ИЗ ОПЫТА РАБОТЫ |
Формирование понятия о воде на этапе основного общего образования
Изучение веществ является важнейшей задачей химической науки и предмета химии. Формирование понятия о веществе – одна из главных образовательных целей обучения химии в школе.
Самым распространенным веществом на Земле является вода. Это удивительное вещество, значение которого для появления и поддержания жизни на планете трудно переоценить. Знакомство с водой и водными растворами происходит у школьников и в обыденной жизни, и при изучении различных предметов. Однако наиболее полно знания о составе, строении, свойствах, получении и химических методах исследования воды формируются в курсе химии, на протяжении всего периода ее изучения. Таким образом, процесс формирования понятия о воде является сквозным, длительным и происходит в несколько этапов.
Статья подготовлена при поддержке проекта «REALTY.RU». Если вы решили приобрести недвижимость, но не знаете куда обратиться, то оптимальным решением станет посетить проект «REALTY.RU». Перейдя по ссылке: «новостройки метро красные ворота», вы сможете, не отходя от экрана монитора, быстро найти варианты квартир в новостройках. Более подробную информацию о ценах и акциях действующих на данный момент вы сможете найти на сайте www.realty.ru.
Важнейшим условием того, что химическая составляющая знаний о воде на конечных этапах изучения химии будет сформирована на должном уровне, является разработка соответствующей методики. Для ее создания необходимо, прежде всего, проанализировать содержание учебников и проследить последовательность появления информации о воде, выявить уровни раскрытия материала и объем сведений, определить структуру этого важнейшего понятия и его постепенное развитие. Важно выявить связи не только внутри понятия «вода», но и с другими понятиями, межпредметные связи. Методы обучения следует подбирать адекватно содержанию.
У учителей города Смоленска и Смоленской области наиболее популярным является учебно-методический комплект О.С.Габриеляна. Проанализируем, как происходит раскрытие понятия о воде в его учебниках.
Значительный объем знаний школьники получают уже на первом году обучения предмету. Прямая или косвенная информация о воде содержится в большинстве параграфов учебника для 8-го класса. Уже с первых страниц учащиеся узнают, что «…два атома водорода, соединяясь с одним атомом кислорода, образуют хорошо известное вам вещество – воду». Таким образом вводится понятие о химическом составе воды на уровне атомно-молекулярного учения.
Именно с примера составления химической формулы «самого распространенного вещества на Земле» школьникам объясняют отображение состава вещества с помощью химических знаков и индексов. Также на примере воды делается первый количественный расчет в курсе химии – расчет относительной молекулярной массы (§ 5).
На более глубоком уровне – строение атомов – учащиеся получают информацию о том, что бывает не только легкая, но и тяжелая дейтериевая вода D2О (§ 7). С позиций электронных представлений показывается схема образования ковалентной полярной химической связи, которая реализуется в молекулах воды (§ 11). Упоминается, что в виде льда вода имеет молекулярную кристаллическую решетку (§ 22). Неоднократно в учебнике приводятся изображения различных моделей молекул воды (шаростержневые, масштабные, структурные и графические формулы, условные в виде диполя). Таким образом, блок знаний о составе и строении воды представлен довольно полно.
На примере воды показываются количественные зависимости в химии: между количеством вещества, массой и молярной массой; между количеством вещества, числом молекул и числом Авогадро (§ 15).
При раскрытии вопроса классификации веществ с точки зрения их состава отмечается, что вода является представителем двух групп соединений – оксидов и летучих водородных соединений (§ 18).
В учебнике постоянно подчеркивается, что вода является универсальным растворителем для многих веществ, что природная вода содержит различные примеси. По отношению к воде кислоты, основания и соли делятся на растворимые и нерастворимые. Школьников знакомят с таблицей растворимости различных веществ в воде и учат пользоваться ею.
Неоднократно в тексте учебника проходит информация о воде в природе: ее значении, распространении, составе и свойствах, загрязнении и необходимости охраны. В «концентрированном виде» эти знания раскрываются в параграфах, посвященных чистым веществам и смесям, массовой доле компонентов в растворе, физическим явлениям (§§ 23–25). Суммируя информацию учебника о природной воде, можно представить систему знаний в виде определенной структуры (cхема 1, см. с. 36). Все элементы этой системы взаимосвязаны и в процессе изучения должны быть рассмотрены в единстве.
Схема 1
Система знаний школьников о воде в природе
Учитывая огромную важность и межпредметный характер информации, на основе предложенной схемы можно рекомендовать провести обобщающий урок. Формы его проведения могут быть разнообразными. Это может быть урок–деловая игра с распределением ролей: экологи, аналитики, биологи, технологи, корреспонденты и др. Это может быть и общественный смотр знаний по теме с решением разнообразных задач, упражнений, выполнением эксперимента. Это может быть урок-конференция с представлением группами учащихся своих материалов по той или иной проблеме. Также может быть организована исследовательская деятельность школьников в виде работы над проектом, например, по определению эффективности работы бытовых фильтров, мониторингу природных водоемов и т.п.
Блок знаний о химических свойствах воды формируется постепенно. Накопление информации начинается с того, что еще до изучения уравнений химических реакций, т.е. на описательном уровне, школьникам сообщается о том, что негашеная известь «энергично взаимодействует с водой («гасится» ею), образуя при этом гашеную известь» (§ 18). Первые уравнения реакций с участием молекул воды приводятся в качестве иллюстраций реакций соединения (§ 30). Далее в отдельном параграфе на примере свойств воды закрепляются знания о первой изучаемой в школе классификации химических реакций – по числу и составу исходных веществ и продуктов реакций (§ 33).
Также постепенно увеличивается число примеров уравнений реакций, в результате которых образуется вода. Однако эта информация довольно разрозненная, и систематизация ее нигде не происходит.
В химическом практикуме, который выполняют школьники, предусмотрена и работа с водой: исследование органолептических показателей качества воды и приготовление раствора сахара с последующим расчетом его массовой доли.
Качественный скачок в знаниях школьников относительно роли воды как растворителя для многих веществ происходит при изучении теории электролитической диссоциации (ТЭД). Они узнают о том, что по отношению к воде вещества могут быть электролитами и неэлектролитами, что причиной диссоциации является гидратация (взаимодействие электролита с молекулами воды), а результатом диссоциации является образование гидратированных ионов (§§ 34–37).
Завершается курс химии 8-го класса окислительно-восстановительными процессами (приводятся различные примеры уравнений реакций, однако вода в них нигде не фигурирует.) Однако следует добавить, что ранее рассмотренные химические реакции с участием воды могут быть как окислительно-восстановительными реакциями (ОВР), так и не относиться к таковым.
Cтруктуру системы знаний учащихся о понятии «вода» – одном из ведущих понятий в курсе химии за 8-й класс – можно представить следующим образом (схема 2, см. с. 38). Для формирования целостных представлений и функциональных, действенных знаний надо постоянно учитывать системные свойства содержания и при изучении обеспечивать развитие каждого элемента этой системы, организовывать уроки обобщения и систематизации знаний. Без таких уроков не может быть успешно завершен процесс усвоения учащимися учебного материала. Такие уроки не только венчают определенные этапы формирования понятий, но и позволяют создать целостное видение некоторой группы изучаемых объектов. Обобщение позволяет связать воедино материал различных уроков, целые разделы предмета, установить связи между предметами, поднять на новый более высокий уровень мышление школьников.
Обобщению в обучении уделяется большое внимание. От простого повторения оно отличается рядом существенных признаков. Обобщение (от лат. generalisatio) основывается на выделении существенных связей между явлениями внешнего мира, свидетельствующих об их генетическом родстве. Это форма приращения знания путем мысленного перехода от частного к общему, от общего к более общему. Получение обобщенного знания означает более глубокое проникновение в сущность действительности. В результате обобщения происходит переход на более высокую ступень абстракции в результате выявления общих признаков, свойств, отношений между предметами рассматриваемой области. Обобщение тесно связано с систематизацией, которая предполагает сведение отдельных элементов в иерархиезированное единство в функциональных целях на основе существующих между ними связей. Каждый компонент системы, в свою очередь, может рассматриваться как самостоятельная система, а исследуемая система сама является элементом более широкой системы.
Таким образом, уроки обобщения и систематизации знаний прежде всего предполагают: выделение наиболее общих, существенных понятий, законов и закономерностей, основных теорий и ведущих идей; установление причинно-следственных, генетических и иных связей и отношений между понятиями, явлениями и процессами, усвоение широких категорий понятий и их систем.
Организуя обобщение, особо следует выделить блок, посвященный химическим свойствам воды. Еще раз нужно подчеркнуть, что «вода – не только самое важное вещество на Земле, но и многоликое соединение, обладающее разнообразными химическими свойствами» (см. учебник О.С.Габриеляна «Химия. 8 класс», с. 172). Не следует увлекаться подбором многочисленных новых примеров уравнений реакций. Повторение можно начать с классификации химических свойств воды по типам реакций на основе числа и состава реагирующих и образующихся веществ. Эти же процессы затем следует рассмотреть с позиций изменения степеней окисления элементов.
Образец итоговой записи в тетрадях учеников может быть следующим.
Химические свойства воды 1. Реакция разложения: 2. Реакции соединения: а) основный оксид + вода —> щелочь, СаО + Н2О = Са(ОН)2; б) кислотный оксид + вода —> кислота, Р2О5 + 3Н2О = 2Н3РО4; 3. Реакции замещения: 4. Реакции обмена (гидролиз): Al2S3 + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2S. 5. Другие реакции (фотосинтез): 6СО2 + 6Н2О = С6Н12О6 + 6О2 (ОВР). |
Информация о химических процессах, в результате которых происходит образование воды, на обобщающем уроке систематизируется впервые. Уже знакомые школьникам химические реакции, где вода является продуктом взаимодействия, можно объединить в несколько групп. Структурирование информации может быть таким.
Вода (Н2О) – продукт реакций 1. Синтез из простых веществ: 2Н2 + О2 = 2Н2О. 2. Горение органических веществ: 2С2Н6 + 7О2 = 4СО2 + 6Н2О + Q. 3. Реакции нейтрализации: НСl + NаОН = NаСl + Н2О, Н+ + ОН– = Н2О. 4. Кислота + основный оксид —> соль + вода, H2SO4 + СuO = СuSO4 + Н2О, 2Н+ + СuO = Сu2+ + Н2О. 5. Щелочь + кислотный оксид —> соль + вода, 2KОН + SO2 = K2SO3 + Н2О, 2ОН– + SO2 = + Н2О. 6. Разложение некоторых сложных веществ: а) нерастворимых оснований Сu(OH)2 CuO + Н2О; б) некоторых кислот H2SO3 SO2 + Н2О. 7. Другие примеры: 2Н2О2 = 2Н2О + О2. |
Помимо обобщения различных сведений собственно о воде, на основе системы знаний учащихся о воде (см. схему 2) легко можно организовать и повторение различных общетеоретических вопросов изученного курса химии. (Теоретические основы, на которых базируется изложение материала о воде, либо которые прямо или косвенно затрагиваются при этом, выделены на схеме 2.)
Схема 2
Система знаний учащихся о воде за 8 класс
В методике изучения химии утверждается, что важнейшей идеей всего курса является раскрытие зависимости свойств веществ от их состава и строения. Это утверждение относится и к воде. Обобщающие уроки на основе предложенной схемы позволяют под новым углом зрения осветить хорошо известные школьникам факты. Например, полярность молекул воды хорошо объясняет ее способность растворять другие полярные соединения; молекулярная кристаллическая решетка определяет большинство физических свойств воды; способность воды вступать в окислительно-восстановительные реакции обусловлена определенными степенями окисления элементов водорода и кислорода в ее составе, и т.д.
Следует подчеркнуть, что именно на первом году обучения химии формируются основные блоки знаний о воде и растворах. По мере изучения предмета постепенно расширяется объем понятия и увеличивается его глубина в соответствии с раскрываемыми общетеоретическими уровнями. Поэтому необычайно актуальным является организация периодического и итогового обобщения знаний о хорошо известном и распространенном веществе – воде.
Особенностью изучения курса химии 9-го класса является то, что в нем рассматривается богатый фактический материал химии элементов и их соединений. Практически все теоретические концепции были изучены на первом году обучения химии. Поэтому дальнейшее развитие понятия о воде происходит с позиций электронных представлений, периодического закона и поведения веществ в растворах. Знания о воде излагаются фрагментарно, в контексте рассмотрения других вопросов. Поскольку основная структура и блоки информации для этого понятия определились на предыдущем году обучения, теперь происходит их развитие в сторону увеличения объема содержания, расширения числа примеров, уточнения некоторых особенностей. Главным образом расширяется блок знаний о химических свойствах воды.
Характеристика общих химических свойств металлов и их отдельных групп приводит к расширению числа примеров металлов, вступающих с водой в химическое взаимодействие. Уточняется характер этого взаимодействия. Отмечается, что в соответствии с положением металлов в периодической системе в подгруппе щелочных и щелочно-земельных металлов скорость их взаимодействия с водой увеличивается сверху вниз. Помимо таких активных металлов, реагирующих с водой при обычных условиях с образованием щелочей, менее активные металлы (например, железо) в более жестких условиях (при нагревании) также способны вытеснять из воды водород.
К блоку химических свойств воды добавляется новое свойство: ее способность, как и способность некоторых других веществ или их смесей, вызывать коррозию металлов и сплавов.
Описание химических свойств галогенов сопровождается весьма важным указанием на то, что фтор взаимодействует с водой, вытесняя из нее кислород. Вода при этом выступает в непривычной для себя роли восстановителя.
Также в этом учебнике впервые приводится уравнение реакции электролиза водного раствора хлорида натрия. Анализ уравнения показывает, что участником этого окислительно-восстановительного процесса являются молекулы воды.
На химической основе раскрывается понятие жесткости воды, выделяются ее разновидности (временная, постоянная) и приводятся примеры способов ее устранения (кипячение и добавление соды).
К приемам хлорирования воды для ее обеззараживания добавляются приемы озонирования и добавления иных соединений хлора.
В заключительном разделе учебника, посвященном знакомству школьников с органическими веществами, появляются новые термины: гидратация и дегидратация, приводятся примеры уравнений реакций (с этиленом и этиловым спиртом соответственно). Указывается, что вода является побочным продуктом в реакциях поликонденсации и этерификации. Понятие гидролиза, введенное на предыдущем году обучения, дополняется новыми примерами из области органической химии. На описательном уровне отмечается, что реакциям гидролиза подвергаются ди- и полисахариды.
Таким образом, систему знаний школьников о свойствах воды, которая должна быть сформирована к концу изучения химии в 9-м классе, можно представить в виде следующей структуры (схема 3).
Схема 3
Система знаний учащихся о воде за 9 класс
Как видно из вышеизложенного, понятия школьного курса химии не остаются неизменными: постепенное движение по ступеням познания характеризуется их развитием и совершенствованием.
Вычленение существенных признаков и установление структуры понятия о воде, выявление объема и глубины приращения знаний, последовательности раскрытия отдельных элементов знания и установление связей между ними являются необходимыми условиями успешного формирования этого важнейшего понятия.
Л и т е р а т у р а
Садовский В.Н. Проблемы философского обоснования системных исследований. В сб.: Системные исследования: Методологические проблемы. М.: Наука, 1984, с. 32–51; Горский Д.П., Ивин А.А., Никифоров А.Л. Краткий словарь по логике. М.: Просвещение, 1991; Габриелян О.С. Химия. 8 класс. Учебник для общеобразовательных учреждений. М.: Дрофа, 2005; Габриелян О.С. Химия. 9 класс. Учебник для общеобразовательных учреждений. М.: Дрофа, 2006.