Метод химического эксперимента
статья по химии (8, 9, 10, 11 класс)

Химический эксперимент как метод обучения химии

(из опыта работы)

       Основной целью школьного образования является создание условий для самореализации учащихся, удовлетворения познавательных потребностей каждого ученика, а также подготовка его к творческому индивидуальному труду. Важную роль в этом призван сыграть ученический эксперимент в процессе изучения школьного курса химии.

Демонстрационный эксперимент я обычно использую в начале курса химии, когда обучающиеся ещё не имеют навыков работы по химии, с целью, научить их наблюдать процессы, приёмы работы, манипуляции. Это делается, чтобы пробудить интерес к предмету, начать формирование практических умений, ознакомить их с химической посудой, приборами, веществами. Демонстрационный эксперимент применяется тогда, когда он слишком сложен для самостоятельного выполнения обучающимися (синтез оксида серы (VI) из оксида серы (IV) и кислорода), если он опасен при выполнения его обучающимися (взрыв гремучего газа). Демонстрационный эксперимент необходим, если он имеет методическую ценность при работе с большим количеством веществ, так как при малых количествах он недостаточно убедителен (тушение углекислым газом горящего бензина или спирта).

    Эксперимент как метод обучения несет развивающую и воспитательную функции, способствует формированию научного мировоззрения. Три дидактические цели школьного демонстрационного эксперимента (познавательную, развивающую, воспитательную) возможно реализовать только при соответствующем его содержании, технике и методике.

    Отбор опытов для школы проводили в течение столетий. Особенно тщательно отбирались опыты для уяснения важнейших фактов, явлений, теорий, законов. В учебниках химии различных стран мира описаны разнообразные опыты.

а) Опыты по получению и исследованию свойств Н2, О2, N2, Сl2, НСl, Н2S, NН3, SO2, SO3, NO, NО2, СО, СО2, Н2SО4, НNО3, СН4, С2Н4, С2Н2, сухой перегонке древесины, каменного угля, фракционной перегонке нефти и т. д. В каждой теме курса химии имеется один или несколько стержневых опытов, содержание, ход, результаты, значение которых должны запомнить учащиеся.

б) Опыты исторические: состав воздуха, закон сохранения массы веществ, получение анилина и другие, знакомящие с методами химических исследований, авторами открытий.

в) Опыты, передающие химизм промышленных производств (спиртовое брожение, гидролиз крахмала и т.д.)

г) Опыты с применением электрического тока: разложение метана, этана, электролиз раствора ацетата натрия, хлорида натрия, воды и т.д. – опыты для осуществления межпредметных связей, принципа политехнизма.

д) Количественные опыты: определение относительной массы (Mr(СО2)), доли ( (СО2/известняк)), опыты по электролизу, опыты с эвдиометром, титрование и т.д. – опыты, показывающие, что «химия – наука точная».

Канонизации опытов никогда не было, по мере развития химической науки и производства одни опыты заменялись на другие.

Между тем существует хорошая пословица: «Лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать». Есть докладная записка профессора М.И.Коновалова «О преподавании химии», опубликованная еще в 1900 г., выражающая мнение Отделения преподавателей физики и химии Педагогического общества при Московском университете. В ней читаем: «Нередко самого простого опыта, который проделывается в течение одной минуты при преподавании химии, не могут заменить продолжительные словесные разъяснения».

   Общеизвестны требования к демонстрационному эксперименту:

1. Наглядность - большой объем реактивов и посуды, виден с последних рядов, на столе не должно быть лишних деталей. Для усиления наглядности могут быть использованы компьютер, предметный столик, цветные экраны.
2. Простота - в приборах не должно быть нагромождения лишних деталей. Следует помнить, что объект изучения не прибор, а химический процесс, происходящий в нем. Чем проще прибор, тем легче объяснить опыт. Поэтому при использовании аппарата Киппа, газометра необходимо объяснить принцип работы прибора.
3. Безопасность - учитель химии несет ответственность за жизнь учащихся. Поэтому все опыты должны проводиться с соблюдением правил техники безопасности. Демонстрацию опытов со взрывами, получение и демонстрацию ядовитых газов необходимо проводить только в закрытом вытяжном шкафу.
4. Надёжность - неудавшийся опыт вызывает разочарование у учащихся. Поэтому необходима отработка эксперимента до урока. При этом уточняется время, которое затрачивается на его проведение.
5. Техника выполнения опыта должна быть безукоризненная. Поэтому если осваивается новый эксперимент, то он должен быть хорошо отработан. Ошибки, допущенные учителем, легко переносятся на учеников.
6. Необходимость объяснения демонстрационного эксперимента. Перед демонстрацией опыта необходимо указать на цель эксперимента, сориентировать наблюдения эксперимента учащимися, после проведения опыта сделать выводы.

Выбирая один вариант эксперимента из серии демонстрационных, предлагаемых различными авторами для ввода одного и того же понятия, я предпочитаю ту технику, которая  проста, безотказна, безопасна (экологична), экономична, наглядна (выразительна), информативна, эффективна (убедительна, доказательна, достоверна), а время экспозиции невелико. Оптимальность варианта должна оцениваться по всему комплексу этих критериев, а не по одному или четырем первым, что обычно имеет место.

Любому демонстрационному опыту отводится краткий промежуток времени, и поэтому он всегда должен быть тщательно подготовлен и проверен. Демонстрационный эксперимент ставится как иллюстрация к объяснению нового материала. Демонстрация опытов - это искусство, требующее особых навыков и напряженного внимания: каждый опыт, даже если он освоен и неоднократно выполнялся, должен быть заранее отрепетирован.

Разумеется, положительный эффект дает только удавшийся опыт. Опыт всегда должен удаваться, и с этой целью техника эксперимента перед его проведением должна быть тщательно отработана; все этапы проведения эксперимента должны быть продуманны. Недопустима небрежность в оформлении опыта, необходимо заранее предусмотреть возможные неудачи при проведении опыта и подготовить для таких случаев запасные детали оборудования и реактивы, Всё, что необходимо для опыта, должно быть у учителя под рукой. В случае неудачи необходимо выяснить ее причину и повторить опыт на этом или следующем уроке. По возможности опыты нужно повторять неоднократно.

    Учитель несёт ответственность за безопасность обучающихся, поэтому в кабинете химии должны находиться средства пожарной безопасности, вытяжной шкаф для проведения работ с вредными и пахучими веществами, средства для оказания первой помощи.

  Во время показа опыта объясняю каждую операцию, фиксируя внимание детей на его этапах. При этом надо избегать всего, что отвлекает внимание учащихся. Сочетание эксперимента со словом учителя или ученика осуществляется различными способами, которые определяются различными причинами, что можно проиллюстрировать в виде алгоритмов.

При изучении химических свойств веществ применяется алгоритм: «Посмотрите и назовите (перечислите)», то есть учитель демонстрирует образец изучаемого вещества или выдает ученикам раздаточный материал и просит перечислить физические свойства металла, определяемые непосредственно органами чувств (агрегатное состояние, цвет, запах и др.). Этот же прием можно использовать также при повторной демонстрации однотипных свойств веществ одного класса.

При изучении более сложных вопросов, которые, однако, могут быть относительно легко поняты учениками, может использоваться алгоритм: «Посмотрите; расскажите, что видели; объясните данное явление».

Выбор конкретных опытов по теме урока определяется как учебной задачей, так и ресурсами школы. Однако важным является тот факт, что нельзя увлекаться демонстрациями, так как это утомляет учащихся.

В процессе проведения демонстрационного опыта обучающиеся должны усвоить:

• теоретический материал, относящийся к теме опыта;
• знать и соблюдать правила техники безопасности;

Если учащийся непосредственно участвует в проведении эксперимента, то ему необходимо: изучить и ясно представить себе содержание и порядок выполнения лабораторной работы, знать принципы действия и правила работы с измерительными приборами, методы измерений, а также особенности конструкции лабораторной установки и правила техники безопасности.

Методика проведения демонстрационных опытов.

1. Постановка цели опыта: для чего проводится данный опыт, в чем должны убедиться учащиеся, что понять.
2. Описание прибора, где проводится опыт, и условий его проведения.
3. Организация наблюдений учащихся: учитель должен сориентировать учеников, за какой частью прибора должны вестись наблюдения.
4. Выводы.

Для правильной постановки демонстрационных опытов по химии в школе, кабинет химии должен быть специально оборудован. Все технические детали приборов должны быть правильно изготовлены и точно настроены. Отрицательное впечатление производят плохо подобранные пробки, трубки с неоплавленными или необрезанными концами, грубо вырезанные фильтры, неряшливо собранные приборы, грязная или разнокалиберная лабораторная посуда.

Для успешного осуществления химического эксперимента необходимо знать и соблюдать правила техники безопасности. Согласно «Правилам техники безопасности для кабинетов химии общеобразовательных школ» при проведении демонстрационных опытов необходимо выполнять требования:

• Обучающимся, которым по состоянию здоровья запрещено работать с реактивами и растворами, администрация школы обязана обеспечить работу по индивидуальной программе.
• Опыты, при которых возможно загрязнение атмосферы учебных помещений токсичными веществами, необходимо проводить в исправном вытяжном шкафу или в приборах - замкнутых системах с адсорбцией или аспирацией выделяющихся веществ. В системы с аспирацией следует вводить устройство для контроля за наличием разрежения.
• В качестве адсорбентов для газов и паров разрешается применять активированный уголь (кроме смеси хлора и водорода, которая на активированном угле реагирует со взрывом), водные растворы кислот и щелочей, натронную известь.
• В системах с аспирацией без адсорбции собранные газы по окончании эксперимента вытесняются из аспиратора с помощью напорной склянки в вытяжном шкафу или на открытом воздухе. Во время этой операции поджигать газ запрещается.
• Приготавливать растворы из твёрдых щелочей и концентрированных кислот разрешается только учителю, используя фарфоровую лабораторную посуду. Сосуд следует наполовину заполнить холодной водой, а затем добавлять небольшими дозами вещества. Перед внесением очередной порции жидкость необходимо перемешать до растворения всего вещества. После остывания раствор добавлением воды довести до нужного объёма.
• Взятие навески твердой щелочи разрешается пластмассовой или фарфоровой ложечкой. Запрещается использовать металлические ложечки и насыпать щелочи из склянок через край. На весы необходимо поместить фарфоровую выпарительную чашу. Бумагой для этой цели пользоваться запрещается.
• Работа с щелочными металлами, кальцием, концентрированными кислотами и щелочами при подготовке и проведении опытов должна проводиться с применением спецодежды и средств индивидуальной защиты.
• Резка лития и натрия и очистка металлов от оксидной пленки должна проводиться под слоем керосина в широком стеклянном сосуде типа чаши кристаллизационной.
• Демонстрировать взаимодействие щелочных металлов и кальция с водой необходимо в химических стаканах, наполненных не более чем на 5 см. В этом случае допускается демонстрация опыта без защитных экранов.
• Переливание концентрированных кислот, а также водного раствора аммиака и приготовление из них растворов должно производиться в вытяжном шкафу или на открытом воздухе. При этом обязательным является использование воронки, а также применение спецодежды и средств индивидуальной защиты. При пользовании пипеткой запрещается засасывать жидкость ртом.
• Во время приготовления растворов жидкость большей плотности следует вливать в жидкость меньшей плотности. Твёрдые сыпучие реактивы разрешается брать из склянок только с помощью совочков, ложечек, шпателей, пробирок.
• Растворы необходимо наливать из сосудов так, чтобы при наклоне этикетка оказывалась сверху ("этикетку - в ладонь!"). Каплю, оставшуюся на горлышке, снимают краем той посуды, куда наливается жидкость.

Демонстрационный эксперимент и натуральные объекты помогают изучать свойства веществ, внешнее проявление химической реакции. Демонстрация химических опытов на лекциях дает эмоциональную разгрузку, поднимает интерес к изложению учебного материала, позволяет сделать смысловую паузу и тем самым способствует лучшему усвоению курса химии. Помимо демонстрационного эксперимента, в моем арсенале имеется множество других средств наглядности, которые при правильном использовании повышают эффективность и качество урока (интерактивные средства обучения, таблицы, модели, макеты, internet-ресурсы). Их применяю как в сочетании с химическим экспериментом, так и раздельно, но обязательно в сопровождении слова учителя.

В последние годы активно используются интерактивные средства обучения, которые являются важными средствами наглядности - интерактивная доска, компьютер, проектор, различные диски с учебно-развивающими программами (виртуальная лаборатория). При работе с ними учащиеся получают много образных представлений