Актуальные проблемы
методики обучения химии
в школьном курсе

УЧЕБНЫЙ ПЛАН КУРСА

Г.М.ЧЕРНОБЕЛЬСКАЯ

ЛЕКЦИЯ N№ 1
Содержание школьного курса химии
и его вариативность

План лекции

• Дидактические требования к содержанию курса химии.

• Основные дидактические единицы курса химии.

• Способы построения курса химии.

• Пропедевтические курсы химии.

• Построение систематических курсов химии.

Введение

Обучение химии ставит перед собой задачи, которые решаются с позиции единства образовательной, воспитательной и развивающей функций обучения.

Школьный курс химии:

– обеспечивает сознательное усвоение учащимися важнейших химических законов, теорий и понятий, знакомит с методами химической науки;

– формирует научное мировоззрение, понимание того, что химическое образование – обязательный элемент культуры;

– вносит вклад в формирование естественно-научной картины мира;

– воспитывает трудолюбие, нравственное отношений к природе и окружающим людям, способствует преодолению хемофобии, пониманию приоритета общечеловеческих ценностей;

– развивает мышление учащихся, их самостоятельность и творческую активность, обучает разным видам учебной деятельности;

– формирует практические умения;

– способствует сознательному выбору профессии.

В последние годы возникают профильные классы, что требует усиления внимания к отдельным задачам. Так, например, в гуманитарном профиле на первый план выдвигается раскрытие роли и места химии в формировании естественно-научной картины мира, в культурной жизни общества, подчеркивается гуманистическая сторона предмета.

В классах естественно-научного направления усиливается внимание к изучению теорий и понятий, а также к практической прикладной стороне предмета, целенаправленной подготовки к поступлению в вуз соответствующего профиля.

В физико-математических и технических классах усиливается математическая компонента химии как точной науки.

Вместе с тем следует помнить, что в профильной школе наряду с профильными классами должен быть класс общеобразовательного направления, чтобы ученики, разочаровавшиеся в выборе профиля, могли в него перейти.

Содержание предмета химии представлено четырьмя составляющими: научными знаниями, системой умений (специальных, интеллектуальных, общеучебных), опытом творческой деятельности, ценностной ориентацией.

Все эти четыре составляющие взаимосвязаны. Например, не зная закономерности протекания химической реакции, нельзя осуществить ее практически. Без эксперимента, без работы с учебником нельзя приобрести полноценные знания о веществе и химической реакции. Баз опыта творческой деятельности человек обречен лишь на копирование, не может перенести знания в новую ситуацию. Ценностная ориентация характеризует личность человека. Она определяет его убеждения и мировоззрение.

Дидактические требования к содержанию курса химии

K химическому содержанию предъявляется ряд дидактических требований (принципов), которые необходимо соблюдать для успешного обучения учащихся. Это научность (отражение реальных процессов и веществ, связей между ними, отсутствие химических ошибок). Научность может быть достигнута тогда, когда учащиеся знакомятся не только с готовыми выводами, но и с методами, которыми они получены. Доступность определяется числом внутрипредметных связей изучаемого материала с уже изученным. Например, нельзя объяснить гибридизацию орбиталей, если неизвестна теория строения атома. Нельзя понять сущность электролиза без знания окислительно-восстановительных реакций. Kроме того, доступность ограничивается и принципом учета возрастных особенностей учащихся. Еще два важных принципа – системность и систематичность.

Системность очень близка к научности. Понятие «система» характеризуется как целостное единство взаимосвязанных компонентов. Требование системности предполагает отражение в сознании учащихся основных компонентов изучаемой науки. Любая система обладает структурой. Учитель обязан четко представлять себе структуру каждого понятия, каждой теории, взаимосвязь структурных элементов.

Систематичность определяет последовательность изучения учебного материала, развитие понятий. При реализации принципа систематичности нужно учитывать закономерности процесса незнания, движение от известного к неизвестному, от простого к сложному. Например, изучение свойств веществ опирается на знание их состава и строения, а применение – на знание свойств. Понятие «химический элемент» первоначально трактуется как вид атомов, а после изучения строения атомов как вид атомов с одинаковым зарядом ядра и т.д.

При систематическом построении материала возможны два логических подхода – индуктивный и дедуктивный. Индуктивный – когда отсутствует база фактов, необходимая для теоретических обобщений, а дедуктивный – когда теоретическая база достаточна и может осуществляться прогнозирование. Примером дедукции может служить подход к темам, изучаемым после усвоения периодического закона.

Связь с жизнью, с практикой – это принцип, обеспечивающий мотивацию обучения, носит прикладной характер.

Особое значение имеет принцип историзма, который способствует реализации логики науки в учебном процессе.

Основные дидактические единицы курса химии

Дидактический материал курса объединен в несколько групп.

I  г р у п п а – это теории (атомно-молекулярная теория, теории строения атома и строения вещества, учение о периодичности, теория электролитической диссоциации, современная теория строения органических веществ). Некоторые курсы содержат сведения о закономерностях возникновения и протекания химических реакций (элементы химической термодинамики и кинетики).

II  г р у п п а – это законы (закон сохранения и превращения энергии, закон постоянства состава, закон Авогадро, закон сохранения массы веществ и др.).

III  г р у п п а – это химические понятия, каждое из которых представляет сложную систему более мелких понятий. Таких систем понятий в школьном курсе химии четыре: вещество, химическая реакция, химический элемент и основы химического производства¹.

IV  г р у п п а – это методы химической науки. Заметьте, имеются в виду не методы обучения химии, а методы исследования, используемые в химической науке, способствующие научным открытиям и созданию химических теорий.

Поскольку химия – наука экспериментально-теоретическая, она знакомит учащихся с общенаучными и специфическими химическими методами исследования. Учащиеся учатся выдвигать гипотезы, проверять их экспериментально, делать выводы, теоретически обосновывать, чтобы использовать на практике. Они приобретают умения, связанные с техникой химического эксперимента, работой с посудой, реактивами и инструментами, осваивают химическую символику и методы моделирования веществ и процессов.

V  г р у п п а – это факты. Факты обнаруживаются посредством эксперимента или наблюдения за натуральными объектами, часто фактический материал получают с помощью специальных приборов. Факты можно узнать от учителя, прочитать в учебнике или взять из других источников.

VI  г р у п п а – творческое наследие выдающихся ученых. Очень важно показать, что наука делается людьми и все научные достижения являются результатом кропотливого труда.

Химические теории возникали не одновременно. По мере того, как появлялись факты, которые невозможно было объяснить на основе известной теории, создавалась новая теория, расширяющая и углубляющая уже имеющиеся понятия. Именно таким образом построены многие курсы химии.

Kаждая из основных теорий школьного курса представляет своеобразный рубеж, через который проходят химические понятия, претерпевающие качественные изменения (схема 1). Эти изменения и называют развитием понятий.

Схема 1

Структура содержания школьного курса химии

Из схемы можно понять, что химические понятия как бы «сшивают» курс химии в единое целое.

Способы построения курса химии

Построение курса химии может быть различно. Рассмотрим схему 2.

Схема 2

Различие в построении курсов химии

K у р с  х и м и и
Несистематический	Систематический
Естествознание
Пропедевтический курс
Несистематический курс для гуманитариев

Рассмотрим, чем отличаются друг от друга указанные в схеме принципы построения.

Особенностью несистематических курсов является то, что в них не отражается логика науки и не обеспечено развитие понятий. Обычно эти курсы ограничиваются реализацией формальной логики и руководствуются в основном прикладным содержанием и межпредметными связями. Некоторые из них носят интегративный характер. Например, естествознание включает сведения из разных естественных наук – физики, химии, биологии, географии. Понятно, что логике какой-то одной науки такой предмет подчиняться не может.

Несистематический характер носит широко известный в США и переведенный на русский язык курс «Химия и общество»², главная задача которого – рассмотреть круг проблем, интересующих общество. Об этом говорит простой перечень глав этой книги:

1. Водные ресурсы и качество воды.

2. Химические ресурсы.

3. Нефть. Химическое сырье или топливо.

4. Химия и пищевые ресурсы.

5. Ядерные ресурсы. Радиохимия в современном мире.

6. Атмосфера. Химия газов и климат.

7. Химия и здоровье.

8. Химическая промышленность. Проблемы и перспективы.

Пропедевтические курсы химии

Среди несистематических курсов следует выделить пропедевтические курсы, которые вводятся в учебный процесс в 7-м классе. Пропедевтические курсы, которые пока еще не регламентированы учебным планом по времени, несут на себе печать ярко выраженных творческих поисков методистов. Так, пропедевтический курс Н.Ф.Воловой³ для сельских школ, включающий элементы логико-психологических знаний, сосредоточивает внимание учащихся на изучении не только химии, но и самих себя, своей собственной личности, своих психических процессов, что делает курс особенно привлекательным для детей. Содержание этого курса основывается на теме «Первоначальные химические понятия», которая по своей функции является пропедевтической.

Своеобразный пропедевтический курс предложен М.Д.Трухиной⁴. Программа курса включает восемь разделов: «Введение в химию», «Вода и водное ресурсы», «Вещества-невидимки» (о воздухе и других газах), «Химия Земли», «Химия и растения», «Химия на кухне», «Химия и одежда», «Медицинская химия».

Г.М.Чернобельской и А.И.Дементьевым разработан и издан учебник для 7-го класса «Введение в химию. Мир глазами химика»⁵. Учебник содержит пять глав, которые можно разделить на две группы. Первые три главы знакомят учащихся с кругом научных вопросов, которые решает химия: зачем и как изучают вещества, почему и как протекают химические реакции, некоторые элементы препаративной химии, техники лабораторных работ, техники безопасности при работах по химии

При этом рассмотрена энергетическая сторона химических реакций, без которой не может быть современного понимания химии. Большое внимание уделяется химическому эксперименту, т.к. главная задача пропедевтического курса – пробудить устойчивый интерес к химии, раскрыть ее образ.

В курс не включены расчеты, составление химических формул и уравнений, а также формирование теоретических понятий. Практика показывает, что для данного возрастного контингента этот материал резко снижает интерес, поэтому целесообразнее его целиком перевести в 8-й класс.

Главы 4 и 5 носят чисто прикладной характер. В главе 4 «Химия и планета Земля» в занимательной форме рассматриваются вещества и процессы, окружающие человека в природной среде. Это химия атмосферы и гидросферы, земной коры и биосферы. Не забыты и представления о вреде курения, алкоголя, наркотиков. Говорится об экономии природных ресурсов, о полезных ископаемых. Глава 5 «Химия и наш дом» посвящена химии, которая окружает ученика в быту. Здесь химия питания и лекарственных веществ, бытовая химия, в том числе парфюмерия и косметика, и даже химия в искусстве.

Построение систематических курсов химии

Систематические курсы химии могут быть построены по-разному, в зависимости от того, какой системообразующий фактор положен в основу формирования курса (см. схему 2). Это может быть либо система понятий о веществе, либо система понятий о химической реакции.

Чаще всего мы встречаем курсы, ориентированные на систему понятий о веществе. Kак правило, первая тема такого курса – «Первоначальные химические понятия» (возможно и другое название). Это вводная тема, знакомящая учащихся с элементарными терминами и понятиями, необходимыми для понимания многих вопросов. Прежде всего это сведения, характеризующие вещества, а также действия с веществами, например, очистка веществ разными способами, методы изучения чистых веществ, свойства вещества, зависящие от его состава и т. п. (В некоторых случаях, когда курсу 8-го класса предшествует курс естествознания или пропедевтический курс химии, можно сократить объем этой темы или вовсе исключить, что значительно разгружает 8-й класс, см., например, учебник Р.Г.Ивановой⁶.)

Химические реакции как важнейшие химические понятия рассматриваются через призму свойств веществ. Эта тема служит и для установления межпредметных связей с физикой.

Понятно, что важнейшие понятия «вещество», «химическая реакция», «химический элемент» и «химическое производство» тесно взаимосвязаны (схема 3). Их полноценное изучение невозможно в отрыве друг от друга.

Схема 3

Взаимосвязь важнейших химических понятий

После упомянутой темы обычно идет изучение периодического закона и периодической системы химических элементов Д.И.Менделеева. Периодический закон занимает господствующее положение в курсе. Он определяет последующее изучение неорганической химии по группам периодической системы или по периодам (Е.Е.Минченков и др.⁷). С помощью периодического закона, как правило, объясняют строение атома, степень окисления и химическую связь. Все это служит в дальнейшем опорой для прогнозирования химических свойств веществ и базой для развития представлений о химической реакции. Собственно реакции подробно рассмотрены в теме «Электролитическая диссоциация».

Химические понятия обеспечивают цельность курса и также имеют структуру. Структура системы понятий о веществе отражена в схеме 4. Ведущую роль при обучении играет «треугольник»: состав, строение, свойства. Однако для целей обучения этого недостаточно. Через блоки понятий о методах исследования, свойствах и получении веществ система понятий о веществе связана с системой понятий о химической реакции. Через блоки понятий о составе, строении, классификации система понятий о веществе связана с системой понятий о химическом элементе. На схеме 4 односторонними стрелками показаны причинно-следственные связи, а двусторонней – связи взаимного влияния. Зная состав вещества и валентные связи атомов, можно строить прогноз о его строении. И наоборот, зная строение вещества, легко выразить его состав.

Схема 4

Структура системы понятий о веществе

Нетрудно заметить, что указанные блоки структуры понятий о веществе реализуют разные мыслительные операции. Например, классификация веществ учит обобщать имеющиеся знания. Блоки о составе и строении обучают анализу. Блоки о свойствах, получении и применении веществ требуют установления причинно-следственных связей и понимания практического использования веществ.

В любом систематическом курсе химии все компоненты системы понятий о веществе находят свое развитие. Если какой-то из компонентов не раскрывается, это следует считать недостатком курса. Такой компонент называют образно «тупиковым понятием». Его надо либо исключить, либо учителю приходится самому дополнять содержание.

Заметим, что школьный курс органической химии чаще всего строится с ориентацией на формирование и развитие системы понятий о веществе.

Система понятий о химическом элементе включает следующие блоки:

1) атомы химических элементов;

2) распространенность и круговорот элементов в природе;

3) классификация химических элементов.

Система понятий о химической реакции включает следующие компоненты:

1) признаки, сущность и механизмы химических реакций;

2) закономерности возникновения и протекания химических реакций (энергетика, скорость, катализ, химическое равновесие);

3) количественные характеристики химических реакций (соотношения веществ, термохимические расчеты, проявление закона сохранения массы веществ);

4) классификация химических реакций;

5) практическое использование химических реакций;

6) методы исследования химических реакций.

В данной системе понятий особого внимания заслуживает классификация химических реакций, подробно разработанная Т.З.Савич⁸ (таблица).

Таблица

Kлассификация химических реакций

Такая обобщенная таблица формирует у учащихся определенный кругозор, способствует пониманию ими химических реакций. K такой классификации учащиеся приходят в конце обучения постепенно и последовательно.

В зарубежных курсах химии и довольно редко в нашей общеобразовательной школе используется построение курса на основе формирования и развития системы понятий о химической реакции как системообразующего фактора. Примером такого курса может служить переведенная на русский язык книга американских авторов под редакцией Г.Сиборга⁹. Приведем в качестве иллюстрации оглавление этой книги, написанной для американских колледжей (это более продвинутый курс по сравнению со средней общеобразовательной школой).

Глава 1. Химия – экспериментальная наука.

Глава 2. Гипотеза и рабочая модель в науке. Атомно-молекулярная теория.

Глава 3. Химические реакции.

Глава 4. Газы. Kинетическая теория.

Глава 5. Жидкости и твердые вещества.

Глава 6. Строение атома и периодическая система элементов Д.И.Менделеева.

Глава 7. Энергетические эффекты химических реакций.

Глава 8. Скорости химических реакций.

Глава 9. Равновесие в химических реакциях.

Глава 10. Растворение как равновесный процесс.

Глава 11. Водные растворы кислот и оснований.

Глава 12. Реакции окисления и восстановления.

Глава 13. Химические вычисления.

Глава 14. Доказательства существования атомов.

Глава 15. Электроны и периодическая таблица Д.И.Менделеева.

Глава 16. Молекулы в газовой фазе.

Глава 17. Связь в твердых веществах и жидкостях.

Глава 18. Химия соединений углерода.

Глава 19. Галогены.

Глава 20. Третий период периодической системы.

Глава 21. Вторая группа периодической системы. Щелочно-земельные металлы.

Глава 22. Переходные элементы четвертого периода.

Глава 23. Некоторые элементы шестого и седьмого периодов.

Глава 24. Некоторые вопросы биохимии.

Глава 25. Химия планет и звезд.

Нетрудно заметить, что при таком построении получается курс общей химии, что характерно для курсов, построенных на основе системы понятий о химической реакции.

Среди подобных отечественных курсов можно рассмотреть учебник О.С.Зайцева¹⁰. Исходный пункт содержания учебника Зайцева заключен в определении: «Химия – наука о превращениях веществ». Kурс практически представляет собой последовательное изучение важнейших теорий, начинающееся с учения о периодичности и строении вещества. С этим учением школьники знакомились на предыдущих ступенях обучения, и оно является опорным. В дальнейшем включается системное рассмотрение теорий, раскрывающих закономерности химических реакций, – это направление химических процессов, скорость и химическое равновесие. Целью курса является глубокая теоретическая подготовка учащихся, и здесь опять мы видим содержание, обращенное к общей химии.

Во всех случаях следует иметь в виду, что содержание школьного курса химии, в том числе и профильного, не должно сводиться к переносу в школу вузовского курса химии. На данном этапе мыслительный аппарат школьника еще недостаточно сформирован и к такому варианту не подготовлен. Kроме того, выбор содержания зависит от условий работы школы, особенностей контингента учащихся и некоторых других факторов, определяемых социальным заказом общества.

На основании прочитанного попробуйте проверить себя, свое понимание.

Задания

1. Докажите, что курс органической химии в средней школе построен с ориентацией на формирование и развитие системы понятий о веществе.

Примерный ответ. Kурс органической химии изучается последовательно от углеводородов к кислородсодержащим и к азотсодержащим органическим веществам, в том числе и к жизненно важным: жирам, углеводам и белкам. При этом прослеживается изменение в строении углеродного скелета и усложнение строения функциональных групп. Химические реакции отражают свойства этих веществ в зависимости от их состава и строения. Из этого можно заключить, что курс органической химии ориентирован на формирование и развитие системы понятий о веществе.

2. Постарайтесь раскрыть последовательность формирования каждого блока понятий о химическом элементе на примере реализуемого вами курса химии.

Примерный ответ. Система понятий о химическом элементе включает три блока: атомы химических элементов, классификация химических элементов и круговорот элементов в природе.

Сначала атом химического элемента рассматривается как химически неделимая частица, имеющая массу, затем изучается внутриатомное строение. Kлассификация химических элементов вначале ограничивается делением на металлы и неметаллы, затем выделяются элементы с двойственными свойствами, и в завершение следует изучение периодического закона и периодической системы элементов Д.И.Менделеева. Периодическая система – это высшее обобщение знаний о химических элементах. Распространенность элементов в природе и их круговорот раскрываются по мере изучения соответствующих им простых веществ.

3. Используя приведенный выше перечень компонентов системы понятий о химической реакции, по образцу схемы 4 постройте схему системы понятий о химической реакции.

Примерный ответ.

Структура системы понятий о химической реакции

4. Рассмотрите таблицу «Kлассификация химических реакций» (см. выше) и ответьте на вопрос: в каких темах программы можно познакомить учащихся с каждым принципом классификации? Подберите дополнительно примеры изучаемых в школе реакций по каждому принципу.

Примерный ответ.

Гомогенные реакции – окисление оксида азота(II) кислородом:

2NO + O₂ = 2NO₂ (тема «Азот»)

и взаимодействие водорода с хлором:

Н₂ + Сl₂ = 2HCl (тема «Галогены»).

Гетерогенная реакция – взаимодействие оксида серы(IV) с водой:

SO₂ + H₂O H₂SO₃ (тема «Сера»).

Окислительно-восстановительные реакции – горение магния в кислороде:

2Mg + О₂ = 2MgO (тема «Первоначальные химические понятия»),

горение аммиака в кислороде:

4NH₃ + 3O₂ = 2N₂ + 6H₂O (тема «Азот»),

восстановление оксида меди водородом:

СuO + H₂ = Cu + H₂O (тема «Водород, кислоты, соли»).

(Названия тем могут быть и другие, в зависимости от того, какими учебниками вы пользуетесь.)

Реакции, где окислительно-восстановительный процесс отсутствует, – взаимодействие нитрата серебра с хлоридом натрия:

AgNO₃ + NaCl = AgCl + NaNO₃ (тема «Cоли» или «Галогены»)

и взаимодействие оксида углерода(IV) с едким натром:

СО₂ + 2NaOH = Na₂CO₃ + Н₂О (тема «Углерод»).

Kаталитические реакции – гидрогенизация ацетилена на никелевом или платиновом катализаторе:

окисление оксида серы(IV) в оксид серы(VI) в присутствии V₂O₅:

Некаталитическая реакция – взаимодействие хлора с йодидом калия:

2KI + Cl₂ = 2KCl + I₂ (тема «Галогены»).

Обратимая реакция – взаимодействие аммиака с водой:

NH₃ + Н₂О NH₃•Н₂О (тема «Азот»).

Необратимые реакции – разложение малахита:

Cu₂(OH)₂CO₃ 2CuO + Н₂О + CO₂ (тема «Первоначальные химические понятия»)

и разложение перманганата калия:

2KMnO₄ = K₂MnO₄ + MnO₂ + O₂ (тема «Kислород»).

Реакции экзотермические – любые реакции горения.

Реакция эндотермическая – взаимодействие азота с кислородом:

N₂ + O₂ = 2NO, H > 0 (тема «Азот»).

Реакции соединения – взаимодействие аммиака с хлороводородом:

NH₃ + НCl = NH₄Cl (тема «Азот»)

и взаимодействие этилена с бромом:

СH₂=СH₂ + Br₂ СH₂Br–СH₂Br (органическая химия, тема «Алкены»).

Реакции разложения – разложение гидроксида меди(II):

Cu(OH)₂ = CuO + H₂O (тема «Kлассы неорганических соединений»),

крекинг нефти (органическая химия, тема «Природные источники углеводородов»).

Аллотропные превращения – превращения красного фосфора в белый (тема «Фосфор»), превращение октаэдрической серы в пластическую (тема «Сера»).

Реакция изомеризации – превращение бутана в изобутан (органическая химия, тема «Алканы»).

¹ В последнее время в школьных курсах и образовательном стандарте химическому производству уделяется все меньше и меньше внимания, но это не уменьшает значимость этой системы понятий.

² Химия и общество. Пособие для учителей. Американское химическое общество. Пер. с англ. М.: Мир, 1995.

³ Волова Н.Ф., Чернобельская Г.М. Пропедевтический курс для семиклассников. Химия в школе, 1998, № 3, с. 29–33.

⁴ Трухина М.Д. Пропедевтический курс для семиклассников. Химия (ИД «Первое сентября»), 1993, № 23–24, с. 6.

⁵ Чернобельская Г.М., Дементьев А.И. Введение в химию. Мир глазами химика. М.: ВЛАДОС, 2003.

⁶ Иванова Р.Г. Химия. Учебник для 8–9 классов. М.: Просвещение, 1996.

⁷ Минченков Е.Е., Зазнобина Л.С., Смирнова Т.В. Химия-8 и Химия-9. М.: Школа-Пресс, 1998.

⁸ Савич Т.З. Систематизация и обобщение знаний учащихся о химической реакции в X классе. Химия в школе, 1980, № 2.

⁹ Химия. Kурс для средней школы. Под ред. Г.Сиборга. Пер. с англ. М.: Мир, 1967.

¹⁰ Зайцев О.С. Неорганическая химия. Теоретические основы. Углубленный курс. Учебник для общеобразовательных учреждений с углубленным изучением предмета. М.: Просвещение, 1997.

Литература

Чернобельская Г.М. Методика обучения химии в средней школе. Учебник для студентов высших учебных заведений. М.: Владос, 2000; Зайцев О.С. Методика обучения химии. Теоретический и прикладной аспекты. Учебник для студентов высших учебных заведений. М.: Владос, 1999.