Статья "Решение расчетных задач по химии, как способ совершенствования химической компетентности"
статья по химии (11 класс) по теме

АППО

Методическая разработка: «Решение расчётных задач по химии»

                                                                                                                                                                                                                                                                                              Выполнила:                                                                                                    Преподаватель ГОУ НПО

                                                                        ПЛ № 80 Выборгского

                                                                        района

                                                                        Бердышева Л.А.

                                                                        Руководитель:

                                                                        К.п.н, куратор годичных                                                                                 курсов повышения                                                                                         квалификации АППО

                                                                        Лёвкин А.Н.

Санкт-Петербург

2012-2013

Оглавление:

1. Введение        

2.        Роль и место расчетных задач в курсе химии        

3.        Психолого-педагогические основы применения и решения школьных задач по химии        

4.  Межпредметные и курсовые связи при решении расчетных задач по химии        

5.        Общие рекомендации к решению и оформлению расчетных задач        

6.  Решение типовых задач в формате компьютерной презентации.        

Список литературы:        

1. Введение

В системе школьного образования и воспитания определенная роль отводится химии. Ее изучение способствует формированию мировоззрения, развивает у учащихся умение видеть химизм процессов, происходящих в природе и технике, ориентирует школьников на выбор «химических» профессий.

При изучении химии во многих школах используется преимущественно описательная часть курса. Количественные закономерности рассматриваются не систематически, хотя изучение химических явлений, законов и теорий без учета количественной стороны явлений может привести к поверхностным или ошибочным представлениям. Умение решать расчетные задачи является одним из показателей уровня развития химического мышления школьников, глубины усвоения ими учебного материала

Некоторые учителя уделяют недостаточно внимания этому важному вопросу. В результате, как показывают проверочные контрольные работы, олимпиады, вступительные экзамены, учащиеся слабо решают расчетные задачи по химии. Выход из положения — рациональное планирование изучаемого материала с учетом смежных дисциплин, правильное использование задач в учебном процессе, усиление их дидактической роли. Недопустим эпизодический характер обучения решению расчетных задач.

2. Роль и место расчетных задач в курсе химии

Значение решения задач в школьном курсе химии переоценить трудно. Во-первых, решение задач — это практическое применение теоретического материала, приложение научных знаний на практике. Успешное решение задач учащимися поэтому является одним из завершающих этапов в самом познании.

Решение задач требует от учащихся умения логически рассуждать, планировать, делать краткие записи, производить расчеты и обосновывать их теоретическими предпосылками, дифференцировать определенные проблемы на отдельные вопросы, после ответов на которые решаются исходные проблемы в целом.

При этом не только закрепляются и развиваются знания и навыки учащихся, полученные ранее, но и формируются новые.

Решение задач как средство контроля и самоконтроля развивает навыки самостоятельной работы; помогает определить степень усвоения знаний и умений и их использования на практике; позволяет выявлять пробелы в знаниях и умениях учащихся и разрабатывать тактику их устранения.

Во-вторых, решение задач — прекрасный способ осуществления межпредметных и курсовых связей, а также связи химической науки с жизнью.

При решении задач развиваются кругозор, память, речь, мышление учащихся, а также формируется мировоззрение в целом; происходит сознательное усвоение и лучшее понимание химических теорий, законов и явлений. Решение задач развивает интерес учащихся к химии, активизирует их деятельность, способствует трудовому воспитанию школьников и их политехнической подготовке.

Исходя из вышеуказанной роли задач в курсе химии вытекает их место в процессе обучения.

При объяснении нового материала задачи помогают иллюстрировать изучаемую тему конкретным практическим применением, в результате учащиеся более осознанно воспринимают теоретические основы химии.

Использование задач при закреплении новой темы позволяет учителю выявить, как усвоен новый материал, и наметить методику и план дальнейшего изучения данного вопроса.

Решение задач дома способствует привлечению учащихся к самостоятельной работе с использованием не только учебников, но и дополнительной, справочной литературы.

С целью текущего, а также итогового контроля и учета знаний лучшим методом является также расчетная задача, так как при ее решении можно оценить все качества ученика, начиная от уровня знания теории до умения оформлять решение в тетради.

Особое место занимает решение задач при повторении и обобщении учебного материала. Именно здесь в большей степени реализуются курсовые и предметные связи, а также системность и целостность изучаемой темы или курса в целом.

Большие возможности в обучении и воспитании школьников заложены в применении задач на факультативах и во внеклассной работе. Здесь ученикам предлагаются усложненные задачи, в том числе с более выраженной политехнической направленностью, а также задачи занимательного и научно-популярного характера.

Таким образом, использование расчетных задач в школе позволяет в значительной мере решать основные функции обучения и воспитания.

Обучающие функции (их можно считать ведущими) обеспечиваются формированием важных структурных элементов знаний, осмыслением химической сущности явлений, умением применять усвоенные знания в конкретно заданной ситуации. Решение задач — это активный познавательный процесс.

Воспитывающие функции реализуются формированием мировоззрения, осознанным усвоением материала, расширением кругозора в краеведческих, политехнических вопросах. Учебные задачи являются действенным средством воспитания трудолюбия, настойчивости, воли, характера.

Развивающие функции проявляются в результате формирования научно-теоретического, логического, творческого мышления, развития смекалки учащихся, в будущем — изобретательности и ориентации на профессию химика. Решение задач — это мыслительный процесс.

Учитывая дидактические функции учебных задач, учитель сможет реализовать образовательные, воспитательные и развивающие цели в их единстве и дидактической связи.

3. Психолого-педагогические основы применения и решения школьных задач по химии

Психологи по-разному трактуют понятие «задача», связывая его с другими родственными понятиями. По словам А. И. Леонтьева, «задача — это цель, данная в определенных условиях». При характеристике процессов мышления задачу определяют как ситуацию, в которой субъект для достижения сформулированной цели должен выяснить неизвестное на основе использования его связи с известным.

Л. М. Фридман считает, что задача — это «знаковая модель проблемной ситуации». По определению Я. А. Пономарева, «задача есть... ситуация, которая определяет действие субъекта, удовлетворяющего потребность путем изменения ситуации». В кибернетике для определения задачи вместо понятия «субъект» вводится понятие «решающая система», это расширяет возможности средств решения задачи: задачу может решать машина. Человек в отличие от машины не только решает строго поставленные задачи, но и совершенствует процесс познания, добиваясь новых теоретических и практических результатов. Решение задач есть вид творческой деятельности, а поиск решения — процесс изобретательства. Учебную же задачу принято считать частным случаем задачи вообще. Таким образом, основным содержанием задач являются проблемные ситуации, решение которых возможно в результате творческого поиска. При этом необходимо учитывать как специфику изучаемого предмета, так и психологические закономерности процесса решения.

На основе анализа психологической и методической литературы химической задаче можно дать такое определение:

ХИМИЧЕСКАЯ УЧЕБНАЯ ЗАДАЧА — это модель проблемной ситуации, решение которой требует от учащихся мыслительных и практических действий на основе знания законов, теорий и методов химии, направленная на закрепление, расширение знаний и развитие химического мышления.

Решение задач не самоцель, а цель и средство обучения и воспитания учащихся. В связи с этим проблема решения задач является одной из основных для дидактики, педагогической психологии и частных методик.

Сформулировать задачу, приступить к решению с пониманием ее психологической сущности означает найти проявление тех внешних обстоятельств, через которые обеспечивается умственная активность школьников. Если эти обстоятельства станут предъявляться не в виде задачи, то они не будут вызывать у учащихся необходимых усилий и ограничатся лишь фиксацией отдельных бессвязных фактов.

Трудность решения задач зависит от объективного содержания и субъективного опыта. Задачи бывают репродуктивные и продуктивные. Механизм их решения различен. Репродуктивные — это типовые задачи, при решении которых возможно применение алгоритмов. В этом случае учитель сам объясняет ход их решения.

Продуктивные — творческие задачи, в них необходимо самостоятельно найти способы решения. Для этого недостаточно организованного опыта, необходим качественно иной опыт, заключающийся в умении логически мыслить, анализировать ситуацию в способности к интуитивному решению проблемы как высшего проявления логического мышления.

Психологический анализ обучения свидетельствует о том, что усвоение знаний происходит в процессе активной мыслительной работы учащегося при решении им задачи через выделение существенных сторон проблемы путем анализа, абстрагирования и обобщения. Решение задач предполагает целенаправленный, научно обоснованный ход деятельности. Бессистемно отобранные задачи, не связанные с теориями и законами, не обеспечивают должного развития мышления. Необходима продуманная система последовательно усложняющихся задач, отражающих явления в их взаимосвязи и развитии. Следует обращать внимание на применение полученных знаний на практике.

Правильно подобранные задачи в соответствии с уровнем развития учащихся не только реализуют их психологический потенциал, но и мобилизуют личность в целом, охватывая эмоциональную сферу, интересы, потребности.

По наблюдениям психологов, учителей, методистов сверхтрудные задачи, превышающие известный барьер сложности, не стимулируют, а, наоборот, снижают уровень мышления и не приносят пользы. Чтобы задачи будили мысль и развивали мышление, они должны быть посильны. Тогда мысль учащегося последовательно переходит от одного объекта к другому, это приковывает его внимание к задаче и стимулирует дальнейшее решение. Итак, решение задач с психолого-педагогической точки зрения:

1.  учит мыслить, ориентироваться в проблемной ситуации;
2. предполагает   активную   продуктивную   деятельность   с определенной  глубиной,  широтой  и самостоятельностью  решения, которая должна быть направлена на установление переноса знаний на новые объекты;
3. проявляет взаимосвязь представлений и понятий;
4. содействует конкретизации и упрочению знаний;
5. ведет к лучшему пониманию учащимися химических явлений в свете важнейших теорий;
6. позволяет установить связь химии с другими предметами, особенно с физикой и математикой;
7. является средством закрепления в памяти учащихся химических законов и важнейших понятий;
8. служит одним из способов учета знаний и проверки навыков, полученных в процессе изучения предмета;
9. воспитывает в процессе изучения у учащихся умение использовать    полученные    знания    для    решения    практических проблем, тем самым связывая обучение с жизнью и деятельностью человека.

Как видим, учебные задачи имеют огромное развивающее значение, поэтому важно понять природу мышления и знать механизмы их решения.

Природа внимания у школьника такова, что он не способен долго концентрировать его на одном предмете. Длительное решение подряд однотипных задач приводит к тому, что учащиеся новую предложенную задачу решают по-старому, не замечая, что ситуация в целом изменилась. Они перестают видеть существо предмета, действуя по шаблону. Проявляется некая инерция   мысли,   трудность   перехода   от   одних   представлений   к другим. Учитывая это, учитель при работе над задачами должен обращать внимание  на  анализ  их условий.  При  решении  новых, более сложных задач ученики часто делают ошибки в простых  действиях,  которые   им  хорошо  знакомы,  т.   е.   при   концентрации умственных усилий на решение относительно новой задачи наступает ослабление остроты осознания и мышления при выполнении привычных операций. Поэтому в разборе задач нового типа нужна четкость, немногословие, нет необходимости давать слишком много объяснений, ибо это может ослабить внимание. Если учащимся что-то неясно, то этот момент при разъяснении следует повторить теми же словами, что и в первый раз, изменив лишь интонацию и ритм речи.

Психологами обнаружена закономерность в поведении человека при решении задач. Он разбивает задачу на некоторое число более простых, т. е. ставит перед собой промежуточные вопросы (анализ задачи). Затем приступает к очередной проверке ряда простых задач, накапливая количественную информацию. Решив их, переходит к решению сложной — синтезирует. Таким образом, задачи решаются путем анализа и синтеза в совокупности. Иногда анализ протекает в скрытом виде (решающий провел анализ быстро, незаметно для себя, по шаблону), в таком случае создается впечатление, что имеет место только синтез. Поэтому цель учителя — не только подобрать задачи к уроку, но и обдумать, как он будет обучать учащихся разбивать подобранные задачи на более простые.

Проводя исследования в области решения задач, П. Линдсей и Д. Норман пришли к выводу, что при работе над любой сложной задачей «главным фактором, определяющим ход внутренних процессов решения задач и принятия решений, являются ограниченные возможности для кратковременного хранения информации».

У человека мала емкость оперативной памяти, это накладывает определенные ограничения на структуру и степень сложности процессов мышления. При решении ему приходится контролировать продвижение процесса решения и полученные промежуточные результаты; для этого он привлекает своего рода внешнюю память: записывает, делает пометки о путях решения задач.

Чтобы облегчить положение, учитель должен обучать учеников рациональным способам записи условий и решения задач. При подборе задачи для устного и письменного решения учителю необходимо уметь варьировать условие задачи, учить видеть скрытые данные.

Таким образом, регуляция хода решения задач требует сформированности логически контролируемых, осознанных мыслительных действий. Процесс мыслительной деятельности должен управляться учителем, он требует максимального учета природы процесса, согласования каждого воздействия с закономерностями его протекания, что гарантирует достижение конечной цели. Учащиеся первоначально не умеют выполнять действия по решению задач, им помогает в этом учитель. Постепенно они приобретают соответствующие умения, именно на этом этапе у них складывается химическое мышление, умение учиться. Для формирования обобщенного способа решения типовой химической задачи учащиеся должны решить несколько аналогичных задач на закрепление.

4.  Межпредметные и курсовые связи при решении расчетных задач по химии

Важнейшее требование дидактики и психологии — постоянно развивать и обобщать знания учащихся. В достижении этих целей огромное значение имеет умение учителя опираться на знания учеников, полученные при изучении других предметов.

Изучение химии в тесной связи с другими предметами, например с биологией, физикой, математикой и т. д., позволяет учителю избежать дублирования в учебном процессе, помогает повысить качество знаний, более интересно строить уроки, привлекать учащихся к активной работе в процессе обучения, дает возможность экономить время и использовать его на решение задач. Учет знаний смежных дисциплин повышает авторитет учителя, что имеет немаловажное значение в процессе обучения и воспитания.

Рациональное использование знаний по физике и математике для решения расчетных химических задач в свете политехнической подготовки учащихся — одна из важнейших методических проблем. В химической задаче должно оставаться самое главное — химическое содержание, которое является ведущим и определяющим компонентом в структуре решения химических задач.

Необходимо использовать химические знания и химические действия: теории и законы, лежащие в основе предложенной задачи. В химической задаче не должно быть голых формул и цифр.

Рассмотрим, какие знания по физике и математике можно использовать при решении расчетных химических задач.

Применение понятий физики в химии может иметь свои особенности и специфику, на что учитель должен обратить внимание учеников. Ни в коем случае нельзя допускать принципиально различных толкований величин и единиц их измерения со стороны учителей-предметников. Как правило, за основу обозначения величин необходимо брать Международную систему единиц, хотя в курсе химии более употребительны такие единицы, как грамм, литр, миллилитр и т. д.

5. Общие рекомендации к решению и оформлению расчетных задач

Как научить школьников решать задачи, является одной из наиболее сложных педагогических проблем. Сложность ее объясняется тем, что невозможен общий метод (алгоритм), овладение которым гарантировало бы решение любой задачи. Иногда наблюдается погоня за количеством решения задач, некоторые учителя считают, что, чем больше учащиеся решают задач, тем лучше. Между тем, чтобы сформировать у учащихся обобщенное умение решать задачи, необходимо знать принципы их решения. В работах ряда ученых сделана попытка создать единую структуру процесса решения любой задачи.

Как показывают наблюдения, большая доля времени у учеников уходит на поиски путей решения задачи. Мысль учащегося «свободно блуждает» вокруг и около задачи. Он не знает, с чего начать, за что ухватиться, к чему идти. Основоположник эвристики Д. Пойа попытался найти общий подход к решению задачи, он стремился направить мысль учащегося в определенное русло. Его работы посвящены детальному анализу четырех этапов процесса решения задач, составляющих четыре главные части «таблицы Пойа»: понимание постановки задачи, составление плана, осуществление плана (т. е. решение задачи) и взгляд назад (т. е. изучение полученного решения). В основу «таблицы Пойа» положена мысль о том, что всякая новая задача решается на основании предыдущего опыта учащегося, а не просто путем догадки.

Значение рекомендаций Д. Пойа состоит в том, что они способствуют формированию структуры рассуждений при поиске решения, задают правильную ориентацию на поиск, в результате чего повышается вероятность успеха и уменьшается время поиска. Но это не означает, что в общем методе найден ключ к решению любой задачи.

Книга Д. Пойа «Как решать задачу» — существенный вклад в методику математики. Его эвристические рекомендации полезны и при решении задач по химии.

В качестве примера приведем несколько правил суждений о решении задач в виде пословиц из работ Д. Пойа.

«Обдумай цель раньше, чем начать...» (К сожалению, не все считаются с таким хорошим советом и люди начинают вносить предложения, обсуждать и даже бороться за дело, не поняв, какой цели они добиваются.)

«С началом считается глупец, о конце думает мудрец». (Если вы не уяснили конечной цели, нетрудно при решении задачи сбиться с пути, а затем и вовсе забросить ее.)

«Мудрый меняет свои решения, а дурак никогда». (Если мы терпим неудачу, приходится пробовать другие средства и другие пути.)

«Подмечай главную возможность». (Преимущество «знатока» в том, что он всегда начеку и лучше ориентируется в ситуации.)

«Желаемое мы охотно принимаем за действительное». (Наш план дает лишь один общий контур решения. Надо убедиться, что детали соответствуют ему, поэтому мы должны внимательно рассмотреть каждую из них одну за другой.)

Общего рецепта для решения любой задачи нет, но целесообразно придерживаться определенной схемы при ее решении.

Решение задачи всегда следует начинать с анализа условия и составления плана ее решения, при этом определяются:

1. числовые данные задачи, которые при необходимости приводятся в единую систему единиц (количественная сторона задачи);
2. перечень химических веществ и явлении в их взаимосвязи и  взаимообусловленности,  основные теоретические  положения, необходимые для решения задачи (качественная сторона задачи);
3. соотношения   между  качественными  и   количественными данными задачи в виде формул, уравнений, пропорций, законов;
4. алгоритм решения задачи, т. е. последовательность ее решения,   начиная   с   конечного   вопроса   задачи   до  данных   по условию.

Проанализировав задачу и наметив план решения, приступают к его выполнению. Записывают кратко условие задачи, используя общепринятые обозначения и сокращения. Каждое действие решения оформляется вопросом, результат вычисляют с необходимой точностью с обозначением соответствующих единиц. Например:

Задача. Определите содержание хлороводорода в растворе (в массовых долях и процентах), полученном растворением хлороводорода объемом 50 л, измеренного при нормальных условиях, в воде объемом 400 мл.

Анализ условия. Количественная сторона задачи — дано 50 л хлороводорода и 400 мл воды.

Качественная сторона задачи — при растворении хлороводорода в воде образуется соляная кислота.

Взаимосвязь количественной и качественной сторон задачи — важнейшей характеристикой раствора является его состав, который показывает массовую долю (в процентах) растворенного вещества в растворе.

Алгоритм решения (разрабатывается с последнего вопроса задачи к первому): а) массовая доля растворенного вещества в растворе определяется отношением массы растворенного вещества к массе всего раствора с последующим умножением на 100%; б) масса раствора определяется суммой масс растворенного вещества и растворителя; в) масса хлороводорода определяется на основе закона Авогадро; г) масса воды определяется по формуле т = рУ', д) объемы воды и хлороводорода даны в условии задачи; плотность воды равна 1 г/мл.

Определив алгоритм решения, приступаем к записи условия задачи и ее решения, начиная от пункта д) до пункта а).

Дано:

V(НС1) = 50 л,

V(Н2О) = 400 мл

Найти: 1) W%(HCL)= ?

 р(Н2О)=1  г/мл

Решение:

1.  Определим массу воды.

т = рУ;m (Н2О)= 1,00.400 = 400 (г)

2.   Определим   массу  50 л  хлороводорода.   М(НС1) = 36,5   г/моль, значит,

УМ       50-36.5       01      Г      /       \

M(НС1)=VM:Vm=81,5(г)

3.  Определим массу раствора.

400 + 81,5 = 481,5 (г)

4.   Определим   массовую   долю   хлороводорода   в   растворе.

 W%(HCL)=16,9 %

Ответ:  16,9%.

При решении задач анализ условия и составление алгоритма обычно в тетради не записываются, однако на первых порах и особенно при решении усложненных многовопросных задач можно рекомендовать записывать алгоритм в тетради в виде схемы. Первым пунктом в этой схеме ставится ответ задачи, а последними — ее первый вопрос и данные условия задачи

6.  Решение типовых задач в формате компьютерной презентации.

(Приложение компьютерная презентация «Решение задач»)

Список литературы:

1.Г.И.Штремплер, А.И.Хохлова «Методика решения расчётных задач по химии 8-11»

Москва Изд. Просвещение 2001 г.

2.И.Г.Хомченко «Решение задач по химии 8-11» Москва Изд. Новая волна 2000 г.

3.И.Г.Хомченко «Сборник задач и упражнений по химии»Москва Изд. Новая волна 2000 г  

4.П.Волович «Сборник задач по неорганической химии»Москва Изд.Айрис-Пресс 2001 г.

5.А.С.Корщенко,Р.Г.Иванова,Д.Ю.Добротин «Химия  дидактические материалы 10-11»

Москва Изд. Владос 2003 г.