Решение экспериментальных задач как условие развития познавательного интереса учащихся

Химический эксперимент – одна из болевых точек преподавания химии в современных Российских школах. С одной стороны, эксперимент на уроках химии необходим. Он прямо требуется ФГОС, которые требуют от выпускников умения проводить эксперименты и оценивать полученные результаты, умения безопасно и эффективно использовать лабораторное оборудование, проведения точных измерений и адекватной оценки полученных результатов, формирования навыков безопасного обращения с веществами, умения устанавливать связи между реально наблюдаемыми химическими явлениями и процессами. Ключевую роль химического эксперимента в обучении химии отмечает как российская, так и западная методическая школа.

В процессе обучения химии эксперимент является своеобразным объектом обучения, методом исследования, источником и средством нового знания.

Основные функции эксперимента:

• познавательная, потому что он важен для усвоения учащимися основ химии, постановки и решения практических проблем, выявления значения химии в современной жизни;
• воспитывающая, потому что он способствует формированию научного мировоззрения школьников, а также важен для ориентации школьников на соответствующие профессии;
• развивающая, поскольку он служит для приобретения и совершенствования общенаучных и практических умении и навыков.

Требования к эксперименту.

• Наглядность, выразительность опытов.
• Кратковременность опытов.
• Убедительность.
• Доступность, достоверность.
• Безопасность выполняемых опытов.

Экспериментальная химическая задача – это модель проблемной ситуации, решение которой, в отличие от расчетной задачи, требует от учащихся не только мыслительных, но и практических действий на основе знания законов, теорий и методов химии, направленная на закрепление, расширение знаний и развитие химического мышления.

Решение экспериментальной задачи предполагает не только наличие у учащихся определенных теоретических знаний, но и владение соответствующими навыками химического эксперимента. В ходе решения таких задач ученик продолжает
расширять и углублять свои знания по химии, а также совершенствует специальные умения в проведении химических опытов.

Особая роль экспериментальных задач в том, что они формируют навыки самостоятельной работы учащихся, приучают их к аккуратности, совершенствуются внимание, наблюдательность.

Экспериментальные задачи – мощное средство развития мышления учащихся, они убеждаются в том, что за абстрактными формулами стоят реальные вещества с определенными свойствами, что эти свойства можно познать, изучить и применить на практике. Перед проведением эксперимента ученики должны предварительно наметить ход работы, продумать перечень химических реактивов, посуды и оборудования, необходимых для решения задачи. Наблюдая за ходом опыта, ученики подвергают анализу увиденное, учатся высказывать суждения. Решение практических задач является средством учета и контроля знаний, умений и навыков, приобретенных учащимися прежде.

Как и расчетные задачи, экспериментальные задачи могут применяться не только во время практических работ, но и на всех этапах обучения химии, включая объяснение, закрепление, обобщение, повторение, текущий и итоговый контроль знаний. Как правило, эксперимент включается в задания практических туров многих школьных олимпиад. Важной составляющей химических кружков, элективных курсов, индивидуальной исследовательской работы учащихся и даже домашнего эксперимента являются экспериментальные задачи.

Классификация экспериментальных задач.

В своей работе я использую следующие виды экспериментальных задач:

1. Задачи на получение веществ:

- Осуществите опытным путем следующие превращения: оксид меди (+2) → сульфат меди (+2) → гидроксид меди (+2). Выделите полученный гидроксид меди (+2) из смеси.

- Исходя из железа, получите гидроксид железа (+2).

- Получите гидроксид алюминия и докажите его амфотерный характер.

- Получите и соберите в пробирки водород и углекислый газ, докажите их наличие.

- В пробирку с раствором сульфата меди (+2) добавили кусочек натрия. Какие вещества при этом образовались?

2. Задачи на распознавание веществ:

- В трех пронумерованных пробирках находятся растворы хлорида, сульфата и карбоната натрия. Распознайте каждое вещество.

- В трех пронумерованных пробирках находятся растворы хлоридов железа (+2), железа (+3), алюминия. С помощью одного реактива определите каждое вещество.

3. Задачи на доказательство качественного состава веществ:

- Докажите, содержит ли хлорид натрия примеси сульфата натрия.

- Докажите качественный состав сульфата бария.

4. Задачи на объяснение наблюдаемого явления:

- Испытайте лакмусом растворы карбоната калия, хлорида алюминия, хлорида натрия. Объясните результаты испытаний.

- Прилейте к порции долго хранившегося в лаборатории оксида кальция раствор соляной кислоты. Объясните наблюдаемые явления.

Приведенная классификация химических экспериментальных задач не охватывает всего их многообразия. Необходимо отметить, что при решении учебных задач любого типа следует выбирать наиболее краткие, оптимальные и безопасные способы их выполнения.

Экспериментальные задачи можно решать в виде демонстрационного опыта учителем или учеником, в виде фронтальной формы решения задач всем классом, в качестве экспериментальных контрольных работ или вопросов, как домашнее задание и т.д.

При решении экспериментальных задач учащиеся последовательно овладевают следующими этапами исследования: постановка проблемы - построение гипотезы - проектирование опыта -  составление плана эксперимента - осуществление эксперимента - оформление результатов эксперимента - формулирование ответа.

Например, на уроке в 10 классе по теме «Мыла» учащиеся выполняли экспериментальную задачу «Исследование моющего действия растворов мыла и синтетического порошка». Данная задача решалась поэтапно:

1) Постановка проблемы.

Выяснить, почему СМС обладает более сильным моющим действием, чем мыло.

2) Построение гипотезы.

Причиной различного моющего действия исследуемых веществ является различие в их строении.

3) Проектирование опыта.

Исследовать моющее действие мыла и СМС в жесткой воде, определить среду растворов.

4) Составление плана эксперимента.

а) определить моющее действие мыла и СМС в жесткой воде.

б) с помощью индикатора фенолфталеина определить среду каждого раствора.

5) Осуществление эксперимента.

6) Оформление результатов эксперимента (в виде таблицы).

7) Формулирование выводов.

СМС обладают в 10 раз большей моющей способностью, чем мыла;

• не боятся жесткой воды, т.к. их кальциевые соли растворимы в воде;
• обладают более сильной щелочной средой, чем мыла.

Заинтересовавшиеся проблемой могут продолжить исследование во внеурочное время. Такая работа обеспечивает внутрипредметное и межпредметное углубление знаний, способствует развитию исследовательских умений и критического мышления. Экспериментальные задания на уроке успешно сочетаются с комплексными расчетными задачами, развивающими логическое мышление.

Говоря об ученическом эксперименте, нельзя не упомянуть такой его вид, как практикум. В практикуме ученики выполняют целую серию практических работ в конце большого раздела курса химии, включающего несколько тем. Практикум не исключает текущих практических занятий и лабораторных опытов, в этом случае в нем предлагаются более сложные задания. Я объединяю в практикум запланированные программой практические работы по темам. Например, в курсе химии 8 класса после изучения темы «Изменения, происходящие с веществами», у меня запланирован практикум №1 «Простейшие операции с веществом», а после изучения темы «Растворение. Растворы. Свойства растворов электролитов» - практикум №2 «Свойства растворов электролитов». В программу курса химии 9 класса включено два практикума: «Свойства металлов и их соединений», «Свойства соединений неметаллов».

Благодаря своему положению, практикум носит повторительно-обобщающий характер, а задания в нем требуют большей самостоятельности и включают ученические исследования. По этой причине практикум проводится чаще в старших классах.

Учащимся заранее перед практической работой даются задания, которые требуют предварительной домашней подготовки. Сначала ученик теоретически решает задачи и планирует свою деятельность на уроке. На этом этапе ученики, проводя мысленный эксперимент, заполняют таблицу, а затем проверяет гипотезы экспериментально.

При этом выбирается наиболее рациональный путь выполнения эксперимента и проводится исследование. На последнем этапе ученик анализирует полученные результаты и делает самостоятельные выводы. При этом объём заданий не должен быть слишком большим, а оформление работы должно быть чётким и лаконичным, не требующим больших затрат времени. В этом случае в течение урока ученик предоставляет продукт своей экспериментальной деятельности, краткое описание работы и логические выводы, сделанные в ходе работы.

Например, в 8 классе при выполнении экспериментальной задачи: «Определить, в какой из трех пронумерованных пробирок находятся вода, раствор соляной кислоты, раствор гидроксида натрия», таблица может быть составлена следующим образом:

При решении экспериментальных задач происходит самообразование учащихся, актуализация необходимых знаний, построение плана деятельности, анализ деятельности и результатов, рефлексия.

Решению экспериментальных задач я уделяю большое внимание в процессе предпрофильной и профильной подготовки учащихся по химии. Предпрофильное обучение химии мною осуществляется при изучении факультативного курса «Химия для восьмиклассников», и при изучении элективных курсов в 9 классе «Введение в неорганический синтез», «Экспериментальное решение задач по химии». Профильное обучение включает преподавание элективных курсов «Углубленное изучение органической химии через систему экспериментальных работ» в 10 классе, «Решение задач по химии», «Химия в вопросах ЕГЭ» в 11 классе.

Например, на занятиях элективного курса в 10 классе моими учащимися решались экспериментальные задачи: «Приготовление растворов индикаторов и вспомогательных реактивов». «Распознавание лекарственных средств и их идентификация», «Выделение из чая кофеина. Качественная реакция на кофеин», «Анализ пищевых продуктов»

На таких занятиях закрепляются и совершенствуются химические понятия о веществах и процессах. На основе решения задач, особенно качественных, легко организовать проблемное обучение.

Знания, полученные учащимися в ходе выполнения химических экспериментов, — ключ к успешной сдаче ОГЭ и ЕГЭ.

Практические работы, которые содержат задания, связанные с вопросами ОГЭ и ЕГЭ, позволяют качественно подготовить школьников к государственной итоговой аттестации. Для осознанного выполнения учащимися заданий 1 и 2 части ЕГЭ и ОГЭ необходимо развитие экспериментальных умений определять вещества по описанию физических и химических свойств.

Мною ведется постоянная работа в этом направлении, о чем говорит стабильные показатели качества знаний выпускников по химии (по результатам ЕГЭ и ОГЭ).

Для того чтобы достичь определённых результатов на олимпиаде ученики должны очень хорошо ориентироваться как в расчётных задачах, так и в выполнение экспериментальных заданий, предлагаемых в практической части работы. Поэтому навыки решения таких задач дают учащимся возможность справиться с предлагаемыми олимпиадными заданиями. Мои учащиеся ежегодно занимают призовые места в муниципальном этапе предметной олимпиады по химии.

Большую роль в формировании экспериментальных умений играет внеклассная работа по химии. В течение последних двух лет мои ученики, интересующиеся химией, проводили исследовательские работы. Учебно-исследовательская деятельность целесообразна в учебно-воспитательном процессе только тогда, когда учащиеся достаточно свободно могут ориентироваться в определенной системе знаний, что повышает долю их самостоятельности. Исследовательский подход учащихся не следует отождествлять с научным исследованием ученых. Учащиеся в основном не выявляют новых научных мыслей, но познают, усваивают, “переоткрывают” их для себя. Занятия по исследовательской работе учащихся провожу в течении всего года . Можно выделить следующие этапы моей работы, как руководителя проекта:

Одним из самых ответственных и важных моментов учебно-исследовательской работы является выбор темы исследования каждым учащимся. Я предлагаю примерный перечень тем для исследования. При определении тематики ученических исследований необходимо учитывать следующие критерии:

1) актуальность темы, недостаточность ее изученности и важность в практическом отношении;

2) соответствие интересам учащегося-исследователя;

3) реальная выполнимость;

4) возможность более глубокого осмысления общих закономерностей процессов, изучаемых избранной наукой;

5) обеспеченность необходимым количеством различных источников;

После завершения оформления работы я пишу рецензию на нее и сосредоточиваю свое внимание на подготовке учащихся к защите исследования.

В результате проделанной работы мои учащиеся успешно выполнили следующие учебно-исследовательские проекты:

1) «Определение физико-химических показателей молока», Самойлова Екатерина 10 класс.

2) «Исследование качества чипсов и их влияние на организм», Сачко Валерия 10 класс.

3) «Природные индикаторы», Тагланова Мадина 9 класс.

4) «Исследование состава и качества шоколада», Тагланова Фатима 11 класс.

Эти работы были представлены на школьной научно-практической конференции «В науку первые шаги» и были отмечены сертификатами. Работа Самойловой Е. была признана лучшей работой школьной научно-практической конференции «В науку первые шаги» и отправлена на краевую научно-практическую конференцию.

В связи с сокращением числа часов на изучение химии происходит постепенное сокращение химического эксперимента. Одним из выходов из сложившейся ситуации я считаю возможность использования домашнего эксперимента, как вида самостоятельной исследовательской работы.

Для домашних экспериментов я предлагаю учащимся следующие опыты:

- Изучение скорости горения свечи.

- Определение щелочного характера мыльного раствора с помощью самодельных индикаторов (сока черной смородины или свекольного сока).

- Определение временной жесткости воды.

- Действие каталазы на пероксид водорода.

С результатами домашнего исследования ученики выступают на уроке.

Опыт моей работы показывает, что целенаправленная и систематическая работа по формированию исследовательских умений учащихся способствует:

• усилению мотивации учебной деятельности;
• изменению качества учебного процесса в связи с использованием технологий научно-исследовательской деятельности (содружества);
• повышению интереса учащихся к химии;
• развитие самостоятельности в деятельности по приобретению знаний;
• интеллектуальному росту обучающихся.

Необходимо помнить, что решение экспериментальных задач — это не самоцель, а средство обучения, способствующее прочному усвоению знаний.