В.Я.ВИВЮРСКИЙ

МЕТОДИКА
ХИМИЧЕСКОГО ЭКСПЕРИМЕНТА
В СРЕДНЕЙ ШКОЛЕ

Продолжение. См. № 27–28, 30, 31, 36, 38, 39, 40, 43, 45/2003;
5, 8, 11, 17, 19, 21/2004

§ 4.3. Методика формирования и усовершенствования экспериментальных умений и навыков

(окончание)

Использование наборов раздаточного материала также помогает прививать и совершенствовать умение распознавать по внешним признакам твердые и жидкие вещества и формировать конкретные знания.
В школах имеются коллекции важнейших минералов, горных пород, минеральных удобрений, продуктов переработки химического сырья, пластмасс, волокон, каучуков и других, которые не совсем приспособлены для учебно-воспитательных задач химии. Они дорогие, и не каждая школа может приобрести их в достаточном количестве, хотя бы для нескольких групп учащихся, не говоря уже о каждом ученике или в крайнем случае о двоих. Такие коллекции рассчитаны в основном для показа у демонстрационного стола или путем обхода с ними класса, или передачи их с одного стола на другой. вещества в коллекциях для непосредственного наблюдения труднодоступны, т.к. находятся в заклеенных коробках или в пробирках с залитыми пробками. При их показе у демонстрационного стола издали они почти не видны. Обход класса с коллекцией, как и передача ее со стола на стол («по конвейеру»), отнимает очень много времени и малоэффективна для приобретения умений и знаний.
В этом плане более эффективны наборы раздаточного материала, включающие разнообразные вещества, необходимые при изучении определенной темы по курсу химии. В них содержатся нужные объекты для учебной работы. Число таких наборов соответствует числу рабочих звеньев учащихся. К сожалению, до сих пор такого специального раздаточного материала в школах очень мало. Но его можно изготовить на занятиях химического кружка или после внеклассных экскурсий.
Работа с раздаточным материалом – это демонстрация объектов изучения на столах учащихся. Ценность его заключается в создании условий для непосредственного наблюдения каждым учеником объекта изучения. С помощью разных анализаторов и приборов, например лупы, микроскопа и т.д., учащиеся могут определять цвет, запах, плотность, структуру и другие свойства исследуемых объектов.
Раздаточный материал должен быть удобным для его применения на всех этапах урока: как в процессе сообщения и закрепления знаний, так и при контроле этих знаний. При объяснении нового материала образцы веществ вместе с коробочками под номерами, на дне которых имеются карточки с названиями и формулами веществ, ставятся на столы учащихся для их просмотра и изучения. Сравнивая образцы веществ между собой, они обучаются выделять их существенные признаки. Развиваются умения наблюдать, приобретать новые знания и применять их в сходных или новых условиях. Во время устного или письменного опроса карточки переворачиваются лицевой стороной вниз, а учащиеся в ответе указывают номер вещества, под которым оно находится, и, если необходимо, пишут формулы.
Объектом наблюдений могут быть образцы веществ, материалов, горных пород, минералов и др. Так, при изучении соединений углерода и кремния в качестве раздаточного материала используются образцы горных пород и минералов, содержащих углерод (мрамор, мел, известняк, доломит, магнезит, малахит и др.) и кремний (гранит, гнейс, глина, полевой шпат, слюда, асбест и др.), а также образцы вяжущих веществ (цемент, известь, гипс и др.). При изучении карбоновых кислот демонстрируется коллекция гербицидов и ядохимикатов, используемых в сельском хозяйстве, и т.д. Рассматривая коллекцию «Металлы и сплавы» на соответствующих уроках, учащиеся связывают внутреннее строение металлов и сплавов с их свойствами, а преподаватель обращает их внимание на механические свойства марок сплавов (стали, чугуна и др.), на их обрабатываемость.
Таким образом, постоянное применение раздаточного материала на уроках в значительной мере может улучшить процесс преподавания химии и усовершенствовать умения наблюдать, распознавать вещества и др.

Монтаж приборов и обращение с оборудованием

Физические и химические явления осуществляются на приборах и действующих установках, которые в то же время сами являются объектами изучения. Методика ознакомления с готовыми приборами и установками и с теми, которые монтируются на уроках, неодинакова.
При демонстрации готовых приборов и действующих установок ознакомление с их устройством и назначением в целом и отдельных узлов в зависимости от дидактической цели урока может проходить методом рассказа или беседы. Привлечение учащихся к выявлению взаимосвязи между конструкцией прибора или установки и их назначением активизирует мыслительную деятельность, дает возможность использовать имеющиеся знания и опыт и применять их в новых условиях. Например, при показе готового прибора для получения древесного угля при сухой перегонке дерева целесообразно, чтобы учащиеся самостоятельно установили связь между его устройством и назначением. Чтобы облегчить решение задачи, можно предложить ребятам вспомнить опыты разложения оксида ртути(II), малахита, бертолетовой соли. По аналогии с устройством и назначением известных им приборов учащиеся правильно обосновывают назначение тугоплавкой пробирки, холодильника и стеклянной трубки, отходящей от холодильника. Указывают, что в результате термического разложения древесины будут образовываться древесный уголь, жидкие и газообразные продукты. Предполагают, как можно обнаружить газы.
В тех случаях, когда прибор или установка для лабораторных опытов или практических занятий собирается из готовых деталей, работа с учащимися может проводиться по-разному:
более подготовленным ученикам предлагается собрать прибор для проведения соответствующих реакций без использования инструкции, рисунка или чертежа;
менее подготовленным – разрешить при затруднениях использовать рисунок или чертеж;
слабоподготовленные учащиеся могут пользоваться и инструкцией, и рисунком или чертежом.
Задача преподавателя заключается в оказании дифференцированной помощи учащимся, не ограничивая, однако, их самостоятельности. Следует добиваться от учащихся составления плана работы, соблюдения строгой последовательности при сборке и монтаже приборов. Например, сборку приборов из готовых деталей можно осуществить при выполнении лабораторных опытов «Получение аммиака и опыты с ним», «Получение сложных эфиров» и др., а также при проведении практических занятий «Получение солей аммония», «Качественное определение углерода, водорода и хлора в органических веществах» и др. При демонстрации опытов к монтажу приборов из готовых деталей рекомендуется привлекать всех учащихся поочередно. Учитывая их подготовленность и индивидуальные особенности, монтаж приборов или установок можно проводить также по инструкции, рисунку, чертежу или готовому образцу.
В зависимости от дидактической цели урока эти способы руководства работой учащихся могут быть использованы в различных сочетаниях. Иногда после коллективного определения плана сборки прибора или установки целесообразно вызывать отдельных учеников к демонстрационному столу и просить собрать тот или иной прибор или установку. К демонстрациям, при подготовке к которым можно поручить сборку приборов учащимся, следует отнести темы «Получение азотной кислоты из солей», «Получение оксида углерода(IV)», «Восстановление металлов из их оксидов углем», «Получение этилена», «Получение ацетилена» и др.
Привлечение учащихся к активному участию в обсуждении назначения деталей и узлов приборов и установок, к составлению плана монтирования и к самому монтажу способствует лучшему формированию и развитию их экспериментальных умений и навыков.

Операции, действия и приемы

Операций, действий и приемов, которые производятся в ходе химического эксперимента и формируются на уровне экспериментальных умений и навыков, не так уж и много. К ним в основном относятся:

нагревание;
измельчение;
перемешивание;
фильтрование;
выпаривание;
наливание жидкостей;
насыпание сухого вещества;
обращение со штативом, держателем и другими принадлежностями;
монтаж простейших приборов;
проверка приборов на герметичность;
собирание газов вытеснением воздуха и над водой;
взвешивание;
пользование мерной посудой.

Необходимость овладеть каждым из них вызывается самим содержанием опытов и степенью подготовки учащихся. В том случае, если об операции, действии или приеме ученики ничего или почти ничего не знают, лучше всего проводить их демонстрационно. Это следует делать отдельно до проведения лабораторного опыта. Затем преподаватель лишь наблюдает, как учащиеся осуществляют операцию, действие или прием в ходе выполнения опыта, и, если они допускают ошибки, оказывает им необходимую помощь. Например, лабораторный опыт разделения смесей фильтрованием требует от учащихся следующих действий:
приготовление фильтра;
вкладывание его в воронку;
укрепление кольца в лабораторном штативе и вставление в кольцо воронки;
наливание жидкости на фильтр.
Как показывает опыт, из всех действий наиболее трудным для учащихся оказывается приготовление фильтра, поэтому на него тратится и больше всего времени. В связи с этим нужно несколько раз четко показать его изготовление и вставить во влажную воронку. Другие приемы достаточно показать один раз, и учащиеся уже с ними успешно справляются. Особенно если обратить их внимание на то, почему следует смачивать водой воронку; не допускать, чтобы край фильтра не доходил до края воронки; наливать жидкость на фильтр по стеклянной палочке; добиваться, чтобы жидкость не доходила до края фильтра. Такие указания позволяют избегать ошибок в их выполнении, которые чаще всего встречаются при фильтровании.
В том случае, если о данной операции учащиеся уже имеют значительное или хотя бы некоторое представление, целесообразно добиваться от них рассказа о ходе ее выполнения и предоставлять им возможность ее осуществлять самостоятельно на практике. Это повышает их интерес и активность. Например, с операцией взвешивания учащиеся знакомятся и выполняют ее на уроках физики. Преподавателю химии нужно лишь опереться на умение, которым владеют учащиеся, и продолжать его совершенствовать на уроках химии. Это же относится и к операции пользования мерной посудой – мерными цилиндрами, мензуркой и др.
Показывать операции, действия и приемы целесообразно на демонстрации опытов преподавателем. Иногда в течение показа только одного опыта учащиеся одновременно знакомятся с несколькими операциями, действиями и приемами. Например, при демонстрации преподавателем получения этилена учащиеся наблюдают следующие операции:
сборку прибора и проверку его на герметичность;
обращение со штативом;
наливание жидкостей в пробирки (этилового спирта, концентрированной серной кислоты, бромной воды и слабого раствора перманганата калия);
насыпание сухого вещества (пемзы, или пористой глины, или речного песка);
зажигание горелки или спиртовки;
нагревание прибора;
пропускание этилена через растворы бромной воды и перманганата калия (качественное определение этилена);
поджигание этилена.
Многие операции, действия и приемы для того, чтобы учащиеся ими овладели на уровне умений и навыков, нужно неоднократно показывать, что способствует их совершенствованию и закреплению. Особенно это относится к тем из них, для показа которых требуется немного времени. Например, вставление в пробирку пробки с газоотводной трубкой, насыпание сухого вещества в пробирку из банки или склянки и др.
Выполняя лабораторные опыты, практические работы, решая экспериментальные задачи учащиеся работают самостоятельно под руководством преподавателя. Но вначале многие из них допускают ошибки, которые преподаватель должен помочь им исправить. Для этого ему самому нужно знать типичные ошибки. Это позволит перед началом проведения опытов обращать на них внимание учащихся, а затем более целенаправленно следить за их работой и устранять недостатки или устным замечанием, или демонстрацией, или обсуждением с учениками всего класса.
Чаще всего при выполнении опытов ученики допускают следующие ошибки:
вставляют пробку с газоотводной трубкой в пробирку, не делая вращательного движения пробки по часовой стрелке (без этого движения лопается верхняя часть пробирки и можно поранить руку);
перед нагреванием пробирки с веществом не нагревают ее по всей длине (это приводит к тому, что пробирка лопается, а вещество или рассыпается, или разливается);
не используют при нагревании самую горячую часть пламени горелки или спиртовки (в этом случае происходит бесполезная трата энергии и нерациональное расходование времени на выполнение опыта);
не вынимают газоотводную трубку из жидкости по окончании нагревания (при этом в приборе давление низкое, в него засасывается жидкость и пробирка лопается);
при надевании резиновой трубки на конец стеклянной не смазывают вазелином этот конец (несоблюдение этого может вызвать поломку стеклянной трубки и поранить руку);
оставляют открытыми банки и склянки с растворами и сухими веществами (при неосторожном движении банки и склянки могут опрокинуться, что приведет к лишней трате реактивов, а иногда и к несчастному случаю);
насыпают порошок из банки или склянки в пробирку или берут его из них грязной или влажной пробиркой (это не способствует экономии реактивов, т.к. происходит их рассыпание, и не оберегает реактивы от загрязнения);
при испытании водорода на чистоту слишком быстро снимают пробирку с газоотводной трубки (это не дает возможности определить чистоту водорода, и работа с ним может привести к несчастному случаю; водород считается чистым, если при поднесении пробирки, наполненной им, к горелке или спиртовке слышен не лающий звук, а звук типа «пах»);
нагревают жидкость в пробирке после ее прогрева не на донышке пробирки, а в верхней части жидкости (такой нагрев приводит к закипанию жидкости только вверху, пробирка лопается, и жидкость в виде брызг разлетается по сторонам, что может привести к несчастному случаю).
Таким образом, знание преподавателем перечисленных типичных ошибок, допускаемых учащимися в процессе выполнения опытов, облегчит ему работу по формированию и усовершенствованию экспериментальных умений и навыков.
Большой перерыв в практическом применении некоторых действий и операций приводит к тому, что сформированные ранее умения и навыки не закрепляются и учащиеся затрудняются самостоятельно их восстановить. Поэтому перед выполнением каждого опыта учащимся следует еще раз подробно объяснить, а в особых случаях и показать порядок выполнения тех действий или операций, которые необходимо будет совершить в предстоящем опыте. Это не отнимет много времени, но зато после повторного показа учащиеся проводят опыты намного быстрее, эффективнее и качественнее. Они уделяют больше времени раскрытию сущности происходящих явлений или процессов и значительно меньше отвлекаются на выполнение забытых приемов или действий.
Рассмотрим, как формируются умения и навыки, когда показ учащимся приемов работы и отдельных операций сопровождается одновременно их разъяснением. Этой цели наиболее соответствует проведение демонстрационного эксперимента. Во время показа опытов преподаватель обращает внимание учащихся на то, как и почему именно так, а не иначе следует выполнять отдельные приемы работы или операции. Например, при демонстрации получения аммиака из смеси твердых веществ – хлорида аммония, гидроксида натрия и натронной извести – преподаватель проверяет прибор на герметичность и просит учащихся объяснить, зачем это делается. Он показывает правильное положение прибора для получения аммиака в лабораторном штативе. Кроме того, преподаватель обращает их внимание на выполнение таких операций, как измельчение, смешивание, нагревание и растворение при подготовке реактивов к опыту и в ходе его проведения. На следующем уроке один из учеников во время опроса проводит самостоятельный опыт и доказывает, что полученный газ – аммиак. Ошибки, допущенные учеником в процессе его выполнения, обсуждаются всем классом.
Выработке и совершенствованию умений и навыков при проведении всех видов эксперимента способствует систематическое повторение учащимися тех или иных приемов работы или операций под непосредственным контролем со стороны преподавателя.