Сравнение как один из способов создания проблемных ситуаций

Основная задача современной школы - научить учащихся – будущих специалистов разного профиля: решать общие и профессионально значимые задачи, самостоятельно, критически мыслить, осуществлять поиск необходимого дополнительного материала, вырабатывать и защищать свою точку зрения, непрерывно пополнять, обновлять и развивать свои знания и применять их для творческого преобразования действительности, быстро ориентироваться в проблемах науки, производства, искусства.

Использование в процессе школьного обучения химии проблемного подхода – как одного из главных средств разностороннего развития учащихся – создает основу для активизации мыслительной деятельности, для стимулирования поиска новых и недостающих знаний, для формирования, поддержания и развития познавательного интереса. Активная позиция учащихся в процессе учебной деятельности способствует мотивации учения, проявлению творческих и начальных научных возможностей, самостоятельности в учебном труде, в результате чего знания усваиваются более прочно.

Одним из способов создания проблемных ситуаций является прием сравнения. Сравнение – это установление сходства и различия предметов и явлений действительности. Процесс сравнения активизирует познавательную деятельность, развивает абстрактное мышление, сознательное и прочное усвоение знаний.

На большую роль сравнения в процессе обучения указывал К.Д.Ушинский (1824 - 1870). “Если вы хотите, - писал он, - чтобы какой-либо предмет внешней природы был понят ясно, то отличайте его от самых сходных с ним предметов и находите в нем сходство с самыми отдаленными от него предметами, только тогда вы выясните все существенные признаки предмета, а это значит понять предмет. Поэтому напрасно нас упрекают в том, что мы везде настаиваем на сравнении, другого пути для понимания природы нет”.

Предметы или явления можно сравнивать по одному или нескольким признакам. Однако на первоначальном этапе обучения химии следует сравнивать предметы и вещества только по одному, максимум двум признакам. Сравнение по большему количеству признаков может привести к тому, что учащиеся все перепутают и сделают большое количество ошибок. В процессе сравнения школьники изучают не только внешние признаки, но и свойства. Сравнение помогает проследить предметы и явления в изменении и развитии.

Учащиеся выделяют частные и общие, существенные и несущественные признаки, сравнивая предметы и явления. На выделении общих и существенных признаков основано обобщение. Именно оно ведет к образованию понятий, к познанию закономерных связей и отношений.

Сравнение дает возможность определить новые стороны объектов, их связи, такие черты предметов и явлений, которые не воспринимаются при изучении их в отдельности. В процессе сравнения ученики проникают в сущность объектов, без посторонней помощи замечают неощутимые с первого взгляда свойства, постигают особенности явлений.

При сравнении объектов рекомендуют соблюдать следующие требования:

1. Для сравнения следует отбирать объекты, имеющие определенную связь между собой.
2. Необходимо четко определять признаки (свойства), по которым сравниваются объекты.
3. Перечень признаков должен быть по возможности более полным, исчерпывающим.

Задача сравнения возникает каждый раз, когда вводятся новые объекты изучения: химические элементы, вещества, реакции и т.п. В сравнении есть формализованное ядро, каждый раз наполняемое новым содержанием, это ядро можно представить алгоритмом.

Алгоритм сравнения:

1. Определить цель сравнения объектов.
2. Выделить признаки, по которым нужно произвести сравнение.
3. Найти сходство и различие между сравниваемыми объектами.
4. Сделать вывод

Успех учения во многом зависит от того, обладают ли ребята умением определять сходное и различное. Им обязательно нужно научиться замечать сходное там, где с внешней стороны явления сильно отличаются друг от друга, и находить различие в тех случаях, когда ярко внешнее сходство. Умение сравнивать и находить в результате сходство и различие предметов и явлений – непременное свойство творческой личности, а именно на это направлена одна из важнейших функций школьного химического образования.

Применять такой методический прием, как сравнение, следует с учетом содержания учебного материала, а также индивидуальной подготовки и развития учащихся. В начале изучения курса химии (8 класс, тема “Первоначальные химические понятия”) школьникам предлагают сравнивать предметы и вещества, отношения между которыми достаточно просты. По мере овладения учебным материалом и развития мышления целесообразно чаще использовать для сравнения предметы и явления, отношения между которыми более сложны.

Прием сравнения активизирует мыслительную деятельность, способствует сознательному и прочному усвоению знаний и является средством проверки осознанности и глубины знаний. Используя этот прием, ученики анализируют и синтезируют, выделяют существенные признаки, располагают их в новом соотношении, делают обобщения и выводы.

Несмотря на очевидную эффективность данного приема, он мало еще используется преподавателями, в то время как сравнение следует проводить систематически. Это объясняется, возможно, тем, что в методической литературе недостаточно указаний по его применению. В самом деле, если не устанавливать связи между курсами неорганической и органической химии, отдельными классами веществ, не подчеркивать общее и различное в их структуре и свойствах, то учащиеся приобретают лишь отрывочные знания, не связанные между собой. В этом случае, у них не формируются представления об изучении химии как непрерывном процессе, отражающем диалектику развития от простого к сложному. Задача преподавателя - прежде всего в том, чтобы выявить существующие в природе связи и взаимозависимости, показать, где это возможно, генетическое родство между классами веществ, помочь ребятам проникнуть в сущность явлений, научить их делать правильные обобщения и выводы.

Таким образом, преподавателю следует использовать прием сравнения при изучении каждой темы в каждом классе, а при составлении тематического плана намечать, где и как будет применяться этот прием.

Предмет химии предоставляет богатый и разнообразный материал для сравнения, которое возможно использовать на различных этапах урока.

Прием сравнения сам по себе является весьма сложным для учащихся. Причем следует отметить сложность не только по части выявления сходства и различия между веществами, явлениями и их описания средствами химического языка, а в большей степени по определению параметров сравнения, с последующим осуществлением сравнения на их основе, поэтому очень важно заострить внимание на этом моменте.

При изучении вариантов создания проблемных ситуаций на уроках химии, важно обратить внимание на то, что прием сравнения зачастую является неотъемлемой частью создания проблемной ситуации.

Поэтому мы сделали попытку оценить прием сравнения в процессе обучения химии более подробно и разработать создание проблемных ситуаций на основе сравнения.

Некоторые приемы сравнения учителя химии используют с самого начала обучения химии в 8 классе, т.е. с раздела “Первоначальные химические понятия”, темы “Вещество. Свойства веществ”.

Для формирования понятий о свойствах веществ можно провести небольшую практическую работу, в ходе которой учащиеся должны сравнить вещества и найти сходства и различия в их свойствах.

Первоначально у учащихся формируется понятие о физическом состоянии как свойстве веществ. Для этого следует предложить учащимся сравнить три вещества: стекло, воду, воздух. Сравнение этих веществ начинается с выделения сходных признаков. На данном этапе обучения главенствующая роль в осуществлении сравнения принадлежит учителю.

На вопрос учителя “Какое сходство вы замечаете у этих трех веществ?” учащиеся отвечают, что все вещества прозрачны и бесцветны. Затем можно предложить выделить отличительные признаки. Наблюдая вещества, учащиеся указывают, что стекло является твердым веществом, вода – жидким, а воздух – газообразным.

Обсуждаемые признаки (свойства) записываются в табличку:

Для того чтобы у учащихся не сложилось неправильное представление о том, что “только различные вещества могут находиться в твердом, жидком и газообразном состоянии”, можно поставить перед учащимися проблемный вопрос: “Известно ли на Земле такое вещество, которое при различных условиях может находиться в твердом, жидком и газообразном состоянии одновременно?”.

Варианты ответов могут быть различными. Вероятнее всего, в качестве примера учащиеся приведут воду (указывая, что в твердом состоянии вода – лед, в газообразном – пар, при обычной температуре вода – жидкость). Если сами учащиеся не смогут привести подобный пример, учитель должен навести их мысль, прочитав короткий стишок-загадка о воде:

Темным облаком летела, опустилась птицей белой,

Превратилась в человечка, постояла у крылечка,

Покатилась кувырком и запела ручейком! (Вода)

Для формирования понятия о цвете вещества учащиеся манипулируют с окрашенными веществами (например, сера, медный купорос, хромпик). Сначала они находят признаки сходства и отвечают, что вещества находятся в твердом состоянии, а потом различия – разный цвет (сера – желтый, медный купорос – голубой, хромпик - оранжевый):

Понятие о запахе, как свойстве вещества, формируется также на основе практического манипулирования с различными веществами. Для наблюдения можно выбрать два вещества (спирт и бензин), имеющие запах, и одно (вода) – без запаха. Сравнение веществ позволяет учащимся сделать вывод, что вещества могут иметь запах или цвет, но могут встречаться вещества и без запаха, и без цвета.

Этот фрагмент одного из первых уроков по химии показывает, что сравнение происходит всегда под определенным углом зрения, носит определенный, целенаправленный характер.

После проведения подобного сравнения можно “разыграть” проблемную ситуацию, предложив учащимся несколько других веществ с разными физическими свойствами (например, раствор уксусной кислоты и воду; алюминий и медь; разбавленные растворы аммиака и уксусной кислоты) и предложить осуществить их сравнение без помощи учителя по самостоятельно определенным критериям и сделать соответствующий вывод.

Приемы сравнения полезно использовать и в курсе органической химии, ориентируясь на проблемные ситуации на их основе.

Можно проводить сравнения на одном классе соединений, можно между несколькими классами, кроме того, полезно сравнение различных свойств органических веществ с неорганическими. Учащиеся уже имеют определенную базу знаний, поэтому сравнивать вещества они могут и самостоятельно (или, по крайней мере, должны учиться сравнивать).

При изучении тем “Предельные углеводороды” и “Непредельные углеводороды” обращается внимание на различные аспекты строения соответствующих молекул (метан, этилен, ацетилен). Возможно, что совместно с учителем учащиеся составляли аналогичную приведенной ниже таблицу:

На основе этой таблицы проводилось сравнение параметров строения соответствующих молекул, делался прогноз о реакционной возможности этих веществ, и осуществлялось обобщение сведений об углеводородах приведенных рядов.

Затем переходим к обсуждению их химических свойств.

Учащиеся знают, что химические свойства веществ зависят от их состава и строения. Молекулы этих веществ состоят из атомов углерода и водорода, поэтому, как все органические вещества, они должны гореть с выделением углекислого газа и воды.

CH₄ + 2O₂ —> CO₂ + 2H₂O

C₂H₄ + 3O₂ —> 2CO₂ + 2H₂O

2C₂H₂ + 5O₂ —> 4CO₂ + 2H₂O

При экспериментальном исследовании горения данных веществ, обращаем внимание учащихся на характер горения: у ацетилена пламя коптит, у метана оно имеет синеватый цвет, а у этилена – более яркое, и подтверждаем это различием массовой доли углерода в составе веществ.

Таким образом, по этому свойству углеводороды разных гомологических рядов сходны между собой. А в чем особенности их строения, от которых будут зависеть особенности химических свойств?

Учащиеся вспоминают, что в молекулах гомологов этилена и ацетилена имеются прочные () и непрочные () связи, и предполагают, что непрочные связи под действием реагирующих веществ могут разрываться. т.е. эти вещества должны вступать в реакцию присоединения (реакции с галогенами, водородом).

CH₂ = CH₂ + Br₂ —> CH₂Br – CH₂Br

CH=CH + Br₂ —> CHBr=CHBr + Br₂ —> CHBr₂ – CHBr₂

А метан и его гомологи не вступают в реакции такого типа, так как в их молекулах нет кратных связей, все связи атомов углерода насыщены до предела атомами водорода.

Метан и его гомологи вступают в реакции с галогенами, но только при действии света, причем атомы водорода замещаются атомами хлора (реакция замещения).

 

Таким образом, в зависимости от строения органические вещества по-разному реагируют с одни и теми же веществами (галогенами).

Кроме галогенов, непредельные углеводороды могут присоединять сложные вещества – галогеноводороды:

CH₂ = CH₂ + HCl —> CH₃ – CH₂Cl

CH ? CH + HCl —> CH₂ = CHCl + HCl —> CH₃ – CHCl₂

Реакции с бромной водой и раствором перманганата калия – качественные на все непредельные углеводороды. А как отличить алкены и алкины? - Качественной реакцией на алкины, т.е. реакцией с аммиачным раствором оксида серебра или оксида меди (I):

CH ? CH + Ag₂O —> AgC CAgv + H₂O

Молекулы алкенов могут соединяться между собой, образуя высокомолекулярные вещества.

Таким образом, в зависимости от строения углеводороды обладают разными свойствами. Сходное строение обуславливает сходные свойства, различное строение – различные свойства. Алканы более устойчивы, труднее вступают в реакции, алкены и алкины более реакционноспособны.

Далее учитель может попросить учащихся ответить на следующий вопрос: “Зная химические свойства углеводородов, предложите пути применения этих веществ. Можно ли использовать этилен, как метан, в качестве топлива?”

Ученики приходят к выводу, что, несмотря на большое выделение теплоты при горении (этилен 302, метан 213 ккал/моль), этилен не выгодно сжигать, так как из-за своей активности он в природе не встречается, и его пришлось бы получать искусственно для последующего превращения в весьма полезные материалы. Тогда возникает вопрос: как получить этилен, используя природное сырье? Вспомнив, что в природе распространены в основном предельные углеводороды, учащиеся предполагают, что получить этилен можно из метана, следует осуществить термический крекинг последнего, затратив значительное количество энергии.

На итоговом уроке (а в другом случае, как домашнее задание) по углеводородам можно предложить учащимся выполнить следующее задание проблемно-познавательного характера:

Осуществите сравнение как можно по большему числу критериев (показателей) следующие вещества:

• пропан,
• пропен,
• пропин

с целью выяснения, каким образом все данные вещества могут быть связаны с производством полипропилена - полимера, обладающего весьма ценными свойствами:

• бесцветный термопластичный материал,
• без запаха,
• обладает большой эластичностью и светопроницаемостью: пленка из этого материала прозрачнее, чем полиэтиленовая.

Очень перспективно применение полипропилена в производстве товаров широкого потребления.

Сделаем прогноз на определение параметров сравнения данных веществ:

агрегатное состояние плотность (абсолютная) плотность по воздуху (по водороду) запах цвет вкус массовые доли химических элементов

тип гибридизации электронных облаков атомов углерода типы химических связей в молекулах пространственное строение молекул веществ изменение типа гибридизации электронных облаков атомов углерода в результате химических превращений и соответствующее направление изменения пространственной геометрии молекул

химические свойства: реакции горения, их термохимический эффект, реакции замещения, окисления, присоединения (неполярных и полярных молекул) реакции полимеризации генетические взаимопревращения

Если в процессе обучения органической химии прием сравнения использовался многократно, и каждый раз обращалось внимание на выбор критериев сравнения, то подобное проблемное задание для учащихся будет под силу.