Дипломная работа "Межпредметные связи"
материал по химии на тему

Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное автономное образовательное

 учреждение высшего профессионального образования

«Казанский (Приволжский) федеральный университет»

Елабужский институт (филиал)

федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего профессионального образования

«Казанский (Приволжский) федеральный университет»

БИОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

Курсы профессиональной переподготовки

направление: Педагогическое образование, профиль – Химия

Межпредметные связи в реализации

естественно-математического цикла в средней школе

выпускная работа

Работа завершена:

«__»___________20___г.      _________________(М. А. Хафизова)

Работа допущена к защите:

Нayчный  руководитель

ст. преподаватель

«__»___________20___г.      _________________ (Л.З.Басова)

Елабуга 2015

Содержание

Введение...................................................................................................................3

Глава 1. МЕЖПРЕДМЕТНЫЕ СВЯЗИ.................................................................4

1.1 Понятие и классификация межпредметных связей........................................4

1.2 Функции межпредметных связей  ...................................................................7

Глава 2. РЕАЛИЗАЦИЯ МЕЖПРЕДМЕТНЫХ СВЯЗЕЙ В ОБУЧЕНИИ ХИМИИ…………………………………………………….……………………...9

2.1 Планирование межпредметных связей..........................................................10

2.2 Пути и методы осуществления межпредметных связей…………………..12

2.3 Межпредметные связи химии с физикой…………………………………..17

2.4 Связь преподавания химии с математикой…………...................................19

2.5 Межпредметные связи при проблемном обучении химии..........................22

Заключение.............................................................................................................28

Список использованной литературы…………………………………………...29

Приложения……………………………………………………………………...31

Введение

Актуальность исследования. В федеральном государственном образовательном стандарте  отмечается, что изучение предметной области «Естественные науки», в которую входит химия, должно обеспечить: сформированность основ целостной научной картины мира; формирование понимания взаимосвязи и взаимозависимости естественных наук; сформированность понимания влияния естественных наук на окружающую среду, сферы деятельности человека [1].

Основным критерием оценки метапредметных результатов является сформированность универсальных учебных действий, одним из обязательных условий формирования которых является реализация межпредметных связей. Межпредметные связи стимулируют развитие творческой деятельности (умение самостоятельно переносить знания в новую ситуацию, умение видеть новую проблему в знакомой ситуации, умение устанавливать новые свойства объекта изучения и др. ), а также воспитание и всестороннее развитие личности учащегося в процессе обучения.

Цель исследования. Изучение методических путей реализации межпредметных связей для  совершенствования процесса обучения химии в средней общеобразовательной школе.

Объект исследования. Процесс обучения химии в  средней общеобразовательной школе.

Задачи исследования :

1. Проанализировать методическую, педагогическую и психологическую литературу по проблеме исследования.

2. Выявить в курсах химии и физики, математики комплекс знаний, который послужит основой межпредметных связей между этими дисциплинами.

3. Определить методические пути использования в курсе химии выявленных комплексов.

4. Обосновать эффективность обучения химии на основе системного подхода с привлечением межпредметного материала.

Глава 1. МЕЖПРЕДМЕТНЫЕ СВЯЗИ

1.1 Понятие и классификация межпредметных связей

Химия – это наука о веществах и их превращениях. В природе физические, химические и биологические явления взаимосвязаны. В учебном процессе все эти явления изучаются раздельно, в рамках разных учебных предметов, тем самым их связи разрываются.

Немаловажное значение имеет существенная перестройка и совершенствование методов и форм организации учебного процесса (комплексные уроки, межпредметные экскурсии, конференции, конкурсы, олимпиады, подготовка учащимися кратких докладов межпредметного характера, использование в учебном процессе поисковых методов обучения, проблемно - познавательных задач, элементов исследования).

Межпредметные связи – это современный принцип обучения в средней школе. Он обеспечивает взаимосвязь предметов естественнонаучного и естественно-гуманитарного циклов

По определению Д.П. Ерыгина: “Межпредметные связи можно рассматривать как дидактическую систему, которая отражает в школьных курсах объективно существующие взаимосвязи, обеспечивает посредством согласованного взаимодействия ее учебных компонентов осуществления целенаправленного процесса обучения школьников”.[10]

Правильная  классификация межпредметных связей, отображая закономерности развития классифицируемых понятий, глубоко вскрывает связи между ними, способствует созданию научно-практических предпосылок для реализации этих связей в учебном процессе.

Межпредметные связи характеризуются, прежде всего, своей структурой, а поскольку внутренняя структура предмета является формой, то можно выделить следующие формы связей: по составу, по направлению действия, по способу взаимодействия направляющих элементов.

Исходя из того, что состав межпредметных связей определяется содержанием учебного материала, формируемыми навыками, умениями и мыслительными операциями, то в форме по составу можно выделить следующие типы межпредметных связей: содержательные; операционные; методические; организационные.

В форме по направлению действия основные типы межпредметных связей могут быть прямыми (действовать в одном направлении) и обратными, или восстановительными, когда они будут действовать в двух направлениях: прямом и обратном, а также многосторонними, если  несколько соотносящихся сторон направлены к одной.

В форме межпредметных связей по временному фактору, выделяют следующие типы связей: хронологические; хронометрические. Хронологические - это связи по последовательности их осуществления. Хронометрические – это связи по продолжительности взаимодействия связеобразующих элементов.

Межпредметные связи по составу показывают - что используется из других учебных дисциплин при изучении конкретной темы.

Межпредметные связи по направлению показывают: является ли источником межпредметной информации для конкретно рассматриваемой учебной темы, изучаемой на широкой межпредметной основе, один, два или несколько учебных предметов. Используется межпредметная информация только при изучении учебной темы базового учебного предмета (прямые связи), или же данная тема является также «поставщиком» информации для других тем, других дисциплин учебного плана школы (обратные или восстановительные связи).

Временной фактор показывает: какие знания, привлекаемые из других школьных дисциплин, уже получены учащимися, а какой материал еще только предстоит изучать в будущем (хронологические связи); какая тема в процессе осуществления межпредметных связей является ведущей по срокам изучения, а какая ведомой (хронологические синхронные связи); как долго происходит взаимодействие тем в процессе осуществления межпредметных связей.

Вышеприведенная классификация межпредметных связей позволяет аналогичным образом классифицировать внутрикурсовые связи (например, связи между неорганической и органической химией), а также внутрипредметные связи между темами определенного учебного предмета. Во внутрикурсовых и внутрипредметных связях из хронологических видов преобладают преемственные и перспективные виды связей, тогда как синхронные резко ограничены, а во внутрипредметных связях синхронный вид вообще отсутствует.

Совокупность функций межпредметных связей реализуется в процессе обучения тогда, когда учитель химии осуществляет все многообразие их видов. Различают связи внутрицикловые (связи химии с физикой, математикой) и межцикловые (связи химии с историей, литературой). Виды межпредметных связей делятся на группы, исходя из основных компонентов процесса обучения (содержания, методов, форм организации): содержательно-информационные и организационно-методические.

Содержательно- информационные межпредметные связи делятся по составу научных знаний, отраженных в программах курсов по химии, на фактические, понятийные, теоретические, философские.

Межпредметные связи на уровне фактов (фактические) - это установление сходства фактов, использование общих фактов, изучаемых в курсах химии, физики, математики, и их всестороннее рассмотрение с целью обобщения знаний об отдельных явлениях, процессах и объектах изучения. Так, в обучении химии и математики учителя могут использовать математику для вычисления химического состава вещества.

Понятийные межпредметные связи - это расширение и углубление признаков предметных понятий, и формирование понятий, общих для родственных предметов (общепредметных). К общепредметным понятиям в курсах естественнонаучного цикла относятся понятия теории строения веществ - пропорции, следствия, движение, масса и т.п. Эти понятия широко используются при изучении процессов. При этом они углубляются, конкретизируются и приобретают обобщенный, общенаучный характер.

Теоретические межпредметные связи - это развитие основных положений общенаучных теорий и законов, изучаемых на уроках по родственным предметам,с целью усвоения учащимися целостной теории. [13]

1.2  Функции межпредметных связей

         Межпредметные связи в школьном обучении являются конкретным выражением интеграционных процессов, происходящих сегодня в науке и в жизни общества. Эти связи играют важную роль в повышении практической и научно-теоретической подготовки учащихся.

Межпредметные связи выполняют в обучении химии ряд функций.

Методологическая функция выражена в том, что только на их основе возможно формирование у учащихся диалектико-материалистических взглядов на природу, современных представлений о ее целостности и развитии, поскольку межпредметные связи способствуют отражению в обучении методологии современного естествознания, которое развивается по линии интеграции идей и методов с позиций системного подхода к познанию природы.

Образовательная функция межпредметных связей состоит в том, что с их помощью учитель формирует такие качества знаний учащихся, как системность, глубина, осознанность, гибкость. Межпредметные связи выступают как средство развития химических понятий, способствуют усвоению связей между ними и общими естественнонаучными понятиями.

Развивающая функция межпредметных связей определяется их ролью в развитии системного и творческого мышления учащихся, в формировании их познавательной активности, самостоятельности и интереса к познанию природы. Межпредметные связи помогают преодолеть предметную инертность мышления и расширяют кругозор учащихся.

Воспитывающая функция межпредметных связей выражена в их содействии всем направлениям воспитания школьников в обучении химии. Учитель химии, опираясь на связи с другими предметами, реализует комплексный подход к воспитанию.

Конструктивная функция межпредметных связей состоит в том, что с их помощью учитель совершенствует содержание учебного материала, методы и формы организации обучения. Реализация межпредметных связей требует совместного планирования предметов естественнонаучного цикла комплексных форм учебной и внеклассной работы.

Забота о построении содержания единого курса химии, усиление его внутренних связей не принижают значения его взаимосвязи с другими учебными предметами. Межпредметные связи в обучении рассматриваются как дидактический принцип и как условие, захватывая цели и задачи, содержание, методы, средства и формы, обучения различным учебным предметам.

Межпредметные связи позволяют вычленить главные элементы содержания образования, предусмотреть развитие системообразующих идей, понятий, общенаучных приемов учебной деятельности, возможности комплексного применения знаний. Каждый учебный предмет является источником тех или иных видов межпредметных связей. Поэтому возможно выделить те связи, которые учитываются в содержании химии, и, наоборот, идущие от химии в другие учебные предметы.

Формирование общей системы знаний учащихся о реальном мире - одна из основных образовательных функций межпредметных связей.

Таким образом, межпредметность - это современный принцип обучения, который влияет на отбор и структуру учебного материала целого ряда предметов, усиливая системность знаний учащихся, активизирует методы обучения, ориентирует на применение комплексных форм организации обучения, обеспечивая единство учебно-воспитательного процесса.

Глава 2. РЕАЛИЗАЦИЯ МЕЖПРЕДМЕТНЫХ СВЯЗЕЙ В ОБУЧЕНИИ ХИМИИ

Использование межпредметных связей – одна из наиболее сложных методических задач учителя химии. Она требует знания содержания программ и учебников по другим предметам. Реализация межпредметных связей в практике обучения предполагает сотрудничество учителя химии с учителями других предметов.

Учитель химии разрабатывает индивидуальный план реализации межпредметных связей в курсе химии. Методика творческой работы учителя в этом плане проходит следующие этапы:

1. Изучение программы по химии, ее раздела “Межпредметные связи”, программ и учебников по другим предметам, дополнительной научной, научно-популярной и методической литературы;

2. Поурочное планирование межпредметных связей с использованием курсовых и тематических планов;

3. Разработка средств и приемов реализации межпредметных связей на конкретных уроках (формулировка межпредметных познавательных задач, домашних заданий, подбор дополнительной литературы для учащихся, подготовка необходимых учебников и наглядных пособий по другим предметам, разработка методических приемов их использования);

4. Разработка методики подготовки и проведения комплексных форм организации обучения (обобщающих уроков с межпредметными связями, комплексных семинаров, экскурсий, занятий кружка, факультатива по межпредметным темам и т.д.);

5. Разработка приемов контроля и оценки результатов осуществления межпредметных связей в обучении (вопросы и задания на выявление умений учащихся устанавливать межпредметные связи).

Планирование межпредметных связей позволяет учителю успешно реализовать их методологические, образовательные, развивающие, воспитательные и конструктивные функции; предусмотреть всё разнообразие их видов на уроках, в домашней и внеклассной работе учащихся.

2.1 Планирование межпредметных связей

Содержание, объем, время и способы использования знаний из других предметов можно определить только на основе планирования.

В практике обучения сложились четыре основных способа планирования межпредметных связей - сетевое, курсовое, тематическое и поурочное.

Сетевое планирование. Оно осуществляется завучем или председателем методического объединения по определенному циклу, группе предметов. Сетевое планирование имеет форму графика или плана-карты, которые выявляют основные связи разных учебных тем смежных курсов, показывают узловые темы с наибольшим числом связей с другими предметами. Сетевое планирование дает общую канву межпредметных связей в цикле учебных предметов, но недостаточно организует активную познавательную деятельность учащихся. Этому способствуют другие способы планирования.

Курсовое планирование. Планирование межпредметных связей внутри учебного курса может осуществляться учителем или методистом. При этом могут существовать разные подходы к анализу межпредметных связей. Наиболее распространён тематический подход, т.е. на последовательный анализ межпредметных связей от одной учебной темы к другой. Наличие курсового плана позволяет учителю заранее изучить необходимое для каждой последующей учебной темы содержание смежных курсов, вовремя дать учащимся домашние задания на повторение опорных знаний из других предметов. При использовании курсового плана возможно заранее спланировать консультации и посещения уроков учителей других предметов, подобрать необходимую методическую литературу по межпредметным связям в каждой учебной теме.

На основе курсового планирования необходимо провести тематическое планирование межпредметных связей, особенно в узловых учебных целях.

Тематическое планирование. В тематическом плане должна быть отражена логическая структура учебного материала уроков, опорные знания из других курсов и перспективные связи. Составляя тематический план, учитель наглядно видит, для чего, с какой познавательной целью на отдельных уроках необходимо использовать те или иные задания из других курсов: в одних случаях создается опора для введения новых понятий, в других объясняются причинно-следственные связи в изучаемых явлениях,

в третьих конкретизируются общие идеи или доказываются выводы, новые теоретические положения и т.п.         

Такое планирование создаёт у учителя общее представление о том, какие знания и из каких предметов необходимо учащимся повторить к каждому уроку, какие понятия и знания из других предметов следует привлечь к раскрытию основных понятий учебной темы и какие мировоззренческие идеи будут развиваться на основе межпредметных связей. Знания из разных предметов помогают поднять обобщение учебного материала темы на мировоззренческий уровень. (см. Приложение 1)

В целях эффективной организации учебно-познавательной деятельности учеников по осуществлению межпредметных связей полезно спланировать их систему на каждом уроке учебной темы.

Поурочное планирование. Конкретизация использования межпредметных связей в процессе обучения достигается с помощью поурочного планирования. Последнее осуществляется с учетом вида урока с межпредметными связями. Фрагментальный, когда лишь фрагменты, отдельный этап урока, требует реализации связей с другими предметами;

узловой, когда опора на знания из других предметов составляет необходимое условие усвоения всего нового материала или его обобщения в конце учебной темы; синтезированный, который требует синтеза знаний из разных предметов на протяжении всего урока и специально проводится для обобщения материала ряда учебных тем или всего курса. Поурочный план-разработка показывает, когда, на каком этапе урока и как, какими способами включаются знания из других курсов в изучение нового или закрепление учебного материала. Особенно необходима тщательная разработка обобщающего урока с межпредметными связями. Составляя поурочные планы, учителю важно знать, что учащиеся уже освоили из необходимых опорных знаний на уроках по другим предметам, согласовать с учителями смежных предметов постановку вопросов и заданий, чтобы избежать дублирования и достигнуть развития общих идей и понятий, их углубление и обогащения. Этому помогает посещение уроков и изучение составляемых коллегами планов реализации межпредметных связей.

Планы могут быть обсуждены на методических комиссиях по циклам предметов, согласованы с завучем школы. Обсуждение планов позволяет предупредить ошибки в использовании знаний из других предметов, устранить неточности в формулировке вопросов, в трактовке понятий смежных курсов, определить единые подходы в объяснении сущности изучаемых процессов и явлений, избрать наиболее рациональные методы обучения.[12]

2.2 Пути и методы осуществления межпредметных связей

Отбор методов обучения учитель производит на основе содержания учебного материала и на подготовленности учащихся к изучению химии на уровне межпредметных связей.

На первых этапах обучения учащихся приемам установления межпредметных связей преобладает объяснительно-иллюстративный метод. Учитель весь материал межпредметного содержания объясняет сам. Когда у учащихся сформируются умения работы с материалом межпредметного содержания, можно применять репродуктивный и частично-поисковый методы и творческие межпредметные задачи.

Средства реализации межпредметных связей могут быть различны.

Вопросы межпредметного содержания: направляющие деятельность школьников на воспроизведение ранее изученных в других учебных курсах и темах знаний и их применение при усвоении нового материала. В 8-ом классе работа строится на восстановлении в памяти ранее изученных вопросов, без проведения совместных уроков. Например, для объяснения опыта Резерфорда желательно вернуться к вопросу о электрическом поле и взаимодействии заряженных при изучении строения атома.  Однако, изложение темы на уроках химии должно быть не простым повторением изученного в физике, а определённым дополнением и углублением знаний учащихся в этой области.

Например, на уроках химии 9 класса при объяснении тем электролитическая диссоциация, электролиты  или электролиз привлекают знания о природе тока в электролитах из физики 8 класса.

Межпредметные задачи, которые требуют подключения знаний из различных предметов или составлены на материале одного предмета, но используемые с определенной познавательной целью в преподавании другого предмета. Они способствуют более глубокому и осмысленному усвоению программного материла, совершенствованию умений выявить причинно-следственные связи между явлениями. Целесообразно решить задачи межпредметного содержания для закрепления материала. В этом случае учащимся на уроке химии  разрешают пользоваться учебниками по другим предметам. Например, после объяснения состава воздуха  школьникам в качестве упражнения можно предложить  задание: объяснить поднятие воздушного шара, наполненного гелием,  вверх.

Домашнее задание межпредметного характера – постановка вопросов на размышление, подготовка сообщений, рефератов, изготовление наглядных пособий, составление таблиц, схем, кроссвордов, требующих знаний межпредметного характера. Задание для повторения материала по межпредметным связям должно быть конкретным. Так, давая задание, нужно предварительно объяснить, как работать с опорным материалом (прочитать и усвоить; сравнить описываемое явление с тем, как о нем рассказано в учебнике химии; выписать в тетрадь определение; дать ответы на вопросы и др.). Например, перед изучением тепловой эффект химических реакций  в 8 классе учащимся предлагают домашнее задание: повторить по учебнику «Физика 8» Перышкин А. В. (§ 10,11) об энергии топлива, законе сохранения и превращения энергии в механических и тепловых процессах. Это помогает осмыслить тот факт, что в период протекания химических реакций происходит перестройка электронных структур атомов, ионов, молекул. Поэтому химические реакции сопровождаются энергетическими изменениями.

Так же учащиеся могут получить домашнее задание по химии, которое потребует от них применить знания, полученные на математике. Например: изучение темы «Химические формулы» требует повторения темы из 5 класса «Проценты», «Отношения» из 6 класса или при изучении водородного показателя раствора в 11 классе повторения  свойств показательной функции.

Межпредметные наглядные пособия – обобщающие таблицы, схемы, диаграммы, плакаты, диаграммы модели, кодопозитивы,  самодельные приборы по другим предметам. Они позволяют учащимся наглядно увидеть совокупность знаний из разных предметов, раскрывающую вопросы межпредметного содержания. Например, использование в 8 классе таблицы «Что мы знаем об атмосфере?» (по природоведению, географии, охране природы, физике, химии) вполне оправдано.

Химический эксперимент – если предметом его являются физические объекты и химические явления, происходящие в них.(см. Приложение 2)

Использование межпредметных связей вызвало появление новых форм организации учебного процесса: уроки с межпредметным содержанием. Они могут быть следующих видов: урок-лекция; урок-семинар; урок-конференция; урок-ролевая игра; урок-консультация, урок-экскурсия и др.

Интегрированные уроки. Сведения, полученные на уроках по другим учебным предметам, чаще всего либо используют в качестве опорных знаний, либо для выдвижения проблемы, либо для углубления и закрепления знаний. В любом из этих случаев используемый материал необходимо повторить, пользуясь по возможности теми же формулировками и обозначениями, которые были введены в смежном курсе. Если же есть необходимость в иных обозначениях, то их следует сопоставить с привычными и показать идентичность. Как интегрированный урок в старших классах, например, в 11-ом классе можно взять тему «Строение атома», раздел «Опыты Резерфорда. Ядерная модель атома».  Время урока требует такого его проектирования, чтобы изучить новый материал, установить межпредметные связи с физикой, опираясь на ранее полученные знания; сделать анализ соответствия модели атома Резерфорда заявленным требованиям, закрепить материал с учётом двух предметов.

Обобщающие уроки обладают большой возможностью систематизации знаний и навыков по межпредметным связям. Целесообразно осуществлять контроль знаний и умений, учащихся по умению применять в курсе химии знания из других предметов. С этой целью рекомендуют включать в обычные контрольные работы по химии вместо задачи высокого уровня один вопрос или задачу межпредметного содержания. Желательно также провести одну, например итоговую, контрольную работу в учебном году целиком межпредметного содержания с целью обобщения знаний и умений учащихся.  В обобщающих уроках целесообразно использовать также программированные задания межпредметного содержания.

Проектная деятельность. Одной из форм организации учебной деятельности школьников могут быть работы по проектам межпредметного содержания, цель которых является показать всю значимость полного представления о целостной картине мира, показать влияние наук естественнонаучного цикла на жизнедеятельность человека.

Можно предложить  проект «Автомобиль и пути снижения его вредного экологического воздействия». При работе учащимся приходится подбирать и анализировать материал не только по химии, но и по экологии, физике, биологии, провести математические расчеты. Учащиеся активно используют совместный сбор информации по выбранной теме прибегая к информационно-коммуникативным технологиям.

Интегрированные дни и межпредметные недели. Это такие школьные дни, когда происходит интеграция естественнонаучных знаний, полученных на уроках различных предметов. В этот день уроки химии, физики, математики, информатики  ставятся один за другим и ведут учителя – предметники, но с опорой на только что изученный материал на предыдущем уроке. Готовятся к такому дню ученики под руководством предметников, оценки за урок получают по всем предметам.  Говоря об интегрированных днях, необходимо заметить, что подготовка к каждому из них начинается за 2-3 недели до него. Заблаговременно работают межпредметные консультации, где учащимся указывается какой объем работы необходимо выполнить непосредственно перед «днем». Выполненная работа проверяется разными учителями, защищается перед экспертами.

Внеклассные мероприятия. Весьма широкие возможности в школе представляются для осуществления межпредметных связей химии с другими предметами на внеклассных занятиях (кружки, викторины, КВН, тематические вечера и др.).  Можно провести в школе совместные мероприятия по внеклассным и факультативным занятиям межпредметного содержания  (например, химико-физическая конференция, диспут, олимпиада межпредметного содержания, общешкольный вечер и др.). Организует и проводит их учитель химии, как правило, совместно с учителями других предметов. 

Другое важное направление в осуществлении межпредметных связей во внеурочное время — факультативные занятия, элективные курсы, которые организуют и проводят по интересам школьников («Химия в быту», «Физико-химический эксперимент», «Основы химических методов   исследования вещества»).

В формировании общих навыков полезный вклад может внести учитель химии, умело, осуществляя межпредметные связи. Обще учебные умения — это умение работать с учебником, справочниками, составлять план, конспект, тезисы доклада, пользоваться различными источниками. Эти навыки и умения важны не только для успешного обучения в школе, но и для будущей трудовой деятельности, неизбежно связанной с самостоятельным приобретением знаний, умением применять их в незнакомых условиях.

2.3 Межпредметные связи химии с физикой

Выделены следующие основные направления осуществления межпредметных связей химии и физики в процессе обучения химии.

1) Рассмотрение одних и тех же объектов. Химия и физика изучают много общих объектов, но с разных сторон и в разных аспектах. К главным из них относят вещество, его строение и свойства. Под физическим телом учащиеся понимают каждое из окружающих тел, а под веществом – один из видов материи. Достаточно полное представление получили учащиеся в 7 классе на уроках физики о молекулах. На уроках химии это понятие углубляется, расширяется.

2) Формирование фундаментальных, общих для химии и физики понятий. Сопоставление систем понятий в курсах химии и физики показывает, что общими для этих предметов являются понятия об атомах и молекулах, об энергии и её видах и др. При изучении темы «Первоначальные химические понятия» в 8 классе можно использовать знания учащихся важных понятий, сформированных в курсе физики 7 класса. К ним относятся: тело, вещество, атом, молекула, физические и химические явления, внутренняя энергия, температура, а также общие сведения о строении твердых тел, жидкостей и газов, положения молекулярно- кинетической теории.

3) Изучение общих для химии и физики законов и теорий. Общими для химии и физики являются такие фундаментальные законы как закон сохранения и превращения энергии, закон сохранения массы веществ, периодический закон, закон сохранения электрических зарядов, законы электролиза и др. При изучении химии и физики учащиеся знакомятся с рядом теорий, к числу важнейших из которых принадлежат атомно-молекулярное учение, теория строения атома, теория строения вещества, теория электролитической диссоциации и др.[19]  При изучении темы «Кислород. Оксиды. Горение» можно использовать  закон сохранения энергии при тепловых процессах  изученный по физике   в 8 классе.

4) Взаимный перенос на уроках химии и физики методов, применяемых физическими и химическими науками. Развитие современной химии невозможно без использования физических методов исследования вещества. Так, спектроскопия, ядерный магнитный резонанс и многие другие, будучи физическими методами, широко используются химиками. В теме, посвященной изучению непредельных углеводородов, общая формула которых CnH2n-2, для характеристики свойств используются физические методы. На уроках физики учащиеся знакомились с явлением деформации тел, с процессами, вызывающими деформацию, с силой упругости, возникающей при деформации тела. Они также узнают о том, что способность тел к деформации зависит от природы вещества, из которого состоит это тело, от условий, в которых оно находится, и от способов его изготовления.

5) Применение физических величин на уроках химии. При решении задач по химии широко используются физические величины и единицы их измерения ─ необходимо согласованное их использование. При решении задач на растворы  можно использовать понятие плотности веществ, с которыми учащиеся познакомились в 7 классе на уроках физики. Под плотностью вещества ρ учащиеся понимают величину, равную соотношению массы тела к его объему  ρ = m/V. По международной системе единиц, масса измеряется в килограммах, а объем – в кубических метрах. Следовательно, плотность имеет обозначение кг/м3. Возникают трудности с выражениями физических величин в системе СИ.

6) Решение химических задач с опорой на знание физики. Достаточно эффективным направлением реализации межпредметных связей химии и физики следует признать решение задач межпредметного физико-химического содержания. При изучении темы «Химическая связь» могут быть использованы знания учащихся об ионах и их зарядах, о взаимодействии заряженных частиц (тел), электрическом поле.

При изучении сложных эфиров и жиров можно использовать знания учащихся о поверхностном натяжении и веществах, его изменяющих.

7) Интеграции школьных курсов химии и физики возможно при осуществлении межпредметного  химического эксперимента. Межпредметные связи химии с физикой и математикой могут быть реализованы не только в процессе формирования теоретических, химических понятий, но и при проведении практических работ. Так, при изучении темы «Вода. Основания. Растворы» учащиеся выполняют практическую работу по приготовлению раствора соли с заданной массовой долей. Для проведения данной работы необходимо рассчитать массу необходимой соли, взвесить ее. Темой «Проценты» учащиеся познакомились на уроках математики в 6 классе, с правилами же взвешивания на рычажных весах - на уроках физики в 7 кл. (см. Приложение 1)

2.4 Связь преподавания химии с математикой

Значительную роль может сыграть в процессе преподавания химии математика. Cвязь математики и химии может осуществляться в различных направлениях. К основным из них можно отнести широкое использование в учебном процессе математической символики, использование математических подходов к объяснению химического материала, выявление функциональных отношений между величинами, поиск математической формы выражения химических концепций и др.[19]

Одним из центральных пунктов связи химии и математики является выявление функциональных отношений между величинами. Курс химии имеет большое количество функционально связанных между собой величин. Так, при изучении химии эффективно может быть использована прямая пропорциональная зависимость y=kx. Это, например, связь между величинами массы и числом молей вещества, между количеством вещества и тепловой энергией, выделившейся или поглотившейся в результате химической реакции, и др. Обратная пропорциональность у =  - выражает связь между массой раствора и его концентрацией при разбавлении или упаривании раствора.(см. Приложение 3)

Наиболее часто на занятиях по химии употребляются умения учащихся производить простейшие расчеты с использованием понятий процента, пропорции, уравнения. Кроме этого, в старших классах целесообразно применять знания о функциональной зависимости величин, графике, отражающем эту зависимость, а также знания из курса геометрии.

Чтобы применение математики действительно способствовало процессу познания химии, учителю химии необходимо знать, в каком классе учащиеся изучали то или иное математическое понятие и как оно было сформулировано на уроках математики.(см. Приложение1)

Понятиями «процент», «пропорция», «отношения» учащиеся знакомятся на уроках математики в 5, 6 классах, с функцией и способами ее задания (табличным, графическим и аналитическим) - на уроках алгебры в 7 классе, с уравнениями второй степени (квадратные уравнения) и способами нахождения их корней учащиеся знакомятся в 8 классе. Обычно, для использования определений понятий приводится в учебниках математики упражнения межпредметного характера. Они разбирают графики и свойства функции.

Таким образом, для успешного использования на уроках химии понятий имеются необходимые условия. Необходимо лишь кратко повторить математическую сущность этих понятий, а затем осуществить перенос их на химическое содержание.

Начиная с 9 класса учащиеся встречаются с необходимостью производить расчеты по формулам, уравнениям реакций, определять выход продукта при получении веществ и т. д. На начальных этапах обучения решение химических задач, проводимое по единому алгоритму, приводит к положительным результатам: учащиеся приобретают навык видеть за цифрами определенные соотношения между реальными химическими объектами, например массы вступающих в реакцию и образующихся веществ, отношения масс атомов в молекулах сложных веществ и др. Применение же единого алгоритма при решении задач на более поздних этапах обучения химии не дает учащимся возможности увидеть и другие пути решения. Использование только одного метода решения задач сужает их дидактические функции. Для того чтобы решение задач являлось инструментом познания химии, необходимо соблюсти принцип вариативности. Например, задачу на разбавление раствора водой можно решить тремя различными способами. Первый способ основывается на том, что между массами раствора и растворенного вещества существует прямая пропорциональная зависимость. Второй способ базируется на идее о том, что при разбавлении раствора между его массой и концентрацией существует обратная пропорциональная зависимость. А при решении третьим способом необходимо учесть, что между массами двух смешиваемых растворов и изменением их концентраций существует обратная пропорциональная зависимость.

Кроме алгебры, на уроках химии используются знания учащихся по геометрии. Особенно важны они при изучении курсов химии 10 и 11 классов. Здесь учащимся приходится применять некоторые геометрические представления для расчета углов между химическими связями, определения пространственной конфигурации простейших молекул. Уже при изучении метана возникает необходимость показать, что его молекула имеет тетраэдрическую форму. Использовать математические знания школьников можно в процессе изготовления пространственных моделей молекул. Например, если требуется построить модель молекулы метана, то необходимо на основе радиуса шара определить длину ребра вписанного в него тетраэдра. При решении этой задачи учащиеся должны применить знания по тригонометрии.

Знания основ геометрии и векторной алгебры могут помочь при определении степени полярности молекул простейших соединений. Например, можно определить дипольный момент воды, если известей дипольный момент связи О − Н и угол между связями. Для этого учащиеся строят параллелограмм векторов, а затем пользуются теоремой синусов. Решая подобную задачу относительно углекислого газа, они приходят к выводу, что молекула оксида углерода (IV) неполярна.

Использование межпредметных связей с математикой открывает большие возможности успешного развития учащихся, привития им навыков самостоятельно добывать знания.

2.5 Межпредметные связи при проблемном обучении химии

Проблемное изучение химии всегда связано с интенсивным логически выстроенным мыслительным процессом, с широким использованием в ходе решения учебной проблемы аргументации рассуждений и доказательности истинности суждений. Важное место здесь занимают межпредметные связи с курсом математики и физики, установления которых требует развитие современной науки, возникновение комплексных проблем, связанных с интеграцией научного знания. Современному химику необходимо иметь единый комплекс химических, математических и физических знаний. Только их совокупность поможет или утвердить правильность выдвинутых гипотез, или опровергнуть их.

Элементы математических расчетов используются для усиления содержательных положений, которые дают химия и физика. Например, в процессе решения задачи учащиеся, зная, что продуктом окисления неизвестного вещества Х является бензойная кислота, предполагают, что этим веществом может быть: а) монозамещенное алкилпроизводное бензола; б) бензиловый спирт; в) бензальдегид. При условии отсутствия информации о качественном и количественном составе вещества Х, а так же особенностях его химических свойств выбрать один из перечисленных вариантов можно только в случае анализа мольных соотношений исходного вещества Х и продукта его окисления – бензойной кислоты. Очевидно, что без применения грамотных математических расчетов эту проблемную ситуацию разрешить невозможно.

Установление межпредметных связей с курсом физики можно проиллюстрировать следующим примером проблемной ситуации.

В процессе знакомства с работой гальванических элементов (в рамках изучения раздела “Электрохимические свойства металлов” курса общей химии) выясняется, что катодом является положительно заряженный электрод, а анодом – отрицательно заряженный, что противоречит общеизвестным определениям катода и анода. Возникшее противоречие учащиеся могут разрешить, если проанализируют суть окислительно-восстановительных реакций, протекающих на электродах при работе гальванического элемента и в процессе электролиза. Выясняется, что на катоде всегда происходит реакция восстановления, а на аноде – окисления, независимо от того, идет ли речь о процессах электролиза или работе гальванического элемента. Таким образом, учащиеся делают вывод, что принадлежность электрода к тому или иному виду определяется не его зарядом, а сущностью протекающего на нем электрохимического процесса.

Таким образом, в ситуации учебной проблемы ранее сформированные понятия, полученные сведения, приобретенные умения получают развитие, углубляются новыми доказательствами. В процессе применения метода проблемного обучения достигается постепенное формирование у учащихся умения самостоятельно выделить проблему, а затем приступить к нахождению оптимального варианта ее решения. Этот навык особенно востребованным оказывается в процессе решения олимпиадных задач.

Методическая разработка 

интегрированного урока химии и физики по теме "Электролиз"

Тип урока: решение задач.

Цели урока:

Образовательные: формировать системность, глубину, осознанность, гибкость межпредметных связей; способность понимания химических понятий, связей между ними и общими естественнонаучными понятиями; учить узнавать химические и физические явления, применять знания из разных тем по физике и химии для решения задач.

Развивающие: развивать системное и творческое мышление учащихся, формировать их познавательную активность, самостоятельность и интерес к познанию природы; преодолевать предметную инертность мышления и расширять кругозор учащихся.

Воспитательные: реализовывать комплексный подход к воспитанию; повышать уровень политехнической направленности обучения.

Оборудование: аппарат электролизер, гальванометр, источник постоянного электрического тока, соединительные провода.

Ход урока

1. Актуализация опорных знаний

Фронтальный устный опрос по вопросам

1) Почему чистая дистиллированная вода – практически диэлектрик, а растворы солей, кислот и щелочей в воде – хорошие проводники.

Ответ: происходит электролитическая диссоциация.

2) Какой же проводимостью обладают электролиты? Ответ: ионной.

3) Какие действия тока вам известны? Ответ: тепловое, магнитное, химическое.

2. Объяснение нового материала

1) Демонстрация электролиза водного раствора хлорида меди

Ученики  наблюдают выделение чистой меди и газообразного хлора на электродах при прохождении постоянного тока через раствор.

2) Объяснение составления уравнения электролиза:

а) уравнения электролитической диссоциации (образование ионов в растворе): CuCl2 <=> Cu2+ + 2Cl–
                  H2O = H+ + ОН–

б) восстановительные процессы на катоде (К–): Cu2+ + 2e– = Cu0

в) окислительные процессы на аноде (А+): 2Сl– – 2e– = 2Cl0

г) суммарное уравнение электролиза:

CuCl2 + H2O = Сu + Cl2 + H2O
CuCl2 <=> Сu2+ + 2Cl–

Из описанного выше видно, что прохождение электрического тока  через электролиты сопровождается химическими превращениями вещества и выделением газообразного хлора на аноде и чистой меди – на катоде.

3) Ученик на доске под руководством учителя составляет уравнение электролиза водного раствора сульфата меди.

а)CuSO4 <=> Cu2+ + SO2–4
H2O <=> H+ + ОН– 
б) К(–): Cu2+ + 2e– = Cuo (восстановление)          |  2
в) A(+): 4ОН– – 4e– = O2 + 2H2O (окисление)      |  1

г)  Суммарное уравнение электролиза:

2Cu SO4 + 2H2O = 2Сu + O2 + 2H2SO4

4) Ученик на доске составляет уравнение электролиза водного раствора хлорида калия и решает следующую расчетную задачу.
Задача. Дано 200 г 10% раствора хлорида калия. Определить массу веществ, выделяемых на электродах. Оценивает и комментирует решение учитель .

KCl <=> K+ + Cl– 
H2O <=> H+ + OH– 
На катоде (–): К+ , Н+  Восстановление: 2 Н+ + 2e–  = Н2o
На аноде (+): Сl– , OH– Окисление:          2Сl– – 2e– = Cl2o
2KCl +2H2O = H2 + Cl2 + 2KOH

Делаем расчет массы веществ, выделяемых на электродах.

3. Решение задач

1) Учитель  предлагает рассчитать, какой заряд прошел через раствор хлорида калия при электролизе.  

 m(H2) = m0(H+) .   N(H+);           m0 ((H+)) =  ;            q = qH+N(H+)

NH+ =   , где Z – валентность иона водорода.

m (H2) =   .    =>  m(H2) = k .  q, где k – электрохимический эквивалент вещества (kH+ = 0,104·10-4 г/Кл)

q = = 2,6 . 104 Кл (на катоде).

kCl– =  = 3,6 . 10–4 г/Кл

q =    = 2,6 . 104 Кл  (на аноде)

Ответ: через раствор электролита прошел q = 2,6 . 104 Кл

2) Учитель предлагает рассчитать, сколько времени будет продолжаться электролиз при силе тока I = 1A, 2A, 4А.

Из 1-го закона Фарадея: m = kI q=I∆t, ∆t = = 26 . 103 c=7,2 час.

При I = 2A     ∆t = 3,6 час,   ∆t = 1,8 час

3) Учитель  предлагает рассчитать расход электрической энергии.

A = I U t (кВт/час)

4) Далее ученикам, объединенным в малые группы, предлагается решить по выбору комбинированные задачи:

а) Сколько времени длилось никелирование, если на изделие осел слой никеля массой 1,8 г. Сила тока 2А. Составьте химическое уравнение электролиза.

б) Аэростат объемом 250 см3 заполняют водородом при температуре 27 oС и давлении 2 атм. Какой заряд надо пропустить при электролизе через слабый раствор серной кислоты, чтобы получить нужное количество водорода? Напишите химическое уравнение электролиза.

в) Для серебрения ложек ток 1,8А пропускался через раствор соли серебра в течение 5 ч. Катодом служит 12 ложек, каждая из которых имеет площадь поверхности 50 см3. Какой толщины слой серебра отложится на ложках? Каков расход электрической энергии, если напряжение на электролитической ванне равно 0,5 В?

г) При электролизе водного раствора гидроксида калия с инертными электродами на катоде выделился молекулярный водород, объем которого при нормальных условиях равен 11,2 л. Какой объем кислорода выделится при этом на аноде? Напишите химическое уравнение электролиза.

ж) При электролизе водного раствора сульфата никеля (II) на катоде получили никель массой 177 г, выход которого составил 75%. Какой объем газа выделится при этом? Выход газа считать количественным.

4. Подведение итогов урока

Оценивание учащихся по решению расчетных задач.

5. Домашнее задание: учебник 11 класс Габриелян О.С. §19. Решать задачи по заданному списку.

Заключение.

В ходе работы проанализировано состояние обучения химии в общеобразовательной школе. Обнаружена тенденция к уменьшению числа часов, отводимых на изучение химии. В этих условиях особенно актуально применение межпредметных связей, что помогает сократить время для объяснения материала за счет знаний из других предметов.

В ходе исследования, которое носило теоретико-экспериментальный характер, использовались следующие методы:

- изучение общепедагогической и методической литературы;

-анализ действующих программ и учебников по химии, физике и математике; -изучение педагогического опыта; наблюдения уроков химии, физики и математики;

-педагогический эксперимент.

         Критериями результативности явились:

-учебные достижения на интегрированных уроках;

-сформированность учебно – познавательного интереса;

-отношение к интегрированным урокам.        

Разнообразие видов связей между всеми предметами учебного цикла способствует:

1. Формированию положительных мотивов учения;

 2. Учащиеся приучаются искать связь химии с жизнью, что побуждает их пользоваться дополнительными источниками информации.

 3. Повышается качество знаний учащихся и уровень их обученности.

 4. Совершенствуются навыки самообразования

Список использованной литературы

1. Федеральный Государственный образовательный стандарт основного общего образования (утвержден приказом Минобрнауки России от 17 декабря 2010 г. № 1897)

2. Аршанский Е.Я. Обучение химии в разнопрофильных классах. – М.:Центрхимпрес, 2004.- 128 с

3. Бурмистрова Т.А . Программы общеобразовательных учреждений. Алгебра. Геометрия. 7 – 9 классы/ сост. Т.А.Бурмистрова, – М.: Просвещение, 2009.- 256 с.

4. Гара Н. Н. Сборник программ и примерных тематических планирований курса химии для 8-9 классов и 10-11 классов общеобразовательных учреждений /Гара Н. Н.. – М.: Просвещение, 2008.-56 с.

5. Гаркунов В. П. , Николаева Е. Б. “Межпредметные связи при проблемном изучении химии”, ж. “Химия в школе”, 1982, № 3, С 28.

6. Демидов В.А., статья, – «Решение химических задач на закон Фарадея в курсе средней школы». Еженедельник «Химия», приложение к газете «Первое Сентября» – №5,  2005. С.37

7. Днепров Э.Д. Примерной  программы для общеобразовательных учреждений  по математике, М., Дрофа, 2007. – 128 с.

8. Дюсюпова Л.З. О связи органической химии с физикой. Химия в школе, 1981, № 4. С 38.

9. Енякова Т.М. Внеклассная работа по химии. М. Дрофа, 2004.-176 с

10. Ерыгин Д. П. , Орлова Л. Н. “Межпредметные связи в процессе изучения химии в 8 классе”, ж. “Химия в школе”, 1982, № 3. С. 23

11. Коровин В.А. Программы для общеобразоват. учреждений: Физика. Астрономия. 7-11кл./ сост. В.А. Коровин, В.А.Орлов – М.: Дрофа,2011.-334 с.

12. Максимова В.Н.  Межпредметные связи в процессе  обучения, -М.: Просвещение, 1989.-152 с.

13. Минченков Е. Е. “Межпредметные связи неорганической химии и физики”, ж. “Химия в школе”, 1981, № 2. С. 22.

14. Полосин В.С. Практикум по методике преподавания химии. – М.: Просвещение, 1989.-224 с.

15. Радецкий А. М. Химия.  Дидактический материал. 10-11 классы: пособие для учителей общеобразоват. учреждений/ А. М. Радецкий. – М. : Просвещение, 2010.- 144 с.

16. Степин Б.Д., Аликберова Л.Ю. Занимательные задания и эффектные опыты по химии. М. Дрофа, 2002.-432 с

17. Федорова В.Н. Межпредметные связи естественно-математических дисциплин, Москва, Просвещение, 1980.- 206 с.

18. Шахмаев , Н. М. Физический эксперимент в средней школе : Механика. Молекулярная физика. Электродинамика. – М. : Просвещение, 1989. -255 с.

19. Шмуклер Е.Г. О связи школьного курса химии с математикой. Химия в школе, 1976, № 3. С.18.

Приложения

Приложение 1

Использование межпредметных связей на уроках химии

Приложение 2

Межпредметный химический эксперимент
1. Превращение энергии химической реакции в другие виды

энергии (механическую работу).

Цель: показать учащимся на опыте превращение энергии химической реакции в механическую работу.

Оборудование: аппарат Киппа, колба с подкрашенной водой, две стеклянные трубки, вставленные в пробку для колбы, вертушка.

Ход работы.

         Из источника газа аппарата Киппа углекислый газ поступает через стеклянную трубку в колбу. Колба закрыта пробкой, в которую вставлены две стеклянные трубки, через одну из них и поступает углекислый газ. Углекислый газ, поступающий в колбу, вытесняет воду. Вода, вытесняемая из колбы, поднимается по второй стеклянной трубке и направляется на лопасти вертушки, заставляя ее вращаться. Энергия химической реакции превращается в механическую работу.  Анализируя опыт, делают выводы

2.Тепловой эффект растворения нитрата аммония

Цель: изучить тепловой эффект, на примере нитрата аммония.

Оборудование:  химический стакан, пробирка, термометр, фанера, стеклянная палочка, нитрат аммония, вода.

Ход работы.

      В стакан почти до дна опускают укрепленный в штативе демонстрационный термометр. Взвешивают 120 г нитрата аммония и пересыпают его в стакан так, чтобы шарик термометра был закрыт. Под дно стакана кладут кусок фанеры, заблаговременно смоченный водой. Затем вливают в стакан 200 мл воды и помещают в раствор пробирку, на 1/4 наполненную водой. Осторожно помешивают жидкость стеклянной палочкой. При растворении нитрата аммония в воде температура опускается до -20°С и ниже. Стакан снаружи покрывается инеем, смоченная водой фанера примерзает к дну стакана, а вода в пробирке замерзает.

 Анализируя опыт, делают выводы

Приложение 3

Решение химической задачи графическим методом.

Задача. Вычислить массу оксида углерода(IV), выделившегося при обжиге 500 г известняка. Показать на графике зависимость массы выделившегося газа от исходного вещества.

Для чего нужно будет применить знания по построению графиков линейной функции.

В условии задачи указаны два вещества, участвующих в химическом процессе: известняк, которого нагревают и при этом получают  оксида углерода(IV). При нагревании известняка(СаСО3) получается оксид кальция и углекислый газ (СО2).

Математической основой рассмотренного способа решения задач по уравнению реакции является пропорциональная зависимость между известными величинами и искомыми.

Вспомним, что называется функцией. В данной задаче зависимость переменной m(СО2) от переменной m(СаСО3) является функцией, т.к. каждому значению m(СаСО3) соответствует единственное значение m(СО2)

Зависимость между пропорциональными переменными выражается формулой y=kx линейной функции. Для нашего примера это  

m(СО2) = k m(СаСО3).   Коэффициент пропорциональности k – отношение величины молярной массы СО2 к величине молярной массы СаСО3, т.е. k=44:100=0,44.

Для построения графика прямой пропорциональности составляем таблицу значений функции m(СО2) = k m(СаСО3).

Изобразим зависимость m(СO2) от m(СаСO3) графически.

По уравнению реакции:   m(СаСO3)=1 моль·100 г/моль=100 г

                                         m(СO2)= 1 моль·44 г/моль= 44 г

                   100                  500       m(СаСO3)

                           Рис.1

Для решения задачи (см. рис.1) на оси абсцисс отмечаем точку, соответствующую числу 500, проводим прямую, параллельную оси ординат, до пересечения с графиком прямой пропорциональности. Из точки пересечения проводим перпендикуляр к оси ординат и определяем ординату, которая указывает величину массы СО2, равную 220 г. Таким образом можно определить по графику массу газа для любой массы известняка.

Подобные графические способы химических расчетов широко используются на предприятиях химической промышленности при контроле технологического процесса и анализе готового продукта в химических лабораториях.