Л.М.КУЗНЕЦОВА

Основы новой технологии
обучения химии

Продолжение. Начало см. в № 4, 6/2009

Учебно-познавательная деятельность
учащихся при обучении

Проблема качества подготовки школьников по химии в последнее десятилетие обострилась. В то время, когда перед обществом стоит задача внедрения нанотехнологий, уровень обучения по химии снизился до недопустимых пределов. Об этом свидетельствуют ошибки абитуриентов на вступительных экзаменах. В них проявляется тенденция перестановки химических знаков в уравнениях реакции без понимания существа учебного предмета. Подавляющее большинство ошибок бессмысленны и говорят о полном непонимании химии. Например:

Не будем тешить себя надеждой, что приведенные примеры – отдельные случаи, что таких абитуриентов мы не принимаем в вузы. На самом деле это явление массовое. И эти абитуриенты попадают в вуз. Указанные ошибки встречаются в каждой работе, наряду с грамотно написанными уравнениями. Это свидетельствует, что у выпускника школы работает только механическая память: что помнил – написал, что не помнил – сочинил без всяких законов и понятий.

В беседах с выпускниками школ и абитуриентами выясняется, что у них не сформированы химические понятия. Даже если выпускники действуют правильно, то порой не понимают смысла своих действий. Не понимают сущности решения задач, не понимают, что кроется за электронными конфигурациями атомов, хотя успешно их составляют, не понимают электронных формул молекул, сущности электронного баланса и действий с ним и многого другого, уж не говоря о том, что для них просто нет реального смысла в химических формулах и уравнениях. Если попросить объяснить смысл действий, то выпускник сделать этого не может. Вместо объяснения отвечает: «Нас так учили».

Еще В.Н.Верховский говорил, что химия в школе превратилась в меловую, подчеркивая формальный подход к изучению предмета. С тех пор прошло восемь десятилетий, но формализм, начетнические методы преподавания только усилились.

Как Верховский, так и его последователи – советские ученые-методисты Л.А.Цветков, В.С.Полосин, Ю.В.Ходаков и многие другие – выдвигали положение: химический эксперимент должен быть основополагающим в учебном процессе. Он является основой изучения химии и противостоит «меловой химии», формированию формальных знаний. В советский период школьные кабинеты регулярно снабжались химическими реактивами, тем самым создавались условия для выполнения данного положения. Однако формализм знаний школьников не уменьшился. Это свидетельствует о том, что одного только усиления роли химического эксперимента мало.

В самом деле, наблюдения за опытами на макроуровне не дают возможности понять происходящее на микроуровне. Своеобразие науки химии заключается в том, что ее сущность недоступна непосредственному взгляду. Нельзя понять химический эксперимент без интерпретации происходящего между атомами и молекулами. Сущность химических процессов лежит исключительно в микромире. В химии нет наглядных процессов, как, например, в физике или биологии.

В подтверждение вспомним неудачу австрийских химиков Л.Пебаля и А.Фрейнда, изучавших действие цинкметила на фосген (см. Химия, 2009, № 6). Они наблюдали ход опыта, но не сумели понять его. Как мы уже упоминали, опыт использовал А.М.Бутлеров для получения изомера бутилового спирта. Он понял, что молекула фосгена в этой реакции сначала превращается в молекулу ацетона путем замещения атомов хлора на метильные группы. Затем образуется молекула металлорганического соединения, в которой атом кислорода присоединяет остаток цинкметила, а атом углерода – другой метил. Наконец под воздействием воды группа Zn(CH₃) замещается на атом водорода, и образуется изобутиловый спирт.

Для понимания всего процесса Бутлерову понадобились представления (мысленные образы) молекул, состоящих из определенных атомов и групп атомов. Мысленные образы микрообъектов являются важным звеном для понимания состава и строения веществ, сущности реакций, в которые эти вещества вступают.

Вспомним еще один пример. Ф.Крик и Д.Уотсон, установившие структуру ДНК, использовали рентгеноструктурный метод исследования. Но рентгенограмма не может непосредственно показать исследуемую структуру. Ее требуется расшифровывать. Без мысленных образов атомов и фрагментов молекулы ДНК, без создания материальной модели всей молекулы такая расшифровка не могла быть осуществлена.

Исторический процесс становления науки химии показывает, с помощью какой деятельности человеческое мышление проникает в сущность невидимого мира. Создание мысленных образов микромира, деятельность с материальными моделями является неотъемлемой частью методов познания химической природы.

Общий процесс познания зависит от физиологии и биохимии мыслительных процессов. Мозг устроен принципиально единообразно у каждого человека, так же как рука у каждого имеет принципиально одинаковое строение, или принципиально одинаковы у каждого человека другие органы. Различия наблюдаются лишь в мелких деталях.

Мозг устроен так, что его работа заключается в передаче импульсов от нейрона к нейрону с помощью аксонов, которые связываются с другими нейронами с помощью синапсов. В результате образуется клеточный ансамбль. С помощью такого механизма мозг управляет всеми физиологическими функциями организма, а также мыслительной работой.

Помимо этого следует отметить: мозг имеет такие огромные возможности, что человек в течение своей жизни не успевает их использовать. К слову сказать, с этой точки зрения неправомерно выделять одаренных детей. Ведь если есть одаренные, то остальные дети – неспособные. Директор института мозга человека С.Медведев считает, что гениален каждый ребенок. Но обычно учителя списывают неудачи в обучении школьников на их неспособность, отсутствие интереса в обучении. Тогда как причина кроется в неадекватных методах преподавания, точнее в задании учащемуся неадекватной учебно-познавательной деятельности.

Можно утверждать, что механизмы работы мозга ученого и школьника принципиально не отличаются друг от друга. Следовательно, усвоение ребенком научного знания должно напоминать деятельность ученого по добыванию этого знания. Мало механически писать уравнения реакций, необходимо понимать их смысл. А для этого ученик должен иметь знания о невидимом мире микрочастиц — атомов, ионов, молекул, кристаллических решеток. И не общие знания, а в каждом случае конкретные. Иными словами, проходить в общем и целом путь ученого.

Каждая наука имеет специфический арсенал деятельности по раскрытию тайн природы. Подобный арсенал приемов имеет и учебный предмет для раскрытия его содержания. Методы научной и учебной деятельности должны быть адекватны познаваемому предмету. Нельзя пользоваться микроскопом для открытия звезд, а телескоп применять в мире микрочастиц. Нельзя топором разделить атом, чтобы понять его строение.

Однако на уроках химии основное внимание уделяется не опытам, не изучению микроуровня, а написанию формул и уравнений реакций. Это умение служит как инструментом познания, так и критерием оценки уровня усвоения учебного материала школьником. Поэтому учитель стремится как можно быстрее научить школьников химическому языку. Формализм знаний вытекает из этого стремления. И хотя учитель демонстрирует опыты, качество усвоения знаний по химии не улучшается, т.к. между экспериментом и химическим языком нет непосредственной связи, нет представлений о микрочастицах, подвергающихся химическому превращению.

Отсюда следует, что мелом на доске вряд ли можно создать условия успешного усвоения химии. Необходимо выделить специфические формы учебно-познавательной деятельности для изучения нашего предмета.

Роль учебно-познавательной деятельности всегда признавалась дидактикой и педагогической психологией. Но далеко не всегда эта деятельность подбиралась адекватно содержанию, которое подлежит усвоению школьником. Так, в одном методическом пособии советских времен дается следующий алгоритм написания химических уравнений:

«1. Сформулируй словами уравнение.

2. Поставь химические знаки.

3. Определи коэффициенты.

4. Проверь коэффициенты.

5. Напиши полностью химическое уравнение».

Такой состав деятельности направлен не на раскрытие понимания химической реакции, а на оперирование знаками.

Часто учителя заставляют учеников читать формулы, например: «Натрий-о-аш плюс аш-два-эс-о-четыре…» и т.д. Такое умение приводит к еще большему формализму знаний. Гораздо полезней, когда учащиеся называют вещества: гидроксид натрия, серная кислота (или сульфат водорода) и т.д.

Чтобы ученик понял сущность химического процесса, ему необходимо предложить другой состав учебно-познавательной деятельности:

• определить исходные вещества, их состав;

• установить возможность реакции между ними;

• составить формулы исходных веществ;

• предсказать продукты реакции, их состав;

• составить формулы продуктов реакции;

• обосновать и расставить коэффициенты.

При такой структуре деятельности школьник проникает в глубь сущности реакции. Для установления связи реального процесса и уравнения реакции важно, чтобы учащийся при составлении уравнения объяснял свои действия вслух. Приведем пример написания учеником на доске уравнения реакции магния с соляной кислотой.

«Исходными веществами в реакции являются магний и соляная кислота. Они противоположны по свойствам, поэтому реагируют между собой (пишет формулы исходных веществ). В результате реакции образуется соль – хлорид магния. Она состоит из ионов магния с зарядом 2+ и хлорид-ионов с зарядом 1–. Поэтому ее формулу записываем магний-хлор-два. В реакции мы наблюдали, как выделялся водород. Это второй продукт реакции (пишет формулу водорода). Дальше требуется уравнять число атомов хлора до и после реакции. До реакции 1 моль атомов хлора, а после — 2 моль. Поэтому поставим коэффициент перед формулой соляной кислоты». При таком рассуждении школьники правильно записывают уравнения реакций.

Подобные объяснения показывают осознанность действий. Как можно убедиться, прежде всего школьники обращают внимание на возможность взаимодействия данных веществ. Это важный момент в усвоении знаний. Обычно школьники и абитуриенты не задумываются о подборе реагентов. Можно привести подтверждающие примеры.

Получив задание составить уравнение реакции образования хлорида кальция, абитуриентка написала:

Она увидела возможность переставить знаки, но не проанализировала реальную ситуацию, не приняла во внимание, что растворимая соль не может растворить нерастворимую. Подобные примеры не единичны. Так, можно встретить следующие уравнения реакций получения хлора:

Составление таких уравнений свидетельствует о том, что для школьников знаковое изображение уравнений не связано с реальными процессами. Выпускники школы не обратили внимание в первой реакции на cосуществование кислоты (исходное вещество) и основания (продукт реакции) в одном сосуде, а во второй – на то, что из менее сильных окислителя () и восстановителя (Cl^–) образуются более сильные окислитель (Cl₂) и восстановитель (), а такая реакция невозможна. Это доказывает, что реальных знаний у выпускников школ нет, а есть знания правил оперирования химическим языком, т.е. формальные знания. Потому в сознании учащегося знак равенства имеет абсолютное значение и отделяет исходные вещества от продуктов, а желаемые продукты получаются простой перестановкой знаков.

Источник формальных знаний заключен в том, что учебно-познавательная деятельность недостаточно полна. Значимость деятельности в обучении человека убедительно доказали психологи. Как в психологии, так и в теории познания считается, что усвоение знаний происходит только в собственной деятельности обучаемого. Если ребенок не сделает самостоятельного шага, он не научится ходить. Если первоклассник не будет водить пером по бумаге, он не научится писать. Если школьник не пропустит через свое сознание информацию, подлежащую усвоению, он ее не постигнет. А это возможно, если он сам производит ту деятельность, которая приводит его к определенным выводам и открытиям.

В обучении утвердился объяснительный метод. При этом учащиеся также заняты деятельностью. В советской дидактике утверждалось, что учебный процесс проходит по схеме: учитель объясняет, ученик слушает и усваивает. Но эта схема далека от реальности.

При получении аудиоинформации сознание проводит большую работу. Нужно отметить, что мышление человека системно, поскольку мозг создает клеточные ансамбли. Они-то и представляют собой систему. Поэтому при получении информации путем объяснения мозг школьника устанавливает соответствующие ассоциации, т.е. находит ответ на вопрос «что это?», «на что это похоже?» Если знание дается фрагментарно (а чаще так и бывает со школьным учебным предметом), то система знаний не создается. И все же мозг учащегося устанавливает связи, но не те, которые требуются для создания системы знаний: услышанную информацию он ассоциирует с обликом учителя, его голосом и манерой говорить, таблицами и портретами на стенах классной комнаты. Такая система не связана с осознанным усвоением знаний. В результате наблюдается следующий феномен: урок, проводимый в другом кабинете, проходит хуже, чем в привычном.

В лучшем случае ученик в состоянии установить взаимосвязи внутри получаемой аудиоинформации. Но это не всегда достаточно полно. Обычно школьники слушают без внимания, у них нет стимула к умственной работе, которая, как установлено, забирает четверть всей вырабатываемой организмом энергии. Организм невольно старается уменьшить расход этой энергии, и учащийся, как правило, слушает невнимательно. Результаты обучения при этом оставляют желать лучшего.

Каковы же законы усвоения знаний учащимся?

На этот вопрос можно ответить, если понять, каким образом знания о скрытой от наблюдения реальности попадают в мозг человека. Теория познания отвечает на этот вопрос однозначно: только в ходе предметно-практической деятельности. Свойства материальных предметов проявляются только во взаимодействиях и отношениях. Так, химические свойства вещества можно выявить только в химических реакциях с другими веществами или при физических воздействиях (теплоты, давления, электричества и др.). Например, уксусная кислота во взаимодействии с аммиаком проявляет кислотные свойства, а во взаимодействии с серной кислотой – основные. Сама по себе уксусная кислота только потенциально таит эти свойства.

Поэтому выявить свойства, познать их человек может только в предметно-практической деятельности. Таким образом, генетической основой познания реальности человеком является его деятельность. Деятельность является генетической основой не только общественно-исторического, но и индивидуального познания. Иными словами, усвоение содержания учебного предмета происходит не столько в слушании готового (ставшего) знания, сколько в соответствующей учебной деятельности, в которой учащийся познает путь открытия (становление) знания, следовательно, усваивает его с пониманием, осознанно. А это уже совсем другое качество знания.

Психологи давно открыли, что знание, даваемое в готовом виде, усваивается учащимися на низком уровне. Усваивать такое знание могут немногие и в неполном виде. Как уже упоминалось, в педагогической психологии давно доказано, что знание усваивается только в собственной учебно-познавательной деятельности учащегося. При этом выделяют следующие виды деятельности: материальную, материализованную и интеллектуальную.

Под материальной понимают деятельность с объектом изучения. Материальная деятельность является основой, без нее познать предмет невозможно. В химии объектами изучения выступают вещества и реальные химические процессы. На уроках деятельность с объектом изучения осуществляется в виде химических опытов. Их могут проводить ученики или демонстрировать учитель.

Материализованная деятельность связана с тем, что заменяет объект изучения: различными моделями, табличным, цифровым, графическим материалами и т.д. Любая внешняя деятельность отражается в коре головного мозга, т.е. переходит во внутренний план, в интеллектуальную деятельность. Проводя опыты, выполняя манипуляции с материальными моделями, составляя химические формулы и уравнения, сопоставляя цифровой материал, ученик делает выводы, систематизирует факты, устанавливает определенные взаимосвязи, проводит аналогии и т.д.

В химии материализованная деятельность имеет специфический характер. Можно выделить специфические виды материализованной деятельности:

• деятельность с материальными моделями молекул, кристаллических решеток;

• оперирование цифровым, табличным материалом;

• деятельность со знаковыми моделями (химическими формулами и уравнениями);

• решение задач.

Деятельность с материальными моделями. При познании микрообъектов незаменимой является деятельность с материальными моделями молекул, кристаллических решеток. Именно эта деятельность формирует мысленные образы, которые помогают постичь сущность химических явлений. Мышление опирается на образы при совершении умственных операций. Если образы микрообъектов не созданы, то мышление учащихся опирается на знаковые модели – химические формулы и уравнения реакций. Тогда химия становится наукой не о веществах и их превращениях, а о химических знаках и правилах оперирования ими. Понятия, формируемые в сознании школьников, не отражают реальности. В таком случае изучение химии теряет смысл.

Формирование мысленных образов микрообъектов способствует перенесению центра тяжести при изучении химии с химического языка на реальное вещество и химические процессы, понимание которых и связано с образами этих микрообъектов. Так, визуальное знакомство с молекулами и кристаллическими решетками, их рисование, лепка из пластилина помогает учащимся понять состав молекулярных и немолекулярных веществ (рис. 1).

Манипулируя материальными моделями, школьники учатся создавать мысленные образы микрообъектов. Такие образы способствуют пониманию процесса превращения одних веществ в другие. В связи с этим в начальный курс химии было впервые* введено не только использование материальных моделей, но и схематическое моделирование реакций. Такое моделирование, не претендуя на воспроизведение механизма реакции, показывает перестановку атомов исходных веществ в продукты реакций (рис. 2).

Такую схему учащиеся могут нарисовать, воспроизвести в виде аппликации или слепить из пластилина. Интересно, что все это способствует пониманию не только сущности реакции, но и состава вещества. Так, в начале курса школьники не могут отличить смесь от соединения и оксиды называют смесью в том случае, если их учить только на уровне формул. При моделировании реакции образования оксида, как приведено выше, они четко понимают, что собой представляет соединение и чем оно отличается от смеси.

Оперирование цифровым или табличным материалом. Анализ цифрового материала приводит учащихся к определенным выводам. Сопоставление физических величин, характеризующих изучаемые вещества, выявляет зависимость между параметрами, что можно выразить графически. Например, сопоставляя молекулярные массы кислорода и озона с их плотностями, дети делают вывод, что плотность газа зависит от молекулярной массы. Определенный вывод следует из сопоставления молекулярных масс углеводородов и их температур кипения и плавления при установлении агрегатного состояния.

При изучении кинетики учащиеся прослеживают изменение скоростей реакции в течение времени и выражают результат графически. Например:

По этим данным школьники вычерчивают график, на котором наглядно видно изменение скорости реакции с течением времени (рис. 3), и объясняют это явление. Тем самым понятие скорости реакции уточняется, углубляется.

Деятельность со знаковыми моделями. Как известно, химический язык является важной частью изучения химии. Знаковые модели — химические формулы и уравнения реакций — в краткой форме передают некоторые знания. Однако, несмотря на важность, все же химический язык имеет подчиненное значение. Без понимания сущности химических явлений знаковые модели теряют смысл. В ошибках абитуриентов как раз выражается бессмысленность овладения химическим языком без понимания сущности изучаемого объекта.

Поэтому в учебном процессе составлению формул и уравнений реакций нельзя придавать главенствующее значение, как это принято. Конечной целью изучения химии является не умение манипулировать знаками, а формирование понятий. Психологи отмечают, что знаковые модели относятся к сфере вторичного производного. Знак является обозначением образа некой реальности, поэтому сначала необходимо сформировать образы, в нашем случае — образы микрообъектов. Тогда учебный процесс по изучению химии можно представить в виде познавательного ряда:

объект изучения (вещество и химические процессы) — химический эксперимент — наблюдения — создание мысленного образа — деятельность с материальными моделями — зашифровка в знаковых моделях.

Значимость звеньев учебного процесса можно выразить в виде пирамиды (рис. 4). Стрелка показывает, в каком направлении развивается учебный процесс. Химические формулы и уравнения реакций являются завершающим этапом. Они применяются тогда, когда химическое явление понято.

Именно такой порядок использования всех видов специфической деятельности приводит к тому, что школьникам открывается сущность объекта изучения, которая не дана в непосредственном созерцании химического эксперимента. Это способствует осознанному усвоению знаний.

Несомненно, деятельность со знаковыми моделями – необходимое звено процесса по усвоению знаний. Их составление, с одной стороны, помогает усвоить химический материал, а с другой – наглядно выразить, насколько учащиеся его усвоили.

Контролирующая роль деятельности со знаковыми моделями широко известна. Не случайно в начале статьи указаны ошибки абитуриентов. На основе их анализа можно ставить диагноз состоянию обучения химии в школе.

Обучающую роль химических формул и уравнений рассмотрим на примере окислительно-восстановительных свойств веществ. Окислительные свойства галогенов покажем на примере реакции хлора с сероводородом. Правильно составить уравнение реакции ученик может, если понимает сущность реакции. Как указано выше, прежде всего необходимо определить, по какому закону взаимодействуют вещества. Школьники убеждаются, что в этом случае нет кислотно-основного взаимодействия с образованием соли, нет ионообменного взаимодействия, т.к. в составе исходных веществ нет ионов. Но поскольку в реакции участвует простое вещество, то атомы в ходе реакции будут менять степень окисления. Следовательно, возможна окислительно-восстановительная реакция.

Для составления уравнения реакции дети определяют степени окисления элементов в исходных веществах:

Учащиеся знают, что отрицательная степень окисления показывает избыток электронов, которые можно отнять. Следовательно, атом серы может отдать два излишних электрона и превратиться в нейтральный атом:

Таким образом, определен один продукт реакции.

Далее учащиеся определяют атомы, которые присоединяют отданные серой электроны. Они знают, что обычно в такой роли выступают атомы с положительной степенью окисления, которая показывает дефицит электронов. Прежде всего они обращают внимание на водород с положительной степенью окисления. Но может ли существовать сероводород, если избыточные электроны серы будут переходить на атомы водорода? Очевидно, сам факт существования сероводорода показывает, что у атомов водорода окислительные способности не позволяют ему отнимать электроны у атомов серы с отрицательной степенью окисления. Остается признать, что окислителем в этой реакции выступает атом хлора, т.к. он имеет высокую электроотрицательность и легко присоединяет лишний электрон:

Поскольку атомы хлора приобретают отрицательную степень окисления, то они могут связываться с атомами, обладающими положительной степенью окисления, в данном случае – с . Таким образом, дети приходят к выводу, что вторым продуктом реакции будет хлороводород. Тогда уравнение реакции запишется так:

Cl₂ + H₂S = S + 2HCl.

Таким образом в деятельности со знаковыми моделями учащиеся открывают для себя сущность незнакомой реакции.

Такая учебно-познавательная деятельность возможна, если у них для познания химии сформированы другие виды специфической деятельности. В данном случае химический эксперимент (пропускание сероводорода через хлорную воду) можно проводить в двух вариантах. Опыт можно показать в качестве постановки проблемы взаимодействия данных веществ с последующим раскрытием сущности реакции, либо показать опыт как подтверждение правильности рассуждений в результате деятельности со знаковыми моделями.

Решение задач как форма учебно-познавательной деятельности. Решение задач традиционно является одной из целей при обучении химии. На самом же деле проблему решения задач необходимо рассматривать с другой стороны – со стороны учебно-познавательной деятельности, которая раскрывает перед учениками то или иное знание о химической природе.

Так, задачи по формулам (нахождение массовой доли элемента, установление формулы и др.) раскрывают смысл понятия состава вещества с количественной стороны.

При решении задач по уравнениям учащиеся устанавливают взаимосвязи между понятиями, новые конкретные факты. Установление взаимосвязей между понятиями важно как для получения новых знаний, так и для развития мышления.

В нашем педагогическом эксперименте (1972 г.) решение задач по уравнениям производилось в первоначальных понятиях после знакомства с составлением уравнений реакций. Результат оказался отрицательным. Дети не понимали существа действий, т.к. еще не имели соответствующих знаний о реакциях и лишь формально повторяли действия учителя. Как известно, составление уравнений на начальном этапе не дает еще знаний о самих реакциях. Поэтому в советской методике решение задач производилось на втором году обучения, после того как учащиеся познaют сущность реакций между веществами основных классов неорганических веществ.

В постсоветское время жажда бездумного модернизма привела к обучению решению задач по уравнениям при первом знакомстве с уравнениями реакций, что и не замедлило сказаться на знаниях: выпускники школ практически не владеют способом решения задач, о чем свидетельствуют результаты ЕГЭ. Баллы набираются за счет выполнения заданий раздела А, задачи раздела С решают единицы экзаменующихся.

Методика обучения предмету является экспериментальной наукой. И как в любой науке, в ней установлены незыблемые истины, которых необходимо придерживаться, несмотря на реформы образования. В данном случае необходимо следовать установленному месту введения задач по уравнениям.

Рассмотрим деятельность учащихся и установление взаимосвязей между понятиями при решении задачи по уравнению.

З а д а ч а. В горячем растворе серной кислоты объемом 50 мл ( = 1,795 г/мл) полностью растворили 15,88 г меди. Раствор приобрел голубую окраску. После охлаждения раствора до 20 °С выпали кристаллы голубого цвета. Массовая доля соли в растворе стала равна 22,25 %. Вычислите массу выпавшего из раствора кристаллогидрата.

При решении этой задачи учащиеся устанавливают взаимосвязи между следующими понятиями: окислительные свойства серной кислоты, свойство неактивного металла окисляться сильным окислителем, в частности анионом серной кислоты, отношение плотности раствора и его массы, массовая доля растворенного вещества, растворимость, состав кристаллогидрата.

Понятно, что без соответствующих опорных знаний учащийся не сможет понять описанные в условии процессы и решить задачу. Отсюда следует, что каждая задача может быть решена только в соответствующих местах курса.

Основой решения задачи является составление уравнения и количественные отношения веществ в реакции. Однако составлять уравнение реакции нужно только после того, как учащиеся поймут «химический сюжет» задачи. Поэтому решение задачи нужно начинать не с математической, а с химической точки зрения, обсуждая химическую ситуацию. Это п е р в ы й э т а п решения задачи.

В данном случае школьники должны обсудить следующие вопросы. В описанной реакции неактивный металл окисляется таким сильным окислителем, каким является серная кислота. При этом образуется сульфат меди, о чем свидетельствует появившийся голубой цвет раствора. Серная кислота восстанавливается до оксида серы(IV), который улетучивается из раствора. Раствор после реакции охлаждается. При повышенной температуре растворимость солей, как правило, выше. При понижении температуры растворимость продукта реакции снижается. По условию задачи, при охлаждении раствора выпадают кристаллы голубого цвета. Это – медный купорос. Следовательно, при 20 °С был получен насыщенный раствор. Массовая доля сульфата меди в растворе после кристаллизации понизилась.

Важно, чтобы дети не только осознали сущность происходящих процессов, но и могли представить реальный процесс. При необходимости следует даже продемонстрировать опыт.

Когда содержание задачи дети уяснили, переходим к составлению уравнения и математической части задачи. Это в т о р о й э т а п решения задачи.

Cu + 2H₂SO₄ = CuSO₄ + SO₂ + 2H₂O.

Обсуждение решения задачи начинаем «с конца». Такое обсуждение помогает составить стратегию решения задачи. Устанавливаем, что именно нужно знать для определения массы кристаллогидрата:

а) формулу кристаллогидрата сульфата меди;

б) массу безводного сульфата меди, образовавшегося в результате реакции;

в) количество и массу сульфата меди в составе выпавшего кристаллогидрата.

Стратегия решения задачи такова: нужно найти массу образовавшегося сульфата меди и оставшегося в растворе, найти массу и количество сульфата меди, выкристаллизовавшегося из раствора, и определить массу кристаллогидрата.

Далее наступает т р е т и й э т а п решения задачи: формирование тактики решения, в ходе которого устанавливаем, как найти обозначенные параметры.

Массу всего образовавшегося сульфата меди легко определить по уравнению реакции:

 

m_общ(CuSO₄) = 0,25 (моль)•159,5 (г/моль) = 39,9 г.

Массу оставшегося в растворе сульфата меди найти сложнее. Поскольку в условии задачи дана его массовая доля, то учащиеся используют соответствующую формулу:

Из формулы видно, что необходимо вычислить массу образовавшегося в результате реакции раствора. Изначально масса раствора была равна:

m(р-ра H₂SO₄) = 50 (мл)•1,795 (г/мл) = 89,75 г.

В ходе реакции произошли изменения. Школьники указывают, что масса раствора увеличилась на массу меди, прореагировавшей с серной кислотой, и уменьшилась на массу диоксида серы, которую надо рассчитать по уравнению, учитывая, что его количество равно количеству образовавшегося сульфата меди:

(SO₂) = (CuSO₄) = 0,25 моль,

m(SO₂) = 0,25 (моль)•64 (г/моль) = 16 г.

Далее они рассчитывают массу раствора после реакции:

m₁(р-ра) = 89,75 (г) + 15,88 (г) – 16 (г) = 89,63 г.

Теперь необходимо найти массу оставшегося в растворе сульфата меди по разности масс полученного сульфата меди и выпавшего в виде кристаллогидрата. Для этого обозначим количество выпавшего сульфата меди через х моль и выразим массу сульфата меди в кристаллогидрате:

m_кр(CuSO₄) = 159,5 х г.

Тогда масса сульфата меди в оставшемся растворе равна:

m_р(CuSO₄) = m_общ(CuSO₄) – m_кр(CuSO₄) = (39,9 – 159,5х) г.

Учащиеся знают, что количество кристаллогидрата равно количеству безводной соли:

_кр(CuSO₄) = (CuSO₄•5Н₂О).

Для нахождения массы кристаллогидрата нужно знать его молярную массу. Дети знают, что молярная масса кристаллогидрата складывается из молярной массы соли и соответствующего числа молярных масс воды:

M(CuSO₄•5Н₂О) = 159,5 (г/моль) + 5•18 (г/моль) = 249,5 г/моль.

Отсюда

m(CuSO₄•5Н₂О) = 249,5 х г.

После выпадения кристаллогидрата масса раствора уменьшилась:

m_р-ра = (89,63 – 249,5 х) г.

Подставим в формулу массовой доли данные:

Решая уравнение, находим:

х = 0,19.

Это значит, что количество сульфата меди, выпавшего в виде кристаллогидрата, равно 0,19 моль.

Теперь можно дать окончательный ответ на вопрос задачи:

m(CuSO₄•5Н₂О) = 0,19 (моль)•249,5 (г/моль) = 47,4 г.

Ответ. 47,4 г.

Итак, на уроках учитель должен организовать все виды учебно-познавательной деятельности. Он перестает быть информатором, и его педагогическая деятельность сводится не к объяснению, а к организации на уроках учебно-познавательной деятельности учащихся, в результате которой происходит усвоение знаний. Ученик при этом становится активным соучастником учебного процесса.

Конечно, можно предоставить ученику широкое поле самостоятельности: написание формул, химических уравнений, манипуляции с материальными моделями, проведение опытов. Но результат не будет соответствовать нашим намерениям, если учебная познавательная деятельность ученика не соответствует тому содержанию учебного материала, которое должно быть усвоено. При условии адекватности познавательной деятельности содержанию усвояемого материала ученик самостоятельно приходит к каким-либо выводам, сам для себя созидает знание. Это важный фактор для усвоения знаний, для развития самостоятельности и творческих способностей, для развития познавательного интереса.

Успех обучения заключается в организации учебного процесса по принципу самостоятельного созидания знаний, что невозможно осуществить без учебно-познавательной деятельности учащегося.

---

* Кузнецова Л.М. Химия-8. Обнинск: Титул, 2001.