Химия – это многогранная, многоликая и очень интересная наука. Именно уроки химии позволяют ребёнку приблизиться к окружающему миру, к быту, к экологическим проблемам. Ведь всё что нас окружает прямо или косвенно касается химии. Это и растения, в которых протекает множество химических процессов, и продукты питания, при изготовлении которых применяется огромное количество химических веществ. А предметы быта, без которых не обходится наша жизнь! Ведь ежедневно мы чистим зубы, моемся, стираем бельё! Одним словом, всё что нас окружает – это производные натуральных или искусственно полученных химических веществ!
На уроках химии дети получают знания о химических веществах и процессах, происходящих между ними. Учащиеся выполняют опыты, подкрепляя теорию практикой. В школьной программе по химии существуют разделы, в которых очень много абстрактного материала. С одной стороны его трудно понять, а с другой стороны – без него невозможно разобраться в некоторых химических закономерностях. Далеко не каждый ребёнок способен включить воображение и представить, например атом – частицу настолько мелкую, что мы не можем её посмотреть, или орбиталь, по которой движется электрон! Для подачи такого учебного материала, а также в некоторых случаях для более быстрого запоминания определённых понятий, я часто использую на своих уроках аналогии. Действенность подобной методики (работы с аналогиями) доказана многовековым опытом человечества. В Древней Греции философ Платон, создавший теорию объективного идеализма, пытался объяснить существование не одного, а двух миров, один из которых видим и осязаем, но является при этом ложным, а другой, невидимый, а только постигаемый разумом, как раз и является истинным. Он пришёл к выводу, что подобные абстрактные размышления становятся гораздо понятнее и доступнее, если провести некую жизненную аналогию. И тогда он использовал знакомый каждому его современнику пример. Платон предложил представить выжженную степь, по которой идут люди, едут повозки. Вдоль дороги есть глубокий овраг, на дне которого, прикованные цепями к деревянным тумбам, сидят рабы-преступники. Так в Греции были организованы тюрьмы. Не имея возможности встать, они были обречены всегда видеть только тени тех, кто идёт по дороге, и слышать отзвуки того мира, который им недоступен. Так и человек в своей земной жизни, говорил Платон, видит, осязает и слышит нечто искажённое и неверное, не соответствующее истине. А в начале Средних веков первые христианские священники, убедившись в абсолютной невозможности объяснить абстрактные принципы христианской этики недавним идолопоклонникам, изобрели даже особый жанр, который так и назывался – «примеры». С помощью этих небольших, очень конкретных и жизненных рассказов, основанных на реальных ситуациях и событиях, происходивших рядом с их прихожанами, священники и доносили до сознания людей основные религиозные догмы. Но даже если не обращаться к столь отдалённым историческим примерам, можно с уверенностью сказать, что любой педагог, знакомый с методом синектики (это метод психологической активации учащихся, основанный на решении проблем с помощью привлечения примеров из других жизненных сфер), понимает необходимость обращения к конкретному жизненному опыту или жизненным впечатлениям обучаемых. Так можно добиться максимального результата при усвоении «сухого» теоретического материала.
При изучении темы «Строение атома» я использую следующие аналогии:
1. Класс как аналогия строения электронной оболочки атома.
Представим, что окно в нашем классе – это ядро атома, а всё что находится в пределах класса – электронная оболочка. Тогда ряды парт – это энергетические уровни, сами парты – энергетические подуровни или орбитали, а ученики, сидящие за ними – электроны ( см. рис. 1). Стоит сделать оговорку: количество орбиталей на энергетических уровнях будет разное в зависимости от того, насколько уровень далеко расположен от ядра. Оказывается, первый уровень содержит только одну орбиталь (1 парту) второй – четыре орбитали (4 парты), третий – девять орбиталей (9 парт) и так далее. У ребят невольно возникает вопрос, а сколько всего энергетических уровней может быть? Тогда мы возвращаемся к таблице Менделеева Д.И. и вводим определение количества уровней для каждого конкретного элемента по номеру периода, в котором он расположен. Поскольку периодов всего семь, то и уровней такое же число.
Рис. 1
2. Ученики, сидящие за одной партой как аналогия двух электронов, находящихся на одной орбитали.
Удобно ли было бы сидеть за партой втроём, вчетвером? Нет! Вот и электронам комфортно располагаться по два на каждой орбитали . Поскольку о квантовом спиновом числе ребята узнают лишь в 11 классе, имеет смысл поговорить об индивидуальности. Учитель задаёт ребятам вопрос о том, отличаются ли они друг от друга? И получает закономерный ответ: конечно, отличаются внешностью, чертами характера, полом, одеждой, привычками. Хоть и сидят ребята за одной партой, но они совершенно разные люди (см. рис. 2). Вот и электроны, казалось бы очень похожие частицы, а оказывается тоже отличаются друг от друга. Электроны передвигаются не только в пространстве, но ещё имеют ось вращения: один электрон вращается по часовой стрелке, а другой – против часовой стрелки. Это различие электронов мы отображаем в графической электронной формуле, когда одна стрелка направлена вверх, а другая вниз (см. рис. 2). Итак, подведём итог: на одной орбитали может находиться не более двух электронов, отличающихся друг от друга осью вращения.
Рис. 2
3. «Правило автобуса» как аналогия последовательного заполнения электронами уровней и орбиталей.
Вообразим ситуацию: мы стоим на автобусной остановке, подъезжает автобус, в котором заняты почти все места кроме двух – одиночное и двойное. На двойном месте уже есть один пассажир. Зададимся вопросом – с точки зрения большинства людей, куда предпочтёт сесть человек, заходящий в автобус? Как правило, сначала человек садится на свободное одиночное место, а уж если там будет занято, то подсядет на место к другому пассажиру (см. рис. 3). Точно так же себя ведут и электроны: каждый электрон на p, d, или f-орбиталях занимает своё отдельное место, а оставшиеся присоединяются. Так легко запоминается последовательность заполнения электронами орбиталей.
Рис. 3
Очень сложно даётся представление о кристаллических решётках. И здесь тоже будут кстати аналогии.
1.Построение военных на параде как аналогия молекулярной кристаллической решётки.
Обычно при подготовке к параду или просто при построении на плацу каждый солдат имеет своё конкретное место. Он не имеет возможности легко двигаться, в строю – дисциплина и порядок (см. рис. 4). В кристаллической решётке тоже определённый порядок, молекулы располагаются в узлах решётки, имея каждая своё место. Они малоподвижны и потому образуют твёрдую структуру.
Рис. 4
2. Цирковые гимнасты как аналогия атомной кристаллической решётки.
Побываем мысленно в цирке на представлении гимнастов. Вспомним, как они строят пирамиду и почему то не падают. Прежде всего, дело в хорошей физической подготовке и постоянных тренировках. Но очень многое зависит и от того как будет подготовлен каждый гимнаст в отдельности. Ведь в пирамиде каждый человек находится в зависимости от своего соседа. Благодаря усилиям каждого участника пирамиды создаётся довольно прочная структура (см. рис. 5). Точно так же как гимнасты, ведёт себя атомная кристаллическая решётка. Атомы прочно связаны между собой. Поэтому вещества образуют прочную структуру. Например, углерод способен образовать такой прочный кристалл как алмаз. Или к примеру рыболовная сеть: разорвётся одно звено сети и начинает разрушаться остальное.
Рис. 5
3. Взаимный интерес подростков друг к другу как аналогия ионной кристаллической решётки.
Пока дети находятся в начальной школе, они общаются, играют и примерно одинаково воспринимают друг друга, не акцентируя внимания на принадлежности к полу. Но наступает время, и дети взрослеют: у мальчиков появляется повышенный интерес к девочкам, а у девочек – к мальчикам. При этом все они в равной степени могут понравиться друг другу. Каждый человек оказывается в зоне действия влечения окружающих его представителей противоположного пола. Между ними складываются более серьёзные и прочные взаимоотношения (см. рис. 6). В ионной кристаллической решётке такой же порядок: катионы (девочки) и анионы (мальчики) расположены в её узлах и удерживаются силами электростатического притяжения. За счёт него ионные кристаллы достаточно прочные.
Рис. 6
По мере изучения химии, учащиеся знакомятся с веществами, разбирая не только их внешние признаки – физические свойства, но и химические свойства. Учитель обучает их отображать химические процессы с помощью уравнений реакций. Ребята должны сразу освоить множество правил – составления химической формулы, написания химических уравнений реакций, относящихся к разным типам. На помощь снова приходят аналогии.
1. Создание супружеской пары как аналогия сложного вещества, состоящего из катиона и аниона.
Люди, вступающие в брак, обладают разными чертами характера, у них разные привычки, распорядок дня. Но несмотря на это, они образуют супружескую пару, начинают вести совместный образ жизни и становятся единым целым, создавая семью (см. рис. 7). Так же образованы и сложные вещества: кислоты, основания и соли. Они, как супружеские пары, состоят из разноимённо заряженных ионов катиона и аниона, которые притягиваются друг к другу. И так будет всегда. В сложном веществе не может быть два катиона или два аниона.
Рис. 7
2. Изготовление теста как аналогия реакции соединения.
В основе классификации химических реакций лежит признак сложности веществ. Представим ситуацию: мы решили испечь пирог. Для изготовления теста нам необходима мука, молоко, сахар, соль, масло, дрожжи. Мы взяли несколько компонентов, а получим сложный продукт – тесто (см. рис. 8). В реакциях соединения тот же принцип: вступает несколько простых или сложных веществ, а образуется всегда одно сложное.
Рис. 8
3. Смена партнёра в танце как аналогия реакции обмена.
Как быстро научить записывать реакции обмена? Пусть мы находимся на танцплощадке. Танцуют две пары. В танце предусмотрена смена партнёров. Если представить, что в каждой паре юноша заряжен как катион, а девушка -как анион, то при смене партнёров, опять образуется две пары из юноши и девушки (см. рис. 9). При протекании реакции обмена происходит обмен составными частями в сложных веществах. Идёт образование новых сложных веществ, каждое из которых состоит из разноимённо заряженных ионов.
Рис. 9
При изучении темы «Скорость химической реакции. Химическое равновесие» учитель говорит о делении реакций на обратимые и необратимые. Необратимыми считают реакции, протекающие до конца, которые сопровождаются выделением осадка, газа или воды. А вот представить обратимый процесс можно с помощью аналогии.
1.Движение потоков людей в метро как аналогия обратимого процесса.
В метро происходит постоянная смена людей. Одни движутся вниз, а другие поднимаются вверх по эскалатору (см. рис. 10). Такое движение является наглядным примером обратимого химического процесса.
Рис.10
А теперь вспомним хорошо знакомую каждому человеку ситуацию. В холодное время года организм часто не может сразу адаптироваться к неблагоприятным условиям, иммунитет понижается и человек заболевает. У нас болит голова, появляется насморк, кашель, повышается температура. Как изменить наше состояние в лучшую для нас сторону? Необходимо принять лекарство и у нас начинает снижаться температура. Наше состояние смещается в сторону выздоровления (см. рис. 11). Аналогичный процесс происходит в обратимой реакции при воздействии на химическую систему повышением температуры. Динамическое равновесие смещается в сторону той реакции (прямой или обратной), в которой происходит понижение температуры, то есть в сторону эндотермической реакции.
Рис. 11
Сравнения сложных химических процессов с различными ситуациями из нашей жизни выполняют разнообразные функции: дают возможность представить то, что невозможно увидеть в школьных условиях, служат средством открытия новых закономерностей, объясняют некоторые явления, помогают запомнить сложные научные понятия и познать их сущность. «Аналогии» делают уроки более интересными, разнообразными, нескучными, а учебный материал более понятным.