Вклад отдельных учебных предметов, в том числе химии, в формирование мировоззрения осуществляется не только путем сообщения новый знаний, но и через умственное развитие учащихся, развитие их познавательных способностей на материале данной науки.
Развивать логическое мышление учащихся в процессе обучения это значит:
- развивать умение сравнивать наблюдаемые предметы, находя в них сходство и различие; сравнение – это первая ступень познания вещей через посредство индукции;
- учить детей мысленно расчленять (анализировать) предмет на составные части в целях познания каждой составной части и соединять (синтезировать) расчлененные мысленно предметы в одно целое, познавая при этом взаимодействие частей и предмет как единое целое;
- вырабатывать умение выделять существенные свойства предметов и отвлекать (абстрагировать) их от второстепенных, несущественных;
- учить делать правильные выводы из наблюдений или фактов, уметь проверять эти выводы;
- прививать умение обобщать эти факты;
- развивать у учащихся умение убедительно доказывать истинность своих суждений и опровергать ложные умозаключения;
- следить за тем, чтобы мысли учащихся излагались определенно, последовательно, непротиворечиво, обоснованно.
Задача учителя – раскрыть возможности и способы использования логических приемов на химическом материале как в интересах привития навыков логического мышления вообще, так и в интересах получения учащимися более глубоких и осознанных знаний и навыков по химии.
Активное мышление возникает тогда, когда возникает проблема. Отсюда одним из условий решения задачи выработки логического мышления является проблемность. Изложение нового материала (новой темы) следует начинать с постановки общей проблемы. Эта проблема должна по возможности вытекать из изложения предшествующего материала, как логически необходимая очередная ступень познания. При этом намечается в общих чертах и путь решения проблемы.
В процессе изложения темы по намеченному плану возникают новые частичные проблемы, гипотезы, альтернативы, которые разрешаются либо посредством опытов, либо путем справок. Одним показом задача приобретения навыков логического мышления не может быть решена точно так же, как не решается, например, задача обучения работе на специальном станке только лишь показом мастером того, как с этим станком нужно обращаться. Необходимым условием является привлечение умственной деятельности учащихся к процессу накопления новых знаний. Эта цель достигается наиболее прямым путем при использовании эвристического метода.
В качестве примера рассмотрим логический анализ теоретической темы “Химическая реакция” с разбором методических приемов ее изучения. Это фундаментальное понятие химии формируется путем противопоставления химических явлений физическим. Здесь используется путь от живого созерцания к абстрактному мышлению. Знакомство с химическими реакциями начинается с наблюдения ряда реакций, подобранных с таким расчетом, чтобы в них по возможности участвовали и получались вещества, знакомые учащимся из их жизненного опыта, и чтобы в их совокупности проявлялись все важнейшие признаки химических реакций. При этом все полученные наблюдения целесообразно сопровождать фиксацией их в виде таблицы, в которую попутно, помимо признаков реакции, заносятся для использования в последующем условия протекания реакции:
Взятое вещество |
Условия реакции |
Признаки реакции |
Медь Сахар Магний |
Накаливание в воздухе Нагревание Зажигание |
Исчезновение блеска, образование черного порошка Почернение, выделение горючих газов, появление запаха Выделение тепла и света, образование белого дыма |
Попутно привлекается и жизненный опыт учащихся, например, в виде такого же разбора процесса ржавления железа.
Так как учащиеся уже ранее усвоили, что каждому веществу присущи определенные свойства, исчезновение при химических реакциях одних веществ и возникновение других с логической необходимостью приводит к заключению о разрушении в процессе каждой наблюдавшейся реакции исходных веществ и возникновении новых веществ. Этот вывод обобщается в определении понятия “химическая реакция”. Химические реакции – это явления, при которых из первоначальных веществ образуются новые вещества. Это умозаключение представляет собой пример неполной индукции. Неполной индукцией (пути от частичного к общему) в логике называется такой вид индуктивного умозаключения, в результате которого получается какой-либо общий вывод о всем классе предметов на основании рассмотрения лишь некоторых, немногих предметов данного класса.
Мы установили наличие общего признака у пяти – семи конкретных химических реакций, умозаключение же распространяет полученный вывод на все химические реакции. При этом нетрудно понять, что выводе определения понятия “химическая реакция”2 требования логики к неполной индукции не выполнимы. В данном случае при выводе определения обычно не подчеркивается, что при изучении химических реакций никогда не встречались такие реакции, при которых разрушение исходных веществ не сопровождалось бы образованием новых веществ. Более того, жизненный опыт учащихся как будто подсказывает существование и таких реакций сгорания разного рода горючих веществ. Таким образом, налицо нарушение правил индуктивного умозаключения. Это нарушение носит название “поспешного вывода”. Для устранения этой ошибки в число разбираемых примеров химических реакций необходимо и рассмотрение кажущихся исключений, например, в виде такого опыта. Зажигается парафиновая свечка. Учащимся из опыта известно, что ее горение сопровождается уничтожением материала, из которого она изготовлена – парафина. Пламя свечи накрывается сухим стаканом: на нем осаждаются капли воды. Доказано возникновение одного продукта реакции. Затем пламя прикрывается стаканом, стенки которого увлажнены раствором гашеной извести. По помутнению раствора удостоверяется возникновение второго продукта реакции – углекислого газа.Таким образом, и при горении парафина имеет место образование новых веществ взамен уничтожающегося вещества.
Опыт показывает, что очень многие учащиеся не сразу усваивают навык в подразделении явлений на физические и химические, и эта тема должна завершаться решением в классе и дома задач, например, следующих типов.
Какие из перечисленных явлений относятся к физическим и какие относятся к химических явлениям:1) появление зеленого налета на старинных медных монетах, 2) обращение расплавленного свинца в свинцовую дробь, 3) протухание яиц, 4) появление запаха при открывании флакона с духами, 5) появление зимой инея на деревьях, 6) взрыв пороха, 7) отстаивание мутной воды, 8) прокисание молока, 9) выделение кристаллов сахара при высыхании сахарного раствора (или “осахаривании” варенья) и т.д.
При решении подобных задач учащиеся приобретают навыки в применении умозаключения, противоположного индукции, – дедуктивного умозаключения, когда в результате получается новое знание о предмете или группе предметов на основании уже имеющегося некоторого знания об исследуемых предметах и применения к ним общего правила, действующего в пределах данного класса предметов.
Понятие “химическая реакция” подвергается развитию на всем протяжении курса химии. Основной материал для всякого рода умозаключений в химии черпается из наблюдений конкретных химических реакций. Рассмотрим реакцию горения фосфора в кислороде как одну из тех реакций, через которые выявляются химические свойства кислорода.
До этого учащиеся познакомились с признаками химической реакции и с двумя основными типами последних – соединением и разложением.
После постановки общей задачи опытов взаимодействия веществ с кислородом (выяснение химических свойств кислорода) учащимся предлагается познакомиться со свойствами красного фосфора, дать описание его физических свойств, причем учащиеся должны испытать растворимость фосфора в воде.
Затем проводится опыт горения фосфора в кислороде в обычном виде или лучше с поджиганием уже опущенного в кислород красного фосфора в железной ложечке с помощью электроискры от индукционной катушки.
Постановка опыта. Круглая колба, лучше – толстостенная (со стаканом опыт не выходит, т.к оксид фосфора (V) из-за его летучести не осаждается на стенках), наполняется кислородом, в нее опускается закрепленная на штативе железная ложечка с фосфором, стерженек которой присоединяется к одному полюсу индуктора. Конец другой проволоки, связанный с другим полюсом индуктора, приближается к чашечке с фосфором. Фосфор мгновенно воспламеняется.
Наблюдается яркое белое пламя, заволакивающееся густым белым дымом. Умозаключение: всякое пламя связано с выделением света и тепла; следовательно, появление пламени указывает на химическую реакцию. Но является ли этот признак необходимым и достаточным? Привлекается сходное по внешнему виду горение электролампочки и заключается, что по одному этому признаку причислять горение фосфора к химической реакции преждевременно. Можно лишь высказать подобное утверждение как гипотезу. В связи с этим ставится вопрос: что же является решающим признаком химической реакции? Уничтожение одних веществ и возникновение из них новых веществ. По каким признакам мы заключаем, что одни вещества разрушились, другие – возникли? По исчезновению признаков – свойств первых и появлению признаков – свойств последних.
После такой подготовки учащимся предлагается рассмотреть колбу, в которой был сожжен фосфор. Вместо красного они видят на ее стенках белый порошок. Исследуется растворимость его в воде. В отличие от исходного вещества, белый порошок в воде растворим. Признаки химической реакции налицо.
Учащиеся на данном этапе знают два типа химических реакций: разложение и соединение. Дальнейшее исследование горения фосфора и должно быть направлено на решение вопроса, не относится ли реакция горения к одному из этих типов.
Одним из необходимых условий правильного логического умозаключения является выполнение закона достаточного основания: умозаключение должно вытекать с необходимостью из своих предпосылок. Иногда утверждают, что установление самого фкта превращения фосфора в новое вещество при наличии кислорода является достаточным основанием для умозаключения: рассматриваемая реакция есть реакция соединения фосфора с кислородом, и незачем “ломиться в открытую дверь”, доказывая участие кислорода. Легко убедиться, что здесь налицо нарушение закона достаточного основания. При превращении того же красного фосфора в белый при нагревании в атмосфере азота налицо те же предпосылки: превращение одного вещества в другое при наличии третьего вещества (азота). Но в этом случае азот не участвует в реакции, он лишь играет роль химически инертной среды.
Таким образом, изучение горения фосфора требует новых наблюдений: участие в реакции кислорода есть лишь гипотеза, требующая доказательства. Для этого опыт может быть повторен в таком варианте.
Постановка опыта. Приготовляются большой стакан, наполненный кислородом и покрытый мокрым куском фильтровальной бумаги, и ванна с водой, на поверхности которой плавает пробка с фарфоровой лодочкой, наполненной красным фосфором. Фосфор поджигается и быстро накрывается перевернутым стаканом. В момент накрывания бумажка со стакана срывается.
По мере сгорания фосфора вода в стакане поднимается. Расходование не только фосфора, но и кислорода доказано. Горение фосфора подведено под определение понятия “реакция соединения” и тем самым сущность реакции раскрыта.
Такое же расчленение опытов должно проводиться при изучении других реакций в этом и в других разделах химии. В частности при изучении столь фундаментальной реакции как горение водорода после опыта, обнаруживающего образование при этом воды, может быть поставлен вполне безопасный опыт Шееле.
Постановка опыта. Собирается прибор по рисунку. Водород поджигается, и на его пламя опрокидывается круглодонная колба, предварительно наполненная кислородом. По мере расходования кислорода вода поднимается в колбу.
Вообще же к расчленению опытов следует прибегать во всех случаях, где это возможно и где это требуется в силу многообразия наблюдений, которые должны быть выполнены, независимо от того, требуются ли эти наблюдения для выполнения “закона достаточного основания”, или же это дополнительные наблюдения, лишь подтверждающие логическое умозаключение, для которого налицо “достаточное основание”.
Основное значение таких опытов для решения задачи воспитания логического мышления заключается в убеждении учащихся в том, что логическое мышление отображает реально существующие в природе связи вещей и явлений.