны и признаки. Поскольку мышление человека понятийно, то в процессе обучения формированию понятий уделяется много внимания.

Сущность не может быть вскрыта полностью и сразу. К ней человеческое сознание приближается постепенно, поэтому понятие следует воспринимать как исторически развивающийся продукт познания. Понятие совершенствуется, уточняется, при этом формируются новые понятия. Понятия не статичны, не окончательны, не абсолютны, а находятся в состоянии развития, изменения, отражая реальность все более глубоко и адекватно.

В методике советского периода всегда уделялось большое внимание развитию понятий. Формирование понятия имеет три фазы:

• предварительный период,

• формулирование определения,

• развитие с постепенным углублением.

Однако пути формирования понятий в советской дидактике признавались многовариантными. И само понятие понималось не так, как в теории познания. В связи с этим в педагогической практике, в методических рекомендациях, в учебниках допускается много ошибок, что ведет к искажению содержания понятия в сознании учащихся, к его формализации.

Так, в современных учебниках можно встретить выражение «Сформулируйте понятие…» Это свидетельствует о том, что для авторов таких учебников определение понятия и само понятие тождественны. В определении выражается наиболее существенная сторона понятия, по которой можно отличить данное понятие от других. Но в нем не может заключаться все содержание понятия. Это содержание глубоко и широко, его не охватить в рамках определения. Понятие может включать огромный запас знаний.

Например, понятие «вещество» включает в себя одну из форм существования материи, все разнообразие существующих веществ, все их свойства, строение, состав, различные параметры. Иными словами, все то, что включает в себя атомно-молекулярная теория, теории строения атомов, химической связи, стереохимического строения, физические, термодинамические, химические свойства, которые выражаются в химических реакциях. Таким образом, все химические теории, объясняющие строение, состав, свойства вещества, входят в понятие «вещество».

В то же время всегда можно свернуть содержание понятия и оперировать им как единицей знания, которое входит не только в теорию, но даже в суждения и умозаключения. Таким образом, понятие и теория – взаимопроникающие и взаимопревращающиеся формы познания.

Чтобы лучше представить содержание понятия, рассмотрим структуру понятия «оксиды» (рисунок). В определении этого понятия указывается состав, как наиболее существенная сторона. Но этим знанием не исчерпывается содержание понятия. Так мы узнаем, что оксиды имеют разнообразную молекулярную и немолекулярную структуры, обладают осно’вными, кислотными или амфотерными свойствами; узнаем, в какие реакции вступают оксиды (кислотно-основные, окислительно-восстановительные, реакции соединения и разложения и т.д.); исследуем их физические свойства, открываем уникальные свойства, принадлежащие отдельным представителям. Многое остается непознанным, многое находится в стадии открытия, поэтому абсолютно полное содержание понятия «оксиды» не может быть достигнуто. Мы останавливаемся в данный момент на том, что уже достигнуто наукой. И все, что мы знаем об оксидах, составляет понятие (понимание) оксидов. Таким образом, понятие представляет собой открытую систему.

Рис. Структура понятия «оксиды»

Знания об оксидах формировались постепенно по мере развития химии. Мы знаем, что оксиды не сразу были отделены от других классов. А.Лавуазье выделял ряд простых веществ, относя их к солеобразующим веществам: «1) известь (известковая земля), 2) магнезия (основание эпсомской соли (старинное название MgSO₄•7H₂O. – Л.К.)), 3) барит (тяжелая земля), 4) глинозем (глина, квасцовая земля, основание квасцов), 5) кремнезем (кремнистая земля, остекловывающаяся земля)». Как видим, оксиды не отделяются от гидроксидов (основание эпсомской соли, основание квасцов) и солей (квасцы). Но в те времена химики были заняты не столько определением состава, сколько свойств веществ. Изучение свойств и явилось периодом накопления знаний о веществах различных классов. Эти знания позднее позволили определить состав веществ, в том числе оксидов, выделить их в отдельный класс.

Как известно, состав веществ определяют с помощью анализа, то есть расчленяя вещество на части. Противоположно анализу, синтез также доказывает состав вещества. Обращаясь снова к Лавуазье, вспомним, как он определял состав воды. Сначала он провел синтез воды, сжигая водород в кислороде. Надо отметить, что первым этот опыт проделал Г.Кавендиш, но он, стоя на позициях теории флогистона, сделал неверные выводы из этого факта. Лавуазье же интерпретировал проведенную реакцию правильно: «Вода отнюдь не является простым веществом, но она полным своим весом состоит из горючего воздуха (т.е. водорода. – Л.К.) и живительного воздуха (кислорода. – Л.К.)». Позднее он рассчитал отношение объемов обоих газов, равное 12 : 22,9, т.е. почти 1 : 2. Впоследствии в знаменитом опыте он разложил воду, пропуская ее пары через раскаленный ружейный ствол. Так он провел анализ воды.

Анализ и синтез – это не просто химические методы определения состава вещества, а всеобщие методы познания объективной реальности, и не только практические, но и мыслительные. Этимологически эти слова означают: analysis – разложение, расчленение; synthesis – соединение, сочетание.

Человеческое познание идет путем мысленного разложения объекта или явления на части с последующим соединением этих частей, т.е. из частей воссоздает целое, единое.

Мысленный анализ познаваемого объекта или явления происходит с помощью абстрагирования. Термин «абстрагировать» (от лат. abstrahere – отвлекать) означает мысленное отвлечение отдельных свойств (сторон) объектов. Например, ряд объектов: крыша дома, забор, листва деревьев, кружка, ткань, – имеют один – зеленый – цвет. Мысленно мы отвлекли (абстрагировали) цвет от разнородных предметов и сформировали абстрактное понятие «зеленый цвет». Абстрагирование – это врожденное свойство человеческого сознания. Более того, сначала человек видит различия предметов, а это значит, что он абстрагирует (мысленно отвлекает) такие стороны предметов, которые не являются у них одинаковыми.

В доказательство того, что абстрагирование предшествует обобщению (синтезу) можно привести пример из языка дикого племени, в котором для птицы существовало два названия «летящая птица» и «сидящая птица». Племя еще не пришло к такому уровню обобщения, чтобы объединить эти понятия. Зато каждый охотник знает, что сидящую птицу легко пронзить стрелой, а летящую – трудно. Это для охотников племени является существенным различием, что и не позволяет произвести обобщение двух абстракций.

Синтез как форма мысленного действия есть сведение отдельных абстракций (сторон, свойств) в единое целое. Из отдельных абстракций, т.е. свойств, составляется понятие.

В методике и педагогической практике часто упоминают абстрактное и конкретное понятия. Под абстрактным понятием понимают нечто высоконаучное, недоступное уму школьников, абстрагированное от реальности, чувственности. В дидактике можно встретить отождествление конкретного с частным, данным в ощущении. Это совершенно недопустимо.

В теории познания под абстрактным понимают абстрагированную сущность познаваемого объекта. Абстрактное – всегда обедненное знание, оторванное от полного содержания объекта.

Конкретное понятие (от лат. concretus – сгущенный, уплотненный, сложный) – это богатое, сложное знание об объекте, включающее в себя множество абстракций, сторон объекта, их отношений и взаимосвязей. Конкретное понятие позволяет изучить объект в полном объеме.

Для формирования у школьников какого-либо конкретного понятия мы отбираем из всего многообразия наиболее существенное, наиболее общее. Этот процесс очень длительный и протекает в течение всего курса неорганической химии. Так, при формировании понятия «оксиды» сначала школьники знакомятся с их получением при горении веществ в кислороде, с их составом, определением понятия. Затем изучают реакции с водой (делят оксиды на основные и кислотные), с кислотами и основаниями, друг с другом. Понятие «оксиды» все время обогащается, становится все более конкретным (сложным, богатым), уточненным.

Когда школьники изучают отдельные химические элементы, они знакомятся со свойствами их оксидов: оксидами кальция, фосфора, серы, азота, железа и т.д. Понятие каждого из оксидов включает в себя более полное знание, чем знание, заключенное в абстракции и выведенное в определении. Например, изучая оксид железа(III), учащиеся узнают его состав в соответствии с валентностью железа, как этот оксид получается, как он реагирует с кислотами, кислотными оксидами, какой гидроксид ему соответствует, каковы его окислительные свойства.

Все эти знания продолжают обогащать понятие оксидов, следовательно, продолжают его формировать.

Формирование понятия имеет закономерную последовательность: абстрагирование отдельных сторон понятия, установление между ними взаимосвязей и взаимозависимостей, воспроизведение понятия в целом как единой системы.

Становится понятным, почему нельзя не только «сформулировать понятие», но и считать, что на определении заканчивается формирование понятия.

Дети часто формулируют определения по своей схеме: «Вещество – это когда…» Следует их научить давать формулировки. Чаще всего определения формулируют, указывая ближайший род и существенный признак понятия. Представим это схемой:

На уроке, на котором формулируем определение понятия «оксиды», дети выделяют ближайший род: это сложные вещества. Существенный признак выявляется в ходе сравнения свойств различных оксидов. Учащимся можно предоставить оксиды, различающиеся по агрегатному состоянию, цвету, температурам плавления. Можно предоставить ряд образцов: оксид железа(III), оксид меди, оксид кремния, оксид углерода(IV), оксид азота(IV), вода (оксид водорода). В результате школьники приходят к выводу, что общим и существенным у оксидов является состав. Они формулируют определение. При этом у детей формируется правильная научная речь.

При определении понятий, которым трудно дать формулировку, прибегают к описанию, сравнению, указанию, характеристике. Такие понятия требуют достаточно свободного обсуждения.

 Филогенез – историческое развитие организма. Онтогенез – индивидуальное развитие организма.

3. Учебно-познавательная деятельность учащихся при обучении

Источник информации — http://him.1september.ru/articles/2009/10/02

Проблема качества подготовки школьников по химии в последнее десятилетие обострилась. В то время, когда перед обществом стоит задача внедрения нанотехнологий, уровень обучения по химии снизился до недопустимых пределов. Об этом свидетельствуют ошибки абитуриентов на вступительных экзаменах. В них проявляется тенденция перестановки химических знаков в уравнениях реакции без понимания существа учебного предмета. Подавляющее большинство ошибок бессмысленны и говорят о полном непонимании химии. Например:

Не будем тешить себя надеждой, что приведенные примеры – отдельные случаи, что таких абитуриентов мы не принимаем в вузы. На самом деле это явление массовое. И эти абитуриенты попадают в вуз. Указанные ошибки встречаются в каждой работе, наряду с грамотно написанными уравнениями. Это свидетельствует, что у выпускника школы работает только механическая память: что помнил – написал, что не помнил – сочинил без всяких законов и понятий.

В беседах с выпускниками школ и абитуриентами выясняется, что у них не сформированы химические понятия. Даже если выпускники действуют правильно, то порой не понимают смысла своих действий. Не понимают сущности решения задач, не понимают, что кроется за электронными конфигурациями атомов, хотя успешно их составляют, не понимают электронных формул молекул, сущности электронного баланса и действий с ним и многого другого, уж не говоря о том, что для них просто нет реального смысла в химических формулах и уравнениях. Если попросить объяснить смысл действий, то выпускник сделать этого не может. Вместо объяснения отвечает: «Нас так учили».

Еще В.Н.Верховский говорил, что химия в школе превратилась в меловую, подчеркивая формальный подход к изучению предмета. С тех пор прошло восемь десятилетий, но формализм, начетнические методы преподавания только усилились.

Как Верховский, так и его последователи – советские ученые-методисты Л.А.Цветков, В.С.Полосин, Ю.В.Ходаков и многие другие – выдвигали положение: химический эксперимент должен быть основополагающим в учебном процессе. Он является основой изучения химии и противостоит «меловой химии», формированию формальных знаний. В советский период школьные кабинеты регулярно снабжались химическими реактивами, тем самым создавались условия для выполнения данного положения. Однако формализм знаний школьников не уменьшился. Это свидетельствует о том, что одного только усиления роли химического эксперимента мало.

В самом деле, наблюдения за опытами на макроуровне не дают возможности понять происходящее на микроуровне. Своеобразие науки химии заключается в том, что ее сущность недоступна непосредственному взгляду. Нельзя понять химический эксперимент без интерпретации происходящего между атомами и молекулами. Сущность химических процессов лежит исключительно в микромире. В химии нет наглядных процессов, как, например, в физике или биологии.

В подтверждение вспомним неудачу австрийских химиков Л.Пебаля и А.Фрейнда, изучавших действие цинкметила на фосген (см. Химия, 2009, № 6). Они наблюдали ход опыта, но не сумели понять его. Как мы уже упоминали, опыт использовал А.М.Бутлеров для получения изомера бутилового спирта. Он понял, что молекула фосгена в этой реакции сначала превращается в молекулу ацетона путем замещения атомов хлора на метильные группы. Затем образуется молекула металлорганического соединения, в которой атом кислорода присоединяет остаток цинкметила, а атом углерода – другой метил. Наконец под воздействием воды группа Zn(CH₃) замещается на атом водорода, и образуется изобутиловый спирт.

Для понимания всего процесса Бутлерову понадобились представления (мысленные образы) молекул, состоящих из определенных атомов и групп атомов. Мысленные образы микрообъектов являются важным звеном для понимания состава и строения веществ, сущности реакций, в которые эти вещества вступают.

Вспомним еще один пример. Ф.Крик и Д.Уотсон, установившие структуру ДНК, использовали рентгеноструктурный метод исследования. Но рентгенограмма не может непосредственно показать исследуемую структуру. Ее требуется расшифровывать. Без мысленных образов атомов и фрагментов молекулы ДНК, без создания материальной модели всей молекулы такая расшифровка не могла быть осуществлена.

Исторический процесс становления науки химии показывает, с помощью какой деятельности человеческое мышление проникает в сущность невидимого мира. Создание мысленных образов микромира, деятельность с материальными моделями является неотъемлемой частью методов познания химической природы.

Общий процесс познания зависит от физиологии и биохимии мыслительных процессов. Мозг устроен принципиально единообразно у каждого человека, так же как рука у каждого имеет принципиально одинаковое строение, или принципиально одинаковы у каждого человека другие органы. Различия наблюдаются лишь в мелких деталях.

Мозг устроен так, что его работа заключается в передаче импульсов от нейрона к нейрону с помощью аксонов, которые связываются с другими нейронами с помощью синапсов. В результате образуется клеточный ансамбль. С помощью такого механизма мозг управляет всеми физиологическими функциями организма, а также мыслительной работой.

Помимо этого следует отметить: мозг имеет такие огромные возможности, что человек в течение своей жизни не успевает их использовать. К слову сказать, с этой точки зрения неправомерно выделять одаренных детей. Ведь если есть одаренные, то остальные дети – неспособные. Директор института мозга человека С.Медведев считает, что гениален каждый ребенок. Но обычно учителя списывают неудачи в обучении школьников на их неспособность, отсутствие интереса в обучении. Тогда как причина кроется в неадекватных методах преподавания, точнее в задании учащемуся неадекватной учебно-познавательной деятельности.

Можно утверждать, что механизмы работы мозга ученого и школьника принципиально не отличаются друг от друга. Следовательно, усвоение ребенком научного знания должно напоминать деятельность ученого по добыванию этого знания. Мало механически писать уравнения реакций, необходимо понимать их смысл. А для этого ученик должен иметь знания о невидимом мире микрочастиц — атомов, ионов, молекул, кристаллических решеток. И не общие знания, а в каждом случае конкретные. Иными словами, проходить в общем и целом путь ученого.

Каждая наука имеет специфический арсенал деятельности по раскрытию тайн природы. Подобный арсенал приемов имеет и учебный предмет для раскрытия его содержания. Методы научной и учебной деятельности должны быть адекватны познаваемому предмету. Нельзя пользоваться микроскопом для открытия звезд, а телескоп применять в мире микрочастиц. Нельзя топором разделить атом, чтобы понять его строение.

Однако на уроках химии основное внимание уделяется не опытам, не изучению микроуровня, а написанию формул и уравнений реакций. Это умение служит как инструментом познания, так и критерием оценки уровня усвоения учебного материала школьником. Поэтому учитель стремится как можно быстрее научить школьников химическому языку. Формализм знаний вытекает из этого стремления. И хотя учитель демонстрирует опыты, качество усвоения знаний по химии не улучшается, т.к. между экспериментом и химическим языком нет непосредственной связи, нет представлений о микрочастицах, подвергающихся химическому превращению.

Отсюда следует, что мелом на доске вряд ли можно создать условия успешного усвоения химии. Необходимо выделить специфические формы учебно-познавательной деятельности для изучения нашего предмета.

Роль учебно-познавательной деятельности всегда признавалась дидактикой и педагогической психологией. Но далеко не всегда эта деятельность подбиралась адекватно содержанию, которое подлежит усвоению школьником. Так, в одном методическом пособии советских времен дается следующий алгоритм написания химических уравнений:

«1. Сформулируй словами уравнение.

2. Поставь химические знаки.

3. Определи коэффициенты.

4. Проверь коэффициенты.

5. Напиши полностью химическое уравнение».

Такой состав деятельности направлен не на раскрытие понимания химической реакции, а на оперирование знаками.

Часто учителя заставляют учеников читать формулы, например: «Натрий-о-аш плюс аш-два-эс-о-четыре…» и т.д. Такое умение приводит к еще большему формализму знаний. Гораздо полезней, когда учащиеся называют вещества: гидроксид натрия, серная кислота (или сульфат водорода) и т.д.

Чтобы ученик понял сущность химического процесса, ему необходимо предложить другой состав учебно-познавательной деятельности:

• определить исходные вещества, их состав;

• установить возможность реакции между ними;

• составить формулы исходных веществ;

• предсказать продукты реакции, их состав;

• составить формулы продуктов реакции;

• обосновать и расставить коэффициенты.

При такой структуре деятельности школьник проникает в глубь сущности реакции. Для установления связи реального процесса и уравнения реакции важно, чтобы учащийся при составлении уравнения объяснял свои действия вслух. Приведем пример написания учеником на доске уравнения реакции магния с соляной кислотой.

«Исходными веществами в реакции являются магний и соляная кислота. Они противоположны по свойствам, поэтому реагируют между собой (пишет формулы исходных веществ). В результате реакции образуется соль – хлорид магния. Она состоит из ионов магния с зарядом 2+ и хлорид-ионов с зарядом 1–. Поэтому ее формулу записываем магний-хлор-два. В реакции мы наблюдали, как выделялся водород. Это второй продукт реакции (пишет формулу водорода). Дальше требуется уравнять число атомов хлора до и после реакции. До реакции 1 моль атомов хлора, а после — 2 моль. Поэтому поставим коэффициент перед формулой соляной кислоты». При таком рассуждении школьники правильно записывают уравнения реакций.

Подобные объяснения показывают осознанность действий. Как можно убедиться, прежде всего школьники обращают внимание на возможность взаимодействия данных веществ. Это важный момент в усвоении знаний. Обычно школьники и абитуриенты не задумываются о подборе реагентов. Можно привести подтверждающие примеры.

Получив задание составить уравнение реакции образования хлорида кальция, абитуриентка написала:

Она увидела возможность переставить знаки, но не проанализировала реальную ситуацию, не приняла во внимание, что растворимая соль не может растворить нерастворимую. Подобные примеры не единичны. Так, можно встретить следующие уравнения реакций получения хлора:

Составление таких уравнений свидетельствует о том, что для школьников знаковое изображение уравнений не связано с реальными процессами. Выпускники школы не обратили внимание в первой реакции на cосуществование кислоты (исходное вещество) и основания (продукт реакции) в одном сосуде, а во второй – на то, что из менее сильных окислителя () и восстановителя (Cl^–) образуются более сильные окислитель (Cl₂) и восстановитель (), а такая реакция невозможна. Это доказывает, что реальных знаний у выпускников школ нет, а есть знания правил оперирования химическим языком, т.е. формальные знания. Потому в сознании учащегося знак равенства имеет абсолютное значение и отделяет исходные вещества от продуктов, а желаемые продукты получаются простой перестановкой знаков.

Источник формальных знаний заключен в том, что учебно-познавательная деятельность недостаточно полна. Значимость деятельности в обучении человека убедительно доказали психологи. Как в психологии, так и в теории познания считается, что усвоение знаний происходит только в собственной деятельности обучаемого. Если ребенок не сделает самостоятельного шага, он не научится ходить. Если первоклассник не будет водить пером по бумаге, он не научится писать. Если школьник не пропустит через свое сознание информацию, подлежащую усвоению, он ее не постигнет. А это возможно, если он сам производит ту деятельность, которая приводит его к определенным выводам и открытиям.

В обучении утвердился объяснительный метод. При этом учащиеся также заняты деятельностью. В советской дидактике утверждалось, что учебный процесс проходит по схеме: учитель объясняет, ученик слушает и усваивает. Но эта схема далека от реальности.

При получении аудиоинформации сознание проводит большую работу. Нужно отметить, что мышление человека системно, поскольку мозг создает клеточные ансамбли. Они-то и представляют собой систему. Поэтому при получении информации путем объяснения мозг школьника устанавливает соответствующие ассоциации, т.е. находит ответ на вопрос «что это?», «на что это похоже?» Если знание дается фрагментарно (а чаще так и бывает со школьным учебным предметом), то система знаний не создается. И все же мозг учащегося устанавливает связи, но не те, которые требуются для создания системы знаний: услышанную информацию он ассоциирует с обликом учителя, его голосом и манерой говорить, таблицами и портретами на стенах классной комнаты. Такая система не связана с осознанным усвоением знаний. В результате наблюдается следующий феномен: урок, проводимый в другом кабинете, проходит хуже, чем в привычном.

В лучшем случае ученик в состоянии установить взаимосвязи внутри получаемой аудиоинформации. Но это не всегда достаточно полно. Обычно школьники слушают без внимания, у них нет стимула к умственной работе, которая, как установлено, забирает четверть всей вырабатываемой организмом энергии. Организм невольно старается уменьшить расход этой энергии, и учащийся, как правило, слушает невнимательно. Результаты обучения при этом оставляют желать лучшего.

Каковы же законы усвоения знаний учащимся?

На этот вопрос можно ответить, если понять, каким образом знания о скрытой от наблюдения реальности попадают в мозг человека. Теория познания отвечает на этот вопрос однозначно: только в ходе предметно-практической деятельности. Свойства материальных предметов проявляются только во взаимодействиях и отношениях. Так, химические свойства вещества можно выявить только в химических реакциях с другими веществами или при физических воздействиях (теплоты, давления, электричества и др.). Например, уксусная кислота во взаимодействии с аммиаком проявляет кислотные свойства, а во взаимодействии с серной кислотой – основные. Сама по себе уксусная кислота только потенциально таит эти свойства.

Поэтому выявить свойства, познать их человек может только в предметно-практической деятельности. Таким образом, генетической основой познания реальности человеком является его деятельность. Деятельность является генетической основой не только общественно-исторического, но и индивидуального познания. Иными словами, усвоение содержания учебного предмета происходит не столько в слушании готового (ставшего) знания, сколько в соответствующей учебной деятельности, в которой учащийся познает путь открытия (становление) знания, следовательно, усваивает его с пониманием, осознанно. А это уже совсем другое качество знания.

Психологи давно открыли, что знание, даваемое в готовом виде, усваивается учащимися на низком уровне. Усваивать такое знание могут немногие и в неполном виде. Как уже упоминалось, в педагогической психологии давно доказано, что знание усваивается только в собственной учебно-познавательной деятельности учащегося. При этом выделяют следующие виды деятельности: материальную, материализованную и интеллектуальную.

Под материальной понимают деятельность с объектом изучения. Материальная деятельность является основой, без нее познать предмет невозможно. В химии объектами изучения выступают вещества и реальные химические процессы. На уроках деятельность с объектом изучения осуществляется в виде химических опытов. Их могут проводить ученики или демонстрировать учитель.

Материализованная деятельность связана с тем, что заменяет объект изучения: различными моделями, табличным, цифровым, графическим материалами и т.д. Любая внешняя деятельность отражается в коре головного мозга, т.е. переходит во внутренний план, в интеллектуальную деятельность. Проводя опыты, выполняя манипуляции с материальными моделями, составляя химические формулы и уравнения, сопоставляя цифровой материал, ученик делает выводы, систематизирует факты, устанавливает определенные взаимосвязи, проводит аналогии и т.д.

В химии материализованная деятельность имеет специфический характер. Можно выделить специфические виды материализованной деятельности:

• деятельность с материальными моделями молекул, кристаллических решеток;

• оперирование цифровым, табличным материалом;

• деятельность со знаковыми моделями (химическими формулами и уравнениями);

• решение задач.

Деятельность с материальными моделями. При познании микрообъектов незаменимой является деятельность с материальными моделями молекул, кристаллических решеток. Именно эта деятельность формирует мысленные образы, которые помогают постичь сущность химических явлений. Мышление опирается на образы при совершении умственных операций. Если образы микрообъектов не созданы, то мышление учащихся опирается на знаковые модели – химические формулы и уравнения реакций. Тогда химия становится наукой не о веществах и их превращениях, а о химических знаках и правилах оперирования ими. Понятия, формируемые в сознании школьников, не отражают реальности. В таком случае изучение химии теряет смысл.

Формирование мысленных образов микрообъектов способствует перенесению центра тяжести при изучении химии с химического языка на реальное вещество и химические процессы, понимание которых и связано с образами этих микрообъектов. Так, визуальное знакомство с молекулами и кристаллическими решетками, их рисование, лепка из пластилина помогает учащимся понять состав молекулярных и немолекулярных веществ (рис. 1).

Рис. 1. Материальные модели: а – молекулы воды; б – молекул изомеров бутана; в – кристаллической решетки хлорида натрия

Манипулируя материальными моделями, школьники учатся создавать мысленные образы микрообъектов. Такие образы способствуют пониманию процесса превращения одних веществ в другие. В связи с этим в начальный курс химии было впервые введено не только использование материальных моделей, но и схематическое моделирование реакций. Такое моделирование, не претендуя на воспроизведение механизма реакции, показывает перестановку атомов исходных веществ в продукты реакций (рис. 2).

Рис. 2. Модельная схема реакции

Такую схему учащиеся могут нарисовать, воспроизвести в виде аппликации или слепить из пластилина. Интересно, что все это способствует пониманию не только сущности реакции, но и состава вещества. Так, в начале курса школьники не могут отличить смесь от соединения и оксиды называют смесью в том случае, если их учить только на уровне формул. При моделировании реакции образования оксида, как приведено выше, они четко понимают, что собой представляет соединение и чем оно отличается от смеси.

Оперирование цифровым или табличным материалом. Анализ цифрового материала приводит учащихся к определенным выводам. Сопоставление физических величин, характеризующих изучаемые вещества, выявляет зависимость между параметрами, что можно выразить графически. Например, сопоставляя молекулярные массы кислорода и озона с их плотностями, дети делают вывод, что плотность газа зависит от молекулярной массы. Определенный вывод следует из сопоставления молекулярных масс углеводородов и их температур кипения и плавления при установлении агрегатного состояния.

При изучении кинетики учащиеся прослеживают изменение скоростей реакции в течение времени и выражают результат графически. Например:

По этим данным школьники вычерчивают график, на котором наглядно видно изменение скорости реакции с течением времени (рис. 3), и объясняют это явление. Тем самым понятие скорости реакции уточняется, углубляется.

Рис. 3. Зависимость скорости реакции от времени

Деятельность со знаковыми моделями. Как известно, химический язык является важной частью изучения химии. Знаковые модели — химические формулы и уравнения реакций — в краткой форме передают некоторые знания. Однако, несмотря на важность, все же химический язык имеет подчиненное значение. Без понимания сущности химических явлений знаковые модели теряют смысл. В ошибках абитуриентов как раз выражается бессмысленность овладения химическим языком без понимания сущности изучаемого объекта.

Поэтому в учебном процессе составлению формул и уравнений реакций нельзя придавать главенствующее значение, как это принято. Конечной целью изучения химии является не умение манипулировать знаками, а формирование понятий. Психологи отмечают, что знаковые модели относятся к сфере вторичного производного. Знак является обозначением образа некой реальности, поэтому сначала необходимо сформировать образы, в нашем случае — образы микрообъектов. Тогда учебный процесс по изучению химии можно представить в виде познавательного ряда:

объект изучения (вещество и химические процессы) — химический эксперимент — наблюдения — создание мысленного образа — деятельность с материальными моделями — зашифровка в знаковых моделях.

Значимость звеньев учебного процесса можно выразить в виде пирамиды (рис. 4). Стрелка показывает, в каком направлении развивается учебный процесс. Химические формулы и уравнения реакций являются завершающим этапом. Они применяются тогда, когда химическое явление понято.

Рис. 4. Направленность учебного процесса

Именно такой порядок использования всех видов специфической деятельности приводит к тому, что школьникам открывается сущность объекта изучения, которая не дана в непосредственном созерцании химического эксперимента. Это способствует осознанному усвоению знаний.

Несомненно, деятельность со знаковыми моделями – необходимое звено процесса по усвоению знаний. Их составление, с одной стороны, помогает усвоить химический материал, а с другой – наглядно выразить, насколько учащиеся его усвоили.

Контролирующая роль деятельности со знаковыми моделями широко известна. Не случайно в начале статьи указаны ошибки абитуриентов. На основе их анализа можно ставить диагноз состоянию обучения химии в школе.

Обучающую роль химических формул и уравнений рассмотрим на примере окислительно-восстановительных свойств веществ. Окислительные свойства галогенов покажем на примере реакции хлора с сероводородом. Правильно составить уравнение реакции ученик может, если понимает сущность реакции. Как указано выше, прежде всего необходимо определить, по какому закону взаимодействуют вещества. Школьники убеждаются, что в этом случае нет кислотно-основного взаимодействия с образованием соли, нет ионообменного взаимодействия, т.к. в составе исходных веществ нет ионов. Но поскольку в реакции участвует простое вещество, то атомы в ходе реакции будут менять степень окисления. Следовательно, возможна окислительно-восстановительная реакция.

Для составления уравнения реакции дети определяют степени окисления элементов в исходных веществах:

Учащиеся знают, что отрицательная степень окисления показывает избыток электронов, которые можно отнять. Следовательно, атом серы может отдать два излишних электрона и превратиться в нейтральный атом:

Таким образом, определен один продукт реакции.

Далее учащиеся определяют атомы, которые присоединяют отданные серой электроны. Они знают, что обычно в такой роли выступают атомы с положительной степенью окисления, которая показывает дефицит электронов. Прежде всего они обращают внимание на водород с положительной степенью окисления. Но может ли существовать сероводород, если избыточные электроны серы будут переходить на атомы водорода? Очевидно, сам факт существования сероводорода показывает, что у атомов водорода окислительные способности не позволяют ему отнимать электроны у атомов серы с отрицательной степенью окисления. Остается признать, что окислителем в этой реакции выступает атом хлора, т.к. он имеет высокую электроотрицательность и легко присоединяет лишний электрон:

Поскольку атомы хлора приобретают отрицательную степень окисления, то они могут связываться с атомами, обладающими положительной степенью окисления, в данном случае – с . Таким образом, дети приходят к выводу, что вторым продуктом реакции будет хлороводород. Тогда уравнение реакции запишется так:

Cl₂ + H₂S = S + 2HCl.

Таким образом в деятельности со знаковыми моделями учащиеся открывают для себя сущность незнакомой реакции.

Такая учебно-познавательная деятельность возможна, если у них для познания химии сформированы другие виды специфической деятельности. В данном случае химический эксперимент (пропускание сероводорода через хлорную воду) можно проводить в двух вариантах. Опыт можно показать в качестве постановки проблемы взаимодействия данных веществ с последующим раскрытием сущности реакции, либо показать опыт как подтверждение правильности рассуждений в результате деятельности со знаковыми моделями.

Решение задач как форма учебно-познавательной деятельности. Решение задач традиционно является одной из целей при обучении химии. На самом же деле проблему решения задач необходимо рассматривать с другой стороны – со стороны учебно-познавательной деятельности, которая раскрывает перед учениками то или иное знание о химической природе.

Так, задачи по формулам (нахождение массовой доли элемента, установление формулы и др.) раскрывают смысл понятия состава вещества с количественной стороны.

При решении задач по уравнениям учащиеся устанавливают взаимосвязи между понятиями, новые конкретные факты. Установление взаимосвязей между понятиями важно как для получения новых знаний, так и для развития мышления.

В нашем педагогическом эксперименте (1972 г.) решение задач по уравнениям производилось в первоначальных понятиях после знакомства с составлением уравнений реакций. Результат оказался отрицательным. Дети не понимали существа действий, так как еще не имели соответствующих знаний о реакциях и лишь формально повторяли действия учителя. Как известно, составление уравнений на начальном этапе не дает еще знаний о самих реакциях.

Поэтому в советской методике решение задач производилось на втором году обучения, после того как учащиеся познaют сущность реакций между веществами основных классов неорганических веществ.

В постсоветское время жажда бездумного модернизма привела к обучению решению задач по уравнениям при первом знакомстве с уравнениями реакций, что и не замедлило сказаться на знаниях: выпускники школ практически не владеют способом решения задач, о чем свидетельствуют результаты ЕГЭ. Баллы набираются за счет выполнения заданий раздела А, задачи раздела С решают единицы экзаменующихся.

Методика обучения предмету является экспериментальной наукой. И как в любой науке, в ней установлены незыблемые истины, которых необходимо придерживаться, несмотря на реформы образования. В данном случае необходимо следовать установленному месту введения задач по уравнениям.

Рассмотрим деятельность учащихся и установление взаимосвязей между понятиями при решении задачи по уравнению.

З а д а ч а. В горячем растворе серной кислоты объемом 50 мл ( = 1,795 г/мл) полностью растворили 15,88 г меди. Раствор приобрел голубую окраску. После охлаждения раствора до 20 °С выпали кристаллы голубого цвета. Массовая доля соли в растворе стала равна 22,25 %. Вычислите массу выпавшего из раствора кристаллогидрата.

При решении этой задачи учащиеся устанавливают взаимосвязи между следующими понятиями: окислительные свойства серной кислоты, свойство неактивного металла окисляться сильным окислителем, в частности анионом серной кислоты, отношение плотности раствора и его массы, массовая доля растворенного вещества, растворимость, состав кристаллогидрата.

Понятно, что без соответствующих опорных знаний учащийся не сможет понять описанные в условии процессы и решить задачу. Отсюда следует, что каждая задача может быть решена только в соответствующих местах курса.

Основой решения задачи является составление уравнения и количественные отношения веществ в реакции. Однако составлять уравнение реакции нужно только после того, как учащиеся поймут «химический сюжет» задачи. Поэтому решение задачи нужно начинать не с математической, а с химической точки зрения, обсуждая химическую ситуацию. Это п е р в ы й э т а п решения задачи.

В данном случае школьники должны обсудить следующие вопросы. В описанной реакции неактивный металл окисляется таким сильным окислителем, каким является серная кислота. При этом образуется сульфат меди, о чем свидетельствует появившийся голубой цвет раствора. Серная кислота восстанавливается до оксида серы(IV), который улетучивается из раствора. Раствор после реакции охлаждается. При повышенной температуре растворимость солей, как правило, выше. При понижении температуры растворимость продукта реакции снижается. По условию задачи, при охлаждении раствора выпадают кристаллы голубого цвета. Это – медный купорос. Следовательно, при 20 °С был получен насыщенный раствор. Массовая доля сульфата меди в растворе после кристаллизации понизилась.

Важно, чтобы дети не только осознали сущность происходящих процессов, но и могли представить реальный процесс. При необходимости следует даже продемонстрировать опыт.

Когда содержание задачи дети уяснили, переходим к составлению уравнения и математической части задачи. Это в т о р о й э т а п решения задачи.

Cu + 2H₂SO₄ = CuSO₄ + SO₂ + 2H₂O.

Обсуждение решения задачи начинаем «с конца». Такое обсуждение помогает составить стратегию решения задачи. Устанавливаем, что именно нужно знать для определения массы кристаллогидрата:

а) формулу кристаллогидрата сульфата меди;

б) массу безводного сульфата меди, образовавшегося в результате реакции;

в) количество и массу сульфата меди в составе выпавшего кристаллогидрата.

Стратегия решения задачи такова: нужно найти массу образовавшегося сульфата меди и оставшегося в растворе, найти массу и количество сульфата меди, выкристаллизовавшегося из раствора, и определить массу кристаллогидрата.

Далее наступает т р е т и й э т а п решения задачи: формирование тактики решения, в ходе которого устанавливаем, как найти обозначенные параметры.

Массу всего образовавшегося сульфата меди легко определить по уравнению реакции:

m_общ(CuSO₄) = 0,25 (моль)•159,5 (г/моль) = 39,9 г.

Массу оставшегося в растворе сульфата меди найти сложнее. Поскольку в условии задачи дана его массовая доля, то учащиеся используют соответствующую формулу:

Из формулы видно, что необходимо вычислить массу образовавшегося в результате реакции раствора. Изначально масса раствора была равна:

m(р-ра H₂SO₄) = 50 (мл)•1,795 (г/мл) = 89,75 г.

В ходе реакции произошли изменения. Школьники указывают, что масса раствора увеличилась на массу меди, прореагировавшей с серной кислотой, и уменьшилась на массу диоксида серы, которую надо рассчитать по уравнению, учитывая, что его количество равно количеству образовавшегося сульфата меди:

(SO₂) = (CuSO₄) = 0,25 моль,

m(SO₂) = 0,25 (моль)•64 (г/моль) = 16 г.

Далее они рассчитывают массу раствора после реакции:

m₁(р-ра) = 89,75 (г) + 15,88 (г) – 16 (г) = 89,63 г.

Теперь необходимо найти массу оставшегося в растворе сульфата меди по разности масс полученного сульфата меди и выпавшего в виде кристаллогидрата. Для этого обозначим количество выпавшего сульфата меди через х моль и выразим массу сульфата меди в кристаллогидрате:

m_кр(CuSO₄) = 159,5 х г.

Тогда масса сульфата меди в оставшемся растворе равна:

m_р(CuSO₄) = m_общ(CuSO₄) – m_кр(CuSO₄) = (39,9 – 159,5х) г.

Учащиеся знают, что количество кристаллогидрата равно количеству безводной соли:

_кр(CuSO₄) = (CuSO₄•5Н₂О).

Для нахождения массы кристаллогидрата нужно знать его молярную массу. Дети знают, что молярная масса кристаллогидрата складывается из молярной массы соли и соответствующего числа молярных масс воды:

M(CuSO₄•5Н₂О) = 159,5 (г/моль) + 5•18 (г/моль) = 249,5 г/моль.

Отсюда

m(CuSO₄•5Н₂О) = 249,5 х г.

После выпадения кристаллогидрата масса раствора уменьшилась:

m_р-ра = (89,63 – 249,5 х) г.

Подставим в формулу массовой доли данные:

Решая уравнение, находим:

х = 0,19.

Это значит, что количество сульфата меди, выпавшего в виде кристаллогидрата, равно 0,19 моль.

Теперь можно дать окончательный ответ на вопрос задачи:

m(CuSO₄•5Н₂О) = 0,19 (моль)•249,5 (г/моль) = 47,4 г.

Ответ. 47,4 г.

Итак, на уроках учитель должен организовать все виды учебно-познавательной деятельности. Он перестает быть информатором, и его педагогическая деятельность сводится не к объяснению, а к организации на уроках учебно-познавательной деятельности учащихся, в результате которой происходит усвоение знаний. Ученик при этом становится активным соучастником учебного процесса.

Конечно, можно предоставить ученику широкое поле самостоятельности: написание формул, химических уравнений, манипуляции с материальными моделями, проведение опытов. Но результат не будет соответствовать нашим намерениям, если учебная познавательная деятельность ученика не соответствует тому содержанию учебного материала, которое должно быть усвоено. При условии адекватности познавательной деятельности содержанию усвояемого материала ученик самостоятельно приходит к каким-либо выводам, сам для себя созидает знание. Это важный фактор для усвоения знаний, для развития самостоятельности и творческих способностей, для развития познавательного интереса.

Успех обучения заключается в организации учебного процесса по принципу самостоятельного созидания знаний, что невозможно осуществить без учебно-познавательной деятельности учащегося.

 Кузнецова Л.М. Химия-8. Обнинск: Титул, 2001