Развитие
логического мышления
на уроках химии

Окончание. См. 30, 32/2004

2.3. Совершенствование логических приемов
у учащихся 9–10 классов при изучении
окислительно-восстановительных реакций

Умения в составлении электронного баланса для уравнений ОВР, приобретенные в 8-м классе, совершенствуются в теме «Сера и ее соединения». Здесь уже встречаются уравнения более сложного уровня, например:

На этих и других примерах учащиеся продолжают получать логическое подтверждение того, что строение атома определяет его свойства. Так, атом серы, имея шесть электронов на внешнем энергетическом уровне, способен принимать еще два электрона и проявлять при этом степень окисления –2 () или отдавать либо два, либо четыре, либо шесть электронов, проявляя при этом степень окисления соответственно +2, +4, +6

Рассматривая окислительно-восстановительные процессы, в примере а) учащиеся видят, что атом серы со степенью окисления –2 переходит в состояние со степенью окисления +4, отдавая шесть электронов, а в примере б) атом серы в состоянии может только принимать электроны. Таким способом учащиеся подводятся к выводу о способности элементов с низшей степенью окисления ее повышать, отдавая электроны, а с высшей – ее понижать, принимая электроны.
Весь курс 9-го класса по химии элементов пронизан вопросом участия их в окислительно-восстановительных процессах. Центральное место при этом занимает урок «Закономерности окислительно-восстановительных реакций», который проводится в теме «Подгруппа азота» перед изучением азотной кислоты как окислителя. На этом уроке после краткого повторения определения ОВР ученики знакомятся с закономерностями окислительно-восстановительных процессов.
Первая закономерность – связь окисления с восстановлением, равенство числа отданных и принятых электронов в свете понятий «окислитель», «окисление», «восстановитель», «восстановление».
Вторая закономерность – протекание ОВР в сторону образования более слабого окислителя или восстановителя из более сильного. (Дается представление о ряде окислительно-восстановительных потенциалов и разбираются приемы его использования.)
Третья закономерность – участие соединения в реакции с более сильным окислителем или восстановителем, если их два.
Все закономерности разбираем на примерах по теме «Азот и его соединения». Затем на следующем уроке, используя знание учащимися закономерностей ОВР, выясняем свойства молекулы азотной кислоты, обусловленные наличием в ее составе атома азота в высшей степени окисления.
Все новые умения закрепляются на уроках-тренингах и проверяются на специально проводимой по этой теме самостоятельной работе.
Таким образом, учащиеся, заканчивая изучение неорганической химии, умеют рассматривать окислительно-восстановительные процессы и могут объяснять причины их протекания.

В органической химии при изучении различных классов веществ стараемся рассматривать понятие о cтепени окисления на конкретных примерах, соблюдая известные с 8-го класса правила. Пример:

К этим записям учащиеся приходят после рассуждения о полярности имеющихся в молекуле связей и смещении электронной плотности к атомам кислорода с учетом слабой полярности связей С–Н.
При составлении уравнений ОВР, протекающих с участием органических веществ, в простейших случаях можно применять понятие «степень окисления». Приведем уравнения реакций, в которых коэффициенты могут быть определены по такому же правилу, что и для ОВР в неорганической химии:

2.4. Повышение уровня логического мышления
у старшеклассников на заключительном этапе
обобщающего повторения

В 11-м классе, обобщая знания о классификации химических реакций, напоминаем об одной из классификаций по изменениям степеней окисления атомов, входящих в состав взятых и полученных веществ. На этом уроке суммируем все имеющиеся у учащихся знания об ОВР, используя понятия «электроотрицательность», «степень окисления», «окислитель», «окисление», «восстановитель», «восстановление», закономерности ОВР, правила составления уравнений ОВР и нахождения коэффициентов с помощью метода электронного баланса.
Для класса с более высокой работоспособностью можно дать представление об электронно-ионных уравнениях при рассмотрении ОВР. Пример:

На этих уроках напоминаем также, что в периодах с увеличением порядкового номера элемента восстановительные свойства простых веществ понижаются, а окислительные повышаются. Например, во втором периоде самый активный восстановитель – литий, а самый активный окислитель – фтор (это связано с числом электронов на внешнем энергетическом уровне атома и его радиусом).
У элементов главных подгрупп с увеличением порядкового номера усиливаются восстановительные свойства и ослабевают окислительные (это связано с увеличением радиуса атома). Лучшие восстановители – щелочные металлы (Fr, Сs), лучшие окислители – галогены (F, Сl).
Неметаллы в отличие от металлов могут быть окислителями и восстановителями. Примером служит сера:

Вместе с учащимися отмечаем, что окислительные и восстановительные свойства сложного вещества зависят от степени окисления атома входящего в него элемента. Например, в HNO₃ атом азота проявляет с.о. = +5, это высшая его степень окисления. Значит, он может только принимать электроны, понижая при этом свою степень окисления. Поэтому азотная кислота – сильный окислитель.
В NН₃ атом азота проявляет низшую с. о. = –3, он может только отдавать электроны. Поэтому аммиак – восстановитель.
После суммирования у учащихся всех знаний по ОВР даем классификацию самих ОВР, часть которой им уже известна.
1) Реакции межмолекулярного окисления-восстановления.
Это такие реакции, в которых окислитель и восстановитель находятся в разных веществах:

2) Реакции внутримолекулярного окисления-восстановления.
Это такие реакции, в которых окислитель и восстановитель находятся в одном и том же веществе:

3) Реакции диспропорционирования.
Такие реакции сопровождаются одновременным увеличением и уменьшением степени окисления атомов одного и того же элемента. Это возможно для веществ, содержащих атомы с промежуточной степенью окисления:

Завершается изучение ОВР рассмотрением их роли в природе и технике. Говорим о связи с ними дыхания, обмена веществ, гниения, брожения, фотосинтеза. Напоминаем о том, что с их помощью получают ценные для народного хозяйства вещества, и о том, что они лежат в основе преобразования химической энергии в электрическую.

Заключение. Знание логических закономерностей
в химии – повышение эффективности обучения

Анализ программ и учебников и постановка процесса обучения на более логический путь показывают, что этот путь более эффективен. Ведь для учителя важно не только знать свой предмет, но и иметь возможность обучить как можно больше учеников в классе. Для этого учителю необходимо понимать цели и задачи обучения, владеть методикой обучения, разбираться в вопросах возрастной психологии школьников.
Сравнивая работу по измененной программе с процессом обучения по программе, предложенной Министерством образования и науки РФ, необходимо отметить следующее:
1) материал, излагаемый по-новому, соответствует логическим закономерностям, присутствующим в химической науке;
2) материал доступен по сложности для учеников 8-го класса независимо от уровня их развития;
3) у школьников не возникает недоумения, т.к. учебный материал излагается логично и последовательно;
4) ответы учащихся становятся научно обоснованными и правильно сформулированными;
5) развивается логическое мышление, что является одной из целей обучения.
Для иллюстрации повышения эффективности обучения возьмем для сравнения два восьмых класса, примерно одинаковых по уровню развития: в 8-м «В» средней школы № 59 преподавание химии велось по старой программе; на следующий учебный год в 8-м «В» той же школы преподавание химии велось по измененной программе. Далее в таблице представлены (в %) результаты срезов и контрольных работ.
Эти результаты позволяют сделать следующие выводы:
1) новый, логично выстроенный порядок изучения химии в 8-м классе дает возможность усвоить материал абсолютному большинству учащихся (результат приближается к 100%);
2) перестроенная программа перспективна и должна быть широко использована.

Таблица

Работа учителя по развитию логического мышления учащихся не исчерпывается сказанным.   Изучение предмета дает возможность для развития умений излагать мысли ясно, последовательно и аргументированно.

ЛИТЕРАТУРА

Андриенко А.Л. Формирование понятий об окислении-восстановлении в курсе неорганической химии средней школы. В сб.: Вопросы преподавания химии в средней школе. Ульяновск, 1975.
Ахметов Н.С. Актуальные вопросы курса неорганической химии. Книга для учителя. М.: Просвещение, 1991, с. 3–6.
Гневина Н.А. Привитие интереса школьников к знаниям. Сборник методических материалов.
В 2 ч. Ч. 2. Астрахань, 1993, с. 128–132.
Зуева М.В. Совершенствование организации учебной деятельности школьников на уроках химии.
М.: Просвещение, 1989, с. 5–12.
Кузнецова Н.Е. Формирование систем понятий в обучении химии. М.: Просвещение, 1989, с. 17–25.
Кудрявцев А.А. Составление химических уравнений. Учебное пособие для высших технических учебных заведений. 6-е изд., перераб. и доп. М.: Высшая школа, 1991, с. 75, 136.
Макареня А.А. Методология химии. Пособие для учителя. М.: Просвещение, 1985, с. 42.
Петровский А.В. Возрастная и педагогическая психология. М.: Просвещение, 1973, с. 213.
Радугин А.А. Психология и педагогика. М.: Центр, 1997.

Г.Б.КОЛЬЦОВА,
учитель химии средней школы № 59
(г. Астрахань);
Т.К.АБДРАХМАНОВА,
доцент, канд. хим. наук;
Т.Н.ПРОХОРОВА,
доцент, канд. пед. наук,
Астраханский институт
усовершенствования учителей