Сравнение

Среди мыслительных приемов обучения химии важное место занимает сравнение. Процесс сравнения активизирует познавательную деятельность, развивает абстрактное мышление, сознательное и прочное усвоение знаний. Данный прием состоит из сопоставления, когда выделяются признаки, по которым проводится сравнение, и собственно сравнения, устанавливающего сходство и различие между объектами.

Предметы или явления можно сравнивать по одному или нескольким признакам. В процессе сравнения школьники изучают не только внешние признаки, но и свойства. Сравнение помогает проследить предметы и явления в изменении и развитии.

Сравнивая предметы и явления друг с другом, учащиеся выделяют частные и общие, существенные и несущественные признаки. На выделении общих и существенных признаков основано обобщение. Именно оно ведет к образованию понятий, к познанию закономерных связей и отношений.

Сравнение дает возможность определить новые стороны объектов, их связи, такие черты предметов и явлений, которые не воспринимаются при изучении их в отдельности. В процессе сравнения ученики проникают в сущность объектов, без посторонней помощи замечают неощутимые с первого взгляда свойства, постигают особенности явлений.

При сравнении объектов необходимо соблюдать следующие требования:

• Для сравнения следует отбирать объекты, имеющие определенную связь между собой. Например, можно сравнивать строение и химические свойства бензола и фенола; бензола и анилина; бензола, фенола и анилина; строение и свойства водородных соединений в периоде (СН₄, NH₃, Н₂О, НF) и в подгруппе (HF, НСl, НВr, НI).
• Необходимо четко определять признаки (свойства), по которым сравниваются объекты. Так, сравнивать физические свойства металлов можно по плотности, электрической проводимости, теплопроводности и т. п.
• Перечень признаков должен быть по возможности более полным, исчерпывающим. Например, для сравнения пространственного строения молекул начальных представителей предельных, этиленовых, ацетиленовых и ароматических углеводородов выделяют совокупность признаков: тип гибридизации, валентный угол, межъядерное расстояние, форма молекул.

Успех учения во многом зависит от того, обладают ли ребята умением определять сходное и различное. Им обязательно нужно научиться замечать сходное там, где с внешней стороны явления сильно отличаются друг от друга, и находить различие в тех случаях, когда ярко внешнее сходство.

Парадоксально, но факт: школьники часто не могут изменить способ действия при выполнении заданий и все делают по шаблону, но в то же время не применяют усвоенные действия там, где это необходимо, потому что не умеют устанавливать сходство. Этим объясняется значительная часть ошибок, допускаемых при обучении химии. Например, ребята затрудняются ответить на вопрос, в чем сходство и различие реакций нейтрализации при взаимодействии растворимых и нерастворимых оснований с кислотами с точки зрения теории электролитической диссоциации, утверждая, что различия между ними не существует, т. к. в обоих случаях сущность реакций сводится к образованию слабодиссоциирующего вещества – воды. Однако составление уравнений таких реакций в сокращенной ионной форме помогает им установить и сходство, и различие.

Как предупредить подобные ошибки? Как можно их устранить, если они уже допущены? Практика показывает, что легче всего различаются противоположные явления. Психологические исследования доказывают, что противопоставление различных по содержанию понятий и правил предохраняет их в дальнейшем от смешения.

Использовать на занятиях противопоставление можно различными способами. В первом случае два понятия (или правила) подаются для сопоставления одновременно. Во втором – сначала изучается одно понятие, а затем после прочного его усвоения вводится второе – как противопоставление первому. Однако есть еще возможность после достаточно хорошего усвоения обоих понятий провести их сравнение. Какой из этих путей наиболее эффективен?

Если все противоположные признаки изучаемых понятий на виду, то используют одновременное противопоставление, т. к. усвоение признаков одного понятия подкрепляется усвоением признаков другого. Например, изучение строения, свойств и применения аллотропных видоизменений углерода (алмаз и графит) целесообразно проводить одновременно, поскольку дети сразу же могут выделить существенные и несущественные признаки. Ученики приходят к выводу, что неодинаковые свойства алмаза и графита обусловлены разной структурой их кристаллических решеток. В свою очередь, их различные свойства определяют и разные области применения.

К последовательному противопоставлению можно прибегать в тех случаях, когда не все признаки изучаемых понятий ярко выражены. Так, прочное усвоение реакций ионного обмена и окислительно-восстановительных реакций проходит более успешно, если сначала изучают первое понятие, а затем через определенный промежуток времени – второе.

И наконец, третий путь может быть выбран в процессе повторения и обобщения знаний по неорганической химии, скажем, при сопоставлении и противопоставлении аллотропных видоизменений элементов кислорода, серы, углерода, фосфора и железа.

Применять такой методический прием, как сравнение, следует с учетом содержания учебного материала, а также индивидуальной подготовки и развития учащихся. В начале изучения курса химии школьникам предлагают сравнивать предметы и явления, отношения между которыми достаточно просты. По мере овладения учебным материалом и развития мышления целесообразно чаще использовать для сравнения предметы и явления, отношения между которыми более сложные. Например, в начале изучения курса химии предлагается сравнить свойства атомов и ионов одного и того же элемента, а в конце курса – свойства оксидов и гидроксидов металлов побочных подгрупп. В первом случае на основе сравнения ученики приходят к выводу, что неодинаковые свойства атомов и ионов одного и того же элемента обусловлены их различным строением. Во втором случае смысл сравнения глубже, т. к. вскрываются причины существования нескольких степеней окисления одного и того же элемента и отмечаются изменения свойств его оксидов и гидроксидов.

Сравнение можно использовать на разных этапах урока. Рассмотрим применение данного приема в процессе объяснения нового материала.

При введении понятия «кислота» с точки зрения теории электролитической диссоциации ученикам предлагается сравнить уравнения диссоциации разных молекул кислот между собой и найти то общее для них свойство, которое позволит дать определение кислотам. В результате сравнения школьники обнаруживают, что все кислоты обладают общим свойством – каждая кислота диссоциирует с образованием катионов водорода. Выделяя это общее свойство, преподаватель предлагает ребятам самостоятельно сформулировать определение. Так с помощью сравнения они приходят к понятию «кислота» с точки зрения теории электролитической диссоциации. Здесь же необходимо обратить внимание учеников на различие реакций диссоциации одно- и многоосновных кислот. Ступенчатая диссоциация многоосновных кислот рассматривается на примере серной, сернистой, сероводородной, угольной и фосфорной кислот.

При изучении химических свойств кислот, когда составляют уравнения реакций в молекулярной, полной и сокращенной ионной формах, следует еще раз вернуться к определению понятия «кислота». В этом случае противопоставляют два определения кислоты – с точек зрения атомно-молекулярного учения и теории электролитической диссоциации. Школьники устанавливают значение обоих определений и приходят к выводу, что последнее из них раскрывает сущность понятия «кислота» и, следовательно, является более строгим. Аналогичный прием можно использовать при введении понятий «щелочь» и «соль».

В дальнейшем все понятия закрепляются при изучении элементов главных подгрупп и их соединений (в разделе «Неорганическая химия») и фенола, карбоновых кислот, аминов и аминокислот (в разделе «Органическая химия»).

Сравнение явлений в развитии помогает вскрыть причину самых различных изменений. Примером может служить зависимость металлических и неметаллических свойств элементов в периодах и главных подгруппах от заряда их ядра.

Так, каждый период начинается элементом с ярко выраженными металлическими свойствами (щелочные металлы). Однако с увеличением заряда ядра элемента в периоде эти свойства ослабевают. Последующие элементы обладают двойственными свойствами (Ве, Al и другие элементы амфотерны). Далее в периодах усиливаются неметаллические свойства элементов (галогены). Заканчиваются периоды благородными (инертными) элементами (He, Ne и др.).

Во всех главных подгруппах с увеличением заряда ядра элементов увеличиваются металлические свойства. Если подгруппа начинается с металла, то металлические свойства у последующих элементов в подгруппе выражены сильнее (щелочные, щелочно-земельные и другие металлы). Если же главную подгруппу возглавляет элемент-неметалл, то их металлические свойства также возрастают сверху вниз в подгруппе (галогены, подгруппа кислорода и др.).

Таким образом, металлические и неметаллические свойства элементов проявляются по-разному в зависимости от их положения в периодической системе.

Очень полезен прием сравнения при изучении сходных вопросов. Так, известно, какие трудности вызывает сравнение химических свойств этилена и ацетилена в зависимости от строения молекул. Часто ученики отвечают, что все химические реакции с ацетиленом протекают более энергично, чем с этиленом. И объясняют это наличием в молекуле ацетилена двух p-связей. В действительности же прямой зависимости между числом p-связей в молекуле и ее химической активностью не наблюдается. Проявление молекулой ацетилена химических свойств определяется взаимосвязью р-электронных облаков, образующих p-связи, со структурными элементами молекулы (углерод-углеродной и углерод-водородной s-связями) и природой веществ, реагирующих с ней.

Рассмотрим фрагмент урока, на котором использовался прием сравнения. Тема урока: «Строение и свойства молекулы анилина».

На доске преподаватель записывает молекулярную и структурную формулы анилина и предлагает ученикам ответить на вопрос: производным каких веществ является анилин и к какому классу веществ он относится? Школьники выделяют в молекуле анилина две составные части – бензольное кольцо и аминогруппу. Это дает им возможность считать анилин производным бензола и аммиака и установить, что он представитель нового класса соединений – ароматических аминов.

Химическое строение анилина позволяет сравнивать его с предельными аминами и фенолом. Перед учениками ставят две проблемы: почему анилин проявляет более слабые основные свойства, чем предельные амины, и почему анилин в отличие от бензола взаимодействует с бромной водой при обычных условиях?

Школьникам уже известно, какую роль играют углеводородные радикалы в усилении основных свойств предельных аминов по сравнению с аммиаком. Они также знают о роли радикала фенила, обусловливающего слабые кислотные свойства фенола. Сопоставляя эти два факта сначала между собой, а затем и применительно к молекуле анилина, ученики приходят к выводу, что анилин вследствие влияния радикала фенила проявляет более слабые основные свойства, чем предельные амины.

Причину повышенной реакционной способности бензольного кольца в анилине учащиеся устанавливают, сравнивая его с фенолом. Они приходят к выводу, что аминогруппа в молекуле анилина (подобно гидроксильной группе в молекуле фенола) влияет на бензольное ядро, обусловливая тем самым замещение в нем при нормальных условиях атомов водорода в положениях 2, 4 и 6.

Чтобы выяснить уровень понимания изученного материала, преподаватель предлагает расставить в ряд по мере усиления основных свойств следующие вещества: метиламин, анилин, аммиак, фенол – и объяснить причину такого их расположения.

Во время закрепления нового материала важно предусмотреть задания, в которых необходимо воспользоваться сравнением. Систематическое использование таких заданий способствует более сознательному и прочному усвоению знаний. Например, при закреплении знаний о химической и электрохимической коррозии металлов школьникам предлагают сравнить их между собой по следующим признакам: среда, характер процесса, причины коррозии, условия, влияющие на ее скорость. Затем целесообразно предложить подумать над вопросом: будет ли отличаться коррозия чистых металлов от коррозии сплавов? Ученики анализируют сравниваемые явления и находят в них общее и различное.

Установить, насколько глубоко понимают ребята изученный материал предыдущих уроков, помогают задания на сравнение. Так, во время проверки знаний об окислительно-восстановительных реакциях следует предложить сравнить их с реакциями уже известных типов (кроме реакций замещения, которые по своей природе являются окислительно-восстановительными). Например:

СаСО₃ ® СаО + СО₂ и KClО₃ ® KCl + O₂,
Al + Br₂ ® AlBr₃ и P₂О₅ + H₂O ® H₃PO₄,
BaCl₂ + Na₂SO₄ ® BaSO₄ + NaCl и
MnO₂ + HCl ® MnCl₂ + H₂O + Cl₂.

Раcсмотрение в парном сочетании уравнений реакций, одна из которых – окислительно-восстановительная, дает возможность сопоставить их между собой, выделить и более крепко усвоить классификационный признак окислительно-восстановительных реакций – изменение степени окисления элементов веществ, участвующих в них.

Важную роль имеет прием сравнения для закрепления знаний при повторении – текущем и обобщающем (тематическом и заключительном). На таких занятиях восстанавливаются в памяти изученные фундаментальные понятия, прослеживаются новые связи.

Полезно после изучения элементов главных подгрупп и их соединений провести сравнение, т. е. показать, что в пределах одной и той же подгруппы находятся элементы, имеющие много общего в строении и свойствах, но в то же время обладающие индивидуальными особенностями. В качестве примера возьмем подгруппу углерода. Сначала следует установить признаки, по которым проводится сравнение: строение атома, простые вещества, соединение с водородом, соединение с кислородом, гидроксидные соединения. Затем для этих соединений сравнение проводится по плану: состав, строение, физические и химические свойства, получение, нахождение в природе, применение. Здесь же уместно выделить отдельно простые вещества или соединения одного и того же элемента, различающиеся либо структурой (как алмаз и графит), либо разной степенью окисления (как оксиды углерода (II) и (IV)). Следует также провести сравнение между элементами (и их соединениями) данной подгруппы и элементами (и их соединениями) соседних подгрупп того же периода.

Дома школьники самостоятельно систематизируют и обобщают знания по данной теме. Они могут при этом воспользоваться записями в тетради, учебником и указанной преподавателем дополнительной литературой.

При выдаче домашнего задания целесообразно напомнить о том, что, прежде чем приступить к сравнению элементов и их соединений в подгруппе и в периодах, надо восстановить в памяти знания об отдельных элементах и их соединениях.

На уроке ребята отвечают на вопросы плана, выявляют общие и различные признаки, вскрывают закономерности связей, вследствие чего знания становятся более осознанными и прочными, по-новому воспринимаются элементы главной подгруппы и их соединения, характерные особенности их строения и свойств.

Прием сравнения активизирует мыслительную деятельность, способствует сознательному и прочному усвоению знаний и является средством проверки осознанности и глубины знаний. Используя этот прием, ученики анализируют и синтезируют, выделяют существенные признаки, располагают их в новом соотношении, делают обобщения и выводы.

Несмотря на очевидную эффективность данного приема, он мало еще используется преподавателями. Это объясняется, возможно, тем, что в методической литературе почти нет указаний по его применению.

Сравнение следует проводить систематически. В самом деле, если не устанавливать связи между курсами неорганической и органической химии, отдельными классами веществ, не подчеркивать общее и различное в их структуре и свойствах, то учащиеся смогут приобрести лишь отрывочные знания, ничем не связанные между собой; у них не сформируются представления об изучении химии как непрерывном процессе, отражающем диалектику развития от простого к сложному.

Задача преподавателя состоит прежде всего в том, чтобы выявить существующие в природе связи и взаимозависимости, показать, где это возможно, генетическое родство между классами веществ, помочь ребятам проникнуть в сущность явлений, научить их делать правильные обобщения и выводы.

Таким образом, преподавателю следует использовать прием сравнения при изучении каждой темы в каждом классе, а при составлении тематического плана намечать, где и как будет применяться этот прием.

Предмет химия предоставляет богатый и разнообразный материал для сравнения. Перечислим те понятия и темы, при изучении которых целесообразно осуществлять сравнение.

НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

1. Чистые вещества и смеси. 2. Явления физические и химические. 3. Простые и сложные вещества. 4. Химические реакции соединения, расположения, замещения и обмена. 5. Основные виды топлива и способы их сжигания. 6. Оксиды, основания, кислоты и соли. 7. Растворимость веществ в воде. 8. Экзо- и эндотермические реакции. 9. Металлические и неметаллические элементы. 10. s- и p-электроны.
11. Малые и большие периоды. 12. Группы и подгруппы химических элементов. 13. Виды химической связи. 14. Типы кристаллических решеток 15. Окислительно-восстановительные реакции и реакции, протекающие без изменения степени окисления элементов веществ, участвующих в них. 16. Сравнительная характеристика галогенов. 17. Аллотропные видоизменения кислорода и серы. 18. Оксиды серы (IV) и (VI). 19. Общая характеристика подгруппы кислорода.

20. Электролиты и неэлектролиты. 21. Диссоциация кислот, щелочей и солей. 22. Сильные и слабые электролиты. 23. Уравнения реакций в молекулярной и ионной формах. 24. Гидролиз солей. 25. Механизмы образования ковалентной связи. 26. Химические свойства солей аммония и общие свойства солей. 27. Оксиды азота (II) и (IV). 28. Химические свойства азотной кислоты и общие свойства кислот. 29. Химические свойства нитратов и общие свойства солей. 30. Аллотропные видоизменения фосфора. 31. Общая характеристика элементов главной подгруппы V группы. 32. Аллотропные видоизменения углерода. 33. Оксиды углерода (II) и (IV). 34. Общая характеристика элементов главной подгруппы IV группы. 35. Свойства водородных соединений неметаллов разных подгрупп. 36. Элементы – металлы и неметаллы. 37. Металлическая связь. 38. Электролиз. 39. Коррозия металлов и сплавов. 40. Сравнительная характеристика щелочных металлов. 41. Общая характеристика элементов главной подгруппы II группы. 42. Жесткость воды. 43. Общая характеристика элементов главной подгруппы III группы. 44. Особенности строения атомов металлов побочных подгрупп. 45. Оксиды и гидроксиды хрома. 46. Аллотропные видоизменения железа. 47. Гидроксиды железа. 48. Сплавы железа – чугун и сталь. 49. Основные способы промышленного получения металлов и сплавов.

ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

1. Вещества органические и неорганические. 2. Типы гибридизации. 3. s- и p-связи. 4. Состав, строение, физические и химические свойства углеводородов. 5. Способы переработки нефтепродуктов. 6. Водородная связь. 7. Состав, строение, физические и химические свойства кислородсодержащих соединений. 8. Состав, строение, физические и химические свойства азотсодержащих соединений. 9. Виды изомерии. 10. Виды связей. 11. Виды реакций. 12. Синтетические высокомолекулярные соединения и полимерные материалы на их основе.

Перечисленные понятия и темы показывают, что сравнение можно осуществлять внутри одной темы или раздела, между разными темами или разделами, между курсами неорганической и органической химии.

В.Я.Вивюрский,
кандидат педагогических наук