Проблемно-поисковая
(исследовательская) технология
в обучении химии

Каждый школьник за годы учебы посещает почти 10 тыс. уроков, которые составляют 98% учебного времени. В последние годы обнаруживается снижение интереса школьников к изучению предмета химии. Если дети равнодушны к предмету, учеба становится тяжелой повинностью. Поэтому учителю необходимо решить вопросы: как учить с увлечением, как сделать радостным и творческим процесс познания?

Анализируя результаты своей педагогической деятельности, я пришла к выводу о необходимости планирования уроков так, чтобы обеспечить познавательную активность и самостоятельность учащихся при изучении химии. Чем больше учебно-познавательных действий и операций выполнено учащимися за урок и чем более они рациональны и целесообразны, тем выше интенсивность учебного труда. Поэтому я считаю, что использование именно проблемно-поисковой технологии в обучении химии поможет достичь роста познавательной активности школьников.

Проблемное обучение позволяет создать условия для изменения позиции ученика из пассивной (как объекта обучения) в активную (как субъекта обучения). Проблемно-поисковый подход в обучении – это создание особого пространства учебной деятельности, в которой ученик совершает субъективное открытие закона, явления, закономерности; осваивает способ познания и механизм обретения новых знаний о действительности.

Проблемное обучение – система методов и средств, обеспечивающих возможности творческого участия школьников в процессе освоения новых знаний, формирование познавательных интересов и творческого мышления. Средством управления мышлением становятся проблемные вопросы, которые указывают на существо учебной проблемы и на область поиска неизвестного знания. Модель организации учебного процесса при проблемно-поисковом подходе называется «обучением через открытие».

Технологические приемы организации учебного процесса:

• создать в пространстве деятельности ученика значимую для него познавательную проблемную ситуацию;

• вычленить противоречия в исследуемом объекте и довести их до осознания ученика (он должен осознать эти противоречия как проблему);

• сформулировать задачи творческого типа, вытекающие из этой проблемы.

Результативность применения проблемного подхода в учебном процессе можно оценить с помощью критериев:

1) наличие положительного мотива к деятельности в проблемной ситуации («хочу разобраться, хочу попробовать свои силы, хочу убедиться – смогу ли я разрешить проблему»);

2) наличие положительных изменений в эмоционально-волевой сфере («испытываю радость, удовольствие от деятельности, мне это интересно»);

3) переживание учеником субъективного открытия («я сам получил этот результат, я сам справился с этой проблемой, я вывел закон»);

4) отношение к новому знанию как к личностной ценности («мне это очень нужно, мне важно научиться решать эти проблемы, эти знания мне пригодятся в жизни»);

5) овладение обобщенным способом решения проблемных ситуаций: анализом фактов, выдвижением гипотез, проверкой их правильности, получением результата деятельности.

Ключевыми понятиями проблемно-поискового подхода являются: проблемная ситуация, учебная проблема, творческая задача.

Проблемная ситуация в учебном процессе побуждает ученика искать способ объяснения или действия. Она содержит три главных компонента:

• потребность учащегося в новом знании или способе действия («хочу узнать ..., научиться ...»);

• неизвестное знание, которое учащийся должен освоить (по проекту педагогических целей урока);

• известные знания и сформированные умения («могу сам, без педагога»), усвоенные в ходе предшествующей учебы.

Проблемная ситуация создается формулированием вопросов, задач, заданий поискового характера. Выявление противоречивости в проблемном задании приводит к переживанию учеником состояния интеллектуального затруднения и осознания недостаточности ранее усвоенных знаний. У школьников возникает субъективная потребность в новых знаниях.

Осознав недостаточность ранее усвоенных знаний и пережив состояние интеллектуального затруднения, ученик строит предварительные гипотезы относительно способа разрешения проблемной ситуации. Проверка гипотез приводит учащихся к тому, что проблемная ситуация для ученика становится задачей продуктивного типа либо превращается в репродуктивную задачу, которую необходимо решить путем преобразования определенных условий.

Организация на уроке проблемно-поисковой деятельности учащихся усиливает познавательный интерес, способствует получению более глубоких знаний, развивает умение творчески мыслить. Уроки становятся эмоционально насыщенными и практически значимыми.

Так, например, применение проблемно-поисковой (исследовательской) технологии для организации учебной деятельности школьников при изучении темы «Металлы» имеет большую значимость, т.к. материал по данной теме в школьных учебниках не содержит ответов на многие вопросы, которые могут возникнуть у учащихся.

Урок-исследование
«Химические свойства металлов и их соединений»

Урок-исследование проводится в 11-м классе по программе О.С.Габриеляна (профильный уровень) после изучения металлов в теме 4 «Вещества и их свойства». Урок является результатом усвоенных знаний по теме «Металлы», имеет связь с ранее изученными темами («Свойства основных классов соединений», «Гидролиз солей», «Окислительно-восстановительные реакции», «Металлы главных подгрупп», «Переходные металлы») и построен на основе теории проблемного обучения. Данный урок может быть проведен в классе, где учащиеся обладают высоким уровнем развития и сформированности учебных умений и навыков. Это позволяет провести урок в режиме самостоятельного поиска знаний. Форма организации работы в классе на основной части урока – групповая, группы созданы с учетом индивидуальных психологических особенностей и уровня умственного развития каждого учащегося.

Цели урока. Научить учащихся самостоятельно добывать знания в ходе исследования и раскрывать особенности протекания химических реакций, определять проблемную ситуацию, находить пути ее решения, систематизировать и обобщать изученный материал; развивать умение прогнозировать, сравнивать, выделять главное, анализировать.

Форма организации занятий: урок-исследование.

ХОД УРОКА

Ориентировочно-мотивационный этап

Учитель ставит перед учащимися познавательные задачи для уточнения содержания основных понятий. Вопросы предполагают межпредметную связь с физикой, биологией и внутрипредметную связь между основными темами. Фронтальная работа учащихся класса репродуктивного и частично-поискового характера готовит учащихся к активной учебно-познавательной деятельности.

Вопрос 1. Почему в земной коре не могут встречаться в свободном состоянии щелочные металлы, их оксиды и гидроксиды?

На этот вопрос учитель ожидает получения однозначного ответа о высокой реакционной способности щелочных металлов, взаимодействии с водой и химических свойствах их соединений. Учащиеся на основании положения щелочных металлов в периодической системе химических элементов делают вывод об их активности и высокой скорости протекания реакции с водой, а также о взаимодействии оксида и гидроксида щелочного металла с кислотными оксидами и кислотами. Учащиеся делают вывод о нахождении щелочных металлов в земной коре только в виде солей.

Вопрос 2. Смесь двух металлов второй группы главной подгруппы растворили в воде. Один из металлов в воде не растворился. Элементы, образующие эти металлы, называют «элементами жизни». Какие это металлы?

Ответ на данный вопрос предполагает сравнение активности металлов (магния и кальция), а также их соединений. Если учащиеся не отвечают на поставленный вопрос, то еще раз уточняется условие взаимодействия металла с водой (металл реагирует с водой, образуя растворимое основание и водород).

Учитывая, что кальций при обычных условиях взаимодействует с водой с образованием малорастворимого гидроксида, а магний с холодной водой не реагирует, учащиеся приходят к выводу, что в воде не растворился магний.

Вопрос 3. Новый цинковый бак, в котором приготовили раствор медного купороса для опрыскивания растений, вскоре прохудился. Объясните причину разрушения стенок бака.

Вопрос 4. Для тепловозов, имеющих двигатели с чугунными и стальными блоками, в системе охлаждения используется вода с рН = 1112, а для дизельных поездов, имеющих двигатели с алюминиевыми блоками, вода с рН = = 78. Чем это вызвано?

Вопрос 5. Почему алюминиевую посуду нельзя мыть содой?

При поиске ответов на последние три вопроса учащимся необходимо найти решение путем выявления противоречия в содержании. Для наглядности и лучшего понимания вопросы иллюстрированы схемами-рисунками. При ответе на 3-й вопрос учащиеся сравнивают активность металлов в электрохимическом ряду напряжений и делают вывод о протекании реакции замещения более активным металлом (Zn) менее активного (Cu) в растворимой соли, вследствие чего происходит разрушение стенок бака.

При ответе на 4-й вопрос необходимо учесть наличие разной среды растворов, а также проявление отдельными металлами свойств амфотерности. При затруднении ответа на этот вопрос учитель обращает внимание учащихся на стенд, на котором изображена шкала значений рН и ее соответствие среде раствора. Анализируя значения рН, учащиеся делают вывод о невозможности нахождения алюминия в щелочной среде раствора, т.к. в этом случае будет протекать его взаимодействие со щелочью.

Ответ на 5-й вопрос вытекает из предыдущего ответа. Учитывая, что алюминий и его соединения (оксидная пленка на поверхности металла) проявляют амфотерные свойства, а среда раствора соды щелочная (устанавливают при рассмотрении реакции гидролиза), учащиеся делают вывод, что алюминиевую посуду мыть содой нельзя.

Вопрос 6. Какие из предложенных солей подвергаются гидролизу: хлорид натрия, хлорид магния, карбонат калия? Определите среду раствора соли.

Данный вопрос направлен на идентификацию среды раствора, образованной в результате гидролиза соли. Учащиеся демонстрируют знания процесса гидролиза и объясняют образование среды раствора солей.

Проблемно-поисковый этап

Учитель.

Должны мы на уроке истину установить,
При этом формулы, законы не забыть.
Эксперимент сначала проведем,
Подумаем, помыслим и теорию учтем.
Дерзая, споря, новое откроем
И постепенно нужное усвоим.

Учитель сообщает, что необходимо провести исследование, предоставляется возможность самостоятельного приобретения знаний. Ученики класса разбиты на творческие группы, каждая из которых получает задание и необходимые реактивы для проведения эксперимента. Учащиеся, получив задание, осмысливают содержание и последовательность его выполнения. В исследовании каждой из групп учителем созданы проблемные ситуации: противоречия теоретического материала и практически полученного в эксперименте результата. Ученики в процессе работы заполняют протокол исследования (табл.).

Таблица

Протокол исследования

 

Р а б о т а  1-й  г р у п п ы

Цель исследования. Изучение протекания химических реакций при взаимодействии щелочных металлов с растворами солей.

Опыт 1. В растворы хлоридов магния и железа осторожно помещают кусочек лития. Наблюдения заносят в протокол (бурно выделяется газ, выпадают осадки белого и бурого цвета).

Опыт 2. В раствор хлорида меди(II) помещают кусочек лития. Заносят наблюдения в протокол (выпадает осадок черного цвета).

Учащиеся предполагают (ошибочно) вытеснение активным металлом более слабого металла из его соли. Но практически проведенный эксперимент свидетельствует о выделении газа и выпадении осадка. Учащиеся формулируют проблемный вопрос, выдвигают гипотезы для его решения и доказывают их. Если выдвижение гипотезы о протекании реакции вызвало затруднение, то учитель обращает внимание учащихся на цвет осадков, их соответствие определенным соединениям и способам получения. При дальнейшем затруднении учащимся напоминают, что щелочной металл попадает в раствор, поэтому и происходит выделение газа. Согласно доказанному в 1-м опыте алгоритму взаимодействия щелочного металла с раствором соли, во 2-м опыте должен образоваться осадок гидроксида меди(II) синего цвета. Вновь создана ситуация противоречия, в которой учащиеся находят решение. Обобщают полученные результаты, формулируют выводы, конструируют алгоритм протекания химической реакции.

 

Щелочной металл + раствор соли?

1) М + H₂O —> MOH + H₂;

2) MOH + растворимая соль —> другая соль + другое основание.

 

При взаимодействии щелочных металлов с растворами солей протекают реакции:

1) взаимодействие щелочного металла и воды с образованием щелочи и водорода;

2) взаимодействие щелочи и раствора соли с образованием другой соли и другого основания.

К предложенному алгоритму во 2-м опыте добавится реакция разложения нерастворимого основания.

Р а б о т а  2-й  г р у п п ы

Цель исследования. Изучить взаимодействие щелочно-земельных металлов с растворами солей.

Опыт 1. В раствор хлорида алюминия поместите небольшое количество магния. В результате проведенного эксперимента происходит растворение магния, которое сопровождается бурным выделением бесцветного газа. Наблюдения учащиеся заносят в протокол.

Опыт 2. В раствор хлорида магния поместите небольшое количество магния. Учащиеся записывают наблюдения в протокол исследования (растворение магния в растворе своей соли и выделение газа).

На первом этапе урока при поиске ответа на 2-й вопрос учащиеся теоретически доказали нерастворимость магния в воде. Учителем создана ситуация противоречия теории и практики. Согласно теории протекает вытеснение активным металлом более слабого из раствора его соли с образованием металлического осадка. Проведенный эксперимент свидетельствует о растворении магния и бурном выделении газа. Если выдвижение гипотезы учащимися вызывает затруднение, то учитель обращает внимание на способность солей подвергаться гидролизу. Активные действия с объектом изучения приводят учащихся к выявлению характера противоречия теории и практики, они формулируют проблему и выдвигают гипотезы для ее решения. Обобщают полученные результаты и формулируют выводы.

 

Металл + раствор соли?

1) М + H₂O реакция не протекает;

2) растворимая соль + H₂O —> гидролиз;

3) М + кислота (среда раствора соли) —> соль + H₂.

 

Взаимодействие магния с растворами солей подчиняется алгоритму:

1) растворимые соли, образованные слабым основанием и сильной кислотой, подвергаются гидролизу по катиону с образованием кислой среды;

2) кислота, полученная в результате гидролиза соли, действует на металл, образуя соль и водород.

Р а б о т а  3-й  г р у п п ы

Цель исследования. Изучить протекание химических реакций при действии алюминия на растворы солей.

Опыт 1. В раствор карбоната натрия опустите гранулу алюминия. Наблюдения учащиеся заносят в протокол (выпадение белого осадка и выделение газа).

Опыт 2. В раствор хлорида меди(II) поместите гранулу алюминия. В результате эксперимента выделяется бесцветный газ и большой объем порошкообразной меди на поверхности алюминия.

Опыт 3. В раствор нитрата меди(II) поместите гранулу алюминия. Учащиеся фиксируют отсутствие видимых признаков реакции.

Данное исследование предполагает выяснение учащимися противоречия в образовании различных продуктов реакций в результате взаимодействия алюминия с солями и способности растворения оксидной пленки в различной среде раствора. При затруднении выдвижения учащимися гипотезы учитель обращает их внимание на природу соли и возможность протекания гидролиза. Учащиеся совершенствуют исследовательские навыки, обобщают полученные результаты проведенного эксперимента, выдвигают гипотезы растворения оксидной пленки алюминия в различных средах растворов солей и взаимодействия металла в данных условиях.

Учащиеся формулируют выводы и конструируют алгоритм взаимодействия алюминия с растворами солей:

1) гидролиз солей, образованных слабым основанием или слабой кислотой, с образованием кислой или щелочной среды;

2) оксидная пленка на поверхности алюминия растворяется (щелочью или соляной кислотой) в среде, образованной в результате гидролиза соли (азотной кислотой пленка на поверхности алюминия не разрушается);

3) взаимодействие алюминия с водой и средой раствора соли.

Р а б о т а  4-й  г р у п п ы

Цель исследования. Изучить протекание химических реакций при действии металлов побочных подгрупп на растворы солей.

Опыт 1. В раствор сульфата меди(II) опустите железные стружки. Учащиеся группы фиксируют выделение меди на поверхности железа.

Опыт 2. В раствор хлорида железа(III) поместите небольшое количество меди. В результате эксперимента происходит растворение меди.

Опыт 3. В раствор нитрата железа(III) поместите небольшое количество серебра. В результате эксперимента происходит растворение серебра.

Результаты 1-го опыта подтверждают вытеснение активным металлом более слабого из раствора его соли. Результаты 2-го и 3-го опытов свидетельствуют о протекании реакции между слабым металлом и раствором соли. Учащиеся группы должны выявить противоречие проведенных опытов и найти решение в создавшейся ситуации. При затруднении учащихся в выдвижении гипотез учитель обращает их внимание на способность железа иметь различные степени окисления. Проведя качественный анализ продуктов реакции, учащиеся выдвигают гипотезу, проверяют ее истину.

 

1) M (сильнее) + растворимая соль —> другая соль + другой М;

2) M (слабее) + растворимая соль —> другая соль + другая соль
(реакция возможна, если —> или —> ).

 

Учащиеся формулируют выводы:

1) более активный металл вытесняет менее активный из раствора его соли с образованием другого металла и другой соли;

2) взаимодействие менее активного металла с раствором соли возможно, если металл в соли восстанавливается до промежуточной степени окисления.

Этап рефлексии (презентация полученных результатов)

Учащиеся докладывают о достижении поставленных целей, обмениваются с другими учащимися результатами выполненного исследования, развивая тем самым умения публичного выступления.

Отчет групп учащихся поддерживается мультимедийной презентацией проведенного исследования. Учитель подводит итоги урока. Результатом данного урока является наличие положительного мотива к исследовательской деятельности. Учащиеся пробовали свои силы в решении проблемных вопросов и убедились, что могут их решить. Успешное достижение целей учащимися открывает перспективу для их исследовательской работы в научном обществе учащихся.

Л и т е р а т у р а

Махмутов М.И. Проблемное обучение: основные вопросы теории. М.: Педагогика, 1975; Махмутов М.И. Организация проблемного обучения в школе. Книга для учителей. М.: Просвещение, 1977; Психологический словарь. Под ред. В.В.Давыдова. М.: Педагогика, 1983; Фридман Л.М., Маху В.И. Проблемная организация учебного процесса. Методическая разработка. М.: АПН СССР, 1990; Кудрявцев В.Т. Проблемное обучение: истоки, сущность, перспективы. М.: Знание, 1991; Сиденко А.С. Технологизация опыта, возможна ли она? Народное образование, 1999, № 1, 2; Хуторской А.В. Технология эвристического обучения. Школьные технологии, 1998, № 4.

Е.И.АНДРЕЙЧЕНКО,
учитель химии средней школы № 8
(г. Выкса, Нижегородская обл.)