Некоторые методические
приемы обучения решению
расчетных задач по химии школьников со слабой математической подготовкой

Курс химии основной школы включает в себя обучение решению расчетных задач. К ним относятся расчеты по формуле, а также расчеты по уравнениям химических реакций. Решение расчетных задач на уроках химии используется для:

• раскрытия количественных отношений в химических объектах;

• подтверждения того, что химия – это точная наука;

• подтверждения полученного теоретического или фактологического знания;

• применения имеющегося у учащихся знания;

• проверки химических знаний учащихся.

Важно иметь в виду, что решение задач – важный компонент методики, направленной на развитие школьников.

Математические умения, используемые при решении задач на уроках химии, должны быть сформированы у школьников на уроках математики. Однако многие учителя химии отмечают, что у большинства учащихся эти умения не сформированы в должной мере. Трудности при решении задач на уроках химии нередко возникают и потому, что школьникам бывает трудно осуществить перенос знаний с уроков математики на уроки химии. Это приводит к ситуации, когда учитель химии вынужден формировать на своих уроках не только знания по химии, но и математические умения, на что в программе по химии времени не отводится.

В таких условиях обучение школьников анализу условий задач и самостоятельному нахождению пути их решения требует от учителя химии дополнительных усилий.

Для скорейшего достижения результатов (в виде положительных оценок) учителя обучают школьников последовательности действий (алгоритму), которых они должны придерживаться при решении того или иного типа расчетных задач, т.е. действовать строго по образцу. Но такой подход, на наш взгляд, неприемлем, поскольку приводит к тому, что решение задач на уроках химии теряет свой методический смысл. Ведь решение учеником задачи является средством формирования у него логического мышления. Наряду с этим решение задач формирует волю и настойчивость в достижении результата.

Какие же математические умения используются в курсе химии основной школы? Если внимательно проанализировать предлагаемые учащимся задачи, то можно прийти к выводу, что таких умений два. Первое умение – использовать для расчетов формулы типа . Например:

Второе умение – составлять и решать пропорцию.

Чем хуже владеет ученик этими умениями, тем большее значение для него имеют такие формальные признаки, как способ записи.

Например:

• формулу можно записать в виде или в виде а = b : c;

• соответственно пропорцию можно записать в виде или a : b = c : d ;

• коротко условие задачи можно записать так:

из 2 моль А образуется 4 моль В,

из 5 моль А образуется х моль В,

или 2 моль – 4 моль,

5 моль – х моль;

• при решении этой задачи можно сначала записать пропорцию: , а можно пропорцию составить в уме и записать сразу выражение для нахождения неизвестного члена:

Учителя часто не обращают внимания на то, что используемый ими способ записи может быть непривычен для учеников. У школьников с хорошей математической подготовкой это не вызовет затруднений. Но для слабых учеников непривычная форма записи часто создает лишние проблемы в понимании сути решения. Поэтому учителям химии мы рекомендуем при подготовке к обучению решению задач проконсультироваться с учителем, преподающим в данном классе математику, посмотреть соответствующие учебники по математике, поговорить с самими учащимися с тем, чтобы выяснить привычные для них способы записи решения задач. Именно эти способы и использовать на начальном этапе обучения.

атруднения у школьников вызывает и способ решения задачи. Большинство задач, как известно, может быть решено несколькими способами. Рассмотрим пример.

Задача 1. Какая масса хлорида натрия содержится в 500 г его 10%-го раствора?

Решение

С п о с о б  1.

Использовать формулу массовой доли растворенного вещества:

отсюда

С п о с о б  2.

Cоставить и решить пропорцию:

С п о с о б  3.

Рассчитать массу одного процента и затем узнать массу десяти процентов:

Можно видеть, что даже такая простая задача имеет как минимум три способа решения. Однако учитель при объяснении нередко использует только один из них – тот, который ему кажется наилучшим, наиболее рациональным. С точки же зрения методики наиболее рациональный способ решения тот, который понятен ученику, а значит, используя его, он может решить задачу осмысленно. Вот почему важно показывать ученикам несколько способов решения. И уж тем более стоит не бранить, а наоборот, поощрять ученика, если он решил задачу не тем способом, который показал учитель (при условии, конечно, что этот способ является правильным).

Иногда школьники легко справляются с решением задач устно, но сталкиваются с трудностями, когда нужно представить письменное решение. Это может быть вызвано несоответствием привычных способов решения и записи, используемых на уроках математики, и тех, что предлагаются на уроках химии.

Приведем в качестве примера решение задачи по уравнению реакции.

Задача 2. По уравнению химической реакции

4FeS₂ + 11O₂ = 2Fe₂O₃ + 8SO₂

рассчитайте, какое количество сернистого газа образуется при сжигании 3 моль колчедана?

Задача может быть решена путем выражения количества вещества сернистого газа через количество вещества колчедана или составлением пропорции. При этом можно составить две разные пропорции. Способы записи также могут различаться.

К р а т к а я  з а п и с ь  у с л о в и я

1-й способ.

2-й способ.

 

Решение

С п о с о б  1.

Составление пропорции:

1-й способ.

, или 4 : 3 = 8 : х.

2-й способ.

, или 4 : 8 = 3 : х.

3-й способ.

, или 3 : 4 = х : 8.

Решение пропорции:

4х = 3•8, , х = 6,

(SO₂) = 6 моль.

С п о с о б  2.

(SO₂) = (FeS₂) • 2 – следует из уравнения реакции;

(SO₂) = 3 (моль) • 2 = 6 моль.

Учителю стоит помнить каждый из способов, чтобы при необходимости он мог использовать при объяснении любой из них.

При решении задач по формулам важно, чтобы ученики не просто механически подставляли цифры в вызубренные формулы, а понимали смысл своих действий. В этом может помочь регулярное проведение химических диктантов. При их выполнении учащиеся должны по описанию узнать, о каких физических величинах идет речь и записать их обозначения и названия. Важно, чтобы из 10 заданий такого диктанта несколько относились бы к одной и той же величине. В качестве вопросов могут быть использованы как определения величин, так и их выражение через соотношение других величин. Например, о количестве вещества можно составить самые разнообразные вопросы:

1) эта величина измеряется в молях;

2) эта величина обозначается буквой или n;

3) эта величина характеризует порцию вещества числом содержащихся в ней структурных частиц;

4) эта величина характеризует порцию вещества числом частиц, из которых она состоит;

5) эта величина показывает, сколько молей атомов или молекул содержится в данной порции вещества;

6) эту величину можно получить, если разделить массу порции вещества на его молярную массу;

7) это – частное от деления массы порции вещества на его молярную массу;

8) это – отношение массы к молярной массе вещества;

9) эту величину можно получить, если общее число частиц, из которых состоит порция вещества, разделить на количество частиц в 1 моль вещества.

Часть из приведенных здесь вопросов – по существу один и тот же вопрос, только по-разному сформулированный (вопросы 3–5 и 6–8). Сделано это не случайно. Такой прием позволяет направлять внимание учеников не на точное запоминание определений, а на выявление их сути. Выполнение таких заданий и их самостоятельное составление помогает лучше запоминать не только способы обозначения и единицы измерения величин, но и их физический смысл, а значит более осознанно использовать формулы в решении задач.

Проводиться диктанты могут в разной форме: письменно всеми учащимися класса, отдельными учащимися у доски, в парах, в группах и в различных игровых формах. Вопросы может составлять и задавать не только учитель, но и сами учащиеся.

Что же касается расчетов по уравнениям химических реакций, то их осознанное проведение невозможно без ясного понимания того, что же, собственно, отражает химическое уравнение. Для формирования и закрепления этого понимания можно использовать различные виды упражнений. При их выполнении ученику нужно составить уравнение химической реакции по его прочтению или, наоборот, прочитать уравнение химической реакции. Например:

• 2H₂ + O₂ = 2H₂O – 2 моль водорода взаимодействует с 1 моль кислорода и образуется 2 моль воды.

• 2 моль оксида магния вступает в реакцию с 1 моль кислорода, в результате чего образуется 2 моль оксида магния:

2Mg + O₂ = 2MgO.

Такие задания могут предъявляться учащимся в различной форме. Это может быть просто просьба прочитать или написать уравнение реакции, задания на нахождение соответствия между уравнением и его прочтением или между словами и символами и т.д.

Особенностью задач по химии является то, что часть данных в условии задачи не приводится, т.е. задана в скрытом виде. При решении же задач по математике учащиеся привыкли, что в условии есть все необходимые данные. Рассмотрим простой пример.

Задача 3. Рассчитайте относительную молекулярную массу оксида алюминия.

В условии задачи не приведено ни одной цифры, а тем не менее, требуется произвести расчет.

Здесь очень важно довести до сознания учащихся, что формулы веществ, уравнения реакций и все справочные величины (чаще всего это относительные атомные, а значит и относительные молекулярные и молярные массы) также являются данными задачи. В умении увидеть и проанализировать эти скрытые данные и заключается бо?льшая часть химической составляющей задачи.

Если из этой же самой задачи убрать химическую составляющую и оставить только математическую, ее можно сформулировать так:

Найдите значение выражения 2а + 3b, если а = 27, b = 16.

Особенно трудно бывает учащимся понять, что в задачах, связанных с расчетами по уравнениям реакций, само уравнение реакции также является частью данных задачи. Отсюда их попытки решать такие задачи, даже не составив уравнения реакции или не определив в нем коэффициентов.

Для того чтобы помочь школьникам увидеть скрытые условия в задаче, можно использовать прием сравнения задачи по химии с подобной задачей по математике. Например:

Мы видим, что условия задач по математике состоят из двух частей, одна из которых содержит значения двух пропорционально зависимых величин, а другая – значение только одной из этих величин, и вопрос в том, какое значение в этом случае примет вторая величина. Текст условия задач по химии (на темно-сером фоне) содержит, как правило, только ту часть, которая включает в себя вопрос, другая часть условия скрыта в уравнении реакции (на светло-сером фоне).

С помощью таких примеров можно наглядно показать, что подобные расчеты можно вести только на основании того, что в уравнении реакции задано соотношение количеств веществ, в ней участвующих. Для того чтобы эта мысль прочно закрепилась в сознании учащихся, мы советуем в течение достаточно долгого времени (1–2 четверти) предлагать учащимся для решения наиболее простые задачи по уравнениям реакций: на нахождение количества одного из участвующих в реакции веществ по количеству другого. И только при условии стабильного успеха в решении таких задач переходить к более сложным расчетам, связанным с нахождением массы и объема веществ, участвующих в реакции.

С этой же целью предлагаем использовать не только письменное решение задач, но и устное, что позволяет решать большое количество похожих задач за короткое время. Проведено это может быть, например, так. На доске написаны несколько уравнений реакций:

H₂ +Cl₂ = 2HCl,

N₂ + 3H₂ = 2NH₃,

2SO₂ + O₂ = 2SO₃.

Учитель задает вопросы, на которые нужно быстро дать ответ.

• Какое количество хлора нужно для получения 10 моль хлороводорода по первой реакции?

• Какое количество водорода может вступить в реакцию с 5 моль хлора?

• Какое количество аммиака образуется, если во вторую реакцию вступит 4 моль азота?

Перечень вопросов может быть продолжен.

Можно облечь такое задание в игровую форму, если, например, задав вопрос, учитель бросает ученику большой мяч, а тот, ответив на него, бросает обратно. Можно задавать вопросы ученикам по очереди, а также чтобы сами ученики задавали вопросы друг другу и т.д.

ы рассмотрели лишь некоторые очень простые приемы, помогающие сделать решение задач для учеников более осмысленным и успешным. Подведем итоги:

• особое внимание стоит уделять обучению учащихся анализировать условие задач, выявлять скрытые данные;

• для осознанного решения задач учащимися необходимо, прежде всего, сформировать у них понимание физического смысла формул и уравнений реакций;

• наиболее приемлемым является тот способ решения, который понятен ученику, поэтому следует внимательно изучить способы решения и записи задач, которые ученики привыкли использовать на уроках математики;

• закрепление отдельных умений требует регулярного повторения однотипных упражнений из урока в урок. При этом можно избежать “приедания”, если облекать одинаковые по сути задания в различную форму.

В заключение отметим, что если учитель хочет найти причины неудач своих учеников при решении задач и методы их устранения, то ему необходимо развивать умение наблюдать и анализировать прежде всего у себя.

Н.В.ПРИХОДЬКО,
учитель химии
(г. Москва)