Метод проблемного обучения химии
статья по химии (8, 9, 10, 11 класс)

Использование методов проблемного обучения на уроках химии

(из опыта работы)

Курсы неорганической и органической химии, построенные на идеях зависимости свойств веществ от их строения, представляют особенно широкие возможности для использования методов проблемного обучения. Поэтому изучение всего основного содержания предмета можно построить как систему познавательных проблем и способов их решения, но масштабы проблем будут различны. Одни из них широкого плана, и решению их подчиняется изучение отдельных тем или целых разделов химии, другие более узкие, охватывающие содержание нескольких уроков или одного, являющиеся ступенями к решению более общих проблем.

Использование методов проблемного обучения, по моему мнению, следует начинать уже на первом году обучения химии, то есть с восьмого класса. С первых уроков учащиеся знакомятся с основными химическими понятиями и законами, расширяют знания о строении веществ и их свойствах. Таким образом, оперируя основными положениями «Атомно-молекулярного учения», учащиеся достаточно активно участвуют в решении проблемных вопросов и задач при изучении основных законов химии: сохранения массы веществ, постоянства состава вещества и других.

Например, урок в 8 классе «Закон сохранения массы веществ». Проблемная задача мною ставится в форме демонстрационного опыта: в замкнутой системе взвешиваются вещества, вступающие в реакцию, растворы сульфата меди (II) (CuSO4) и гидроксида калия (m1) (KOH) и образующиеся в результате реакции вещества, гидроксид меди (II) (Cu(OH)2) и раствор сульфата калия (m2) (K2SO4); по одному из признаков протекания реакций учащиеся убеждаются в том, что химическая реакция прошла - выпал осадок голубого цвета. Результаты взвешивания веществ до и после реакции подтверждают закон сохранения массы веществ. Учащиеся стоят перед решением проблемной задачи: почему m1=m2? Благодаря актуализации ранее полученных знаний о строении веществ, учащиеся сравнительно легко приходят к следующему выводу: m1=m2, так как  атомы и их количество в результате химических превращений не изменяются, а только соединяются по-другому с образованием новых веществ.

Очень часто для решения проблемных ситуаций на уроке требуется от учащихся привлечения не только ранее изученных внутрипредметных связей, но и межпредметных связей (природоведение, биология, физика и др.). Например, уроки по круговороту веществ в природе в  8 и 9 классах. При изучении вопроса о круговороте кислорода в природе (8 класс) я ставлю проблемный вопрос: «Почему запасы атмосферного кислорода остаются на постоянном уровне (21% по объёму), не смотря на огромный расход этого вещества в различных процессах (дыхание, горение)? Используя сведения о кислороде, полученные на уроках биологии и химии, учащиеся приходят к выводу о том, что постоянное содержание кислорода в атмосфере является следствием равновесия двух процессов противоположных по действию, так как продукты одного процесса служат исходными веществами для другого, это окисление (дыхание, горение) и фотосинтез.

При изучении следующего вещества водорода, можно ставить перед учащимися вопросы проблемного характера. Например, урок «Применение водорода», решая ряд проблемных вопросов на зависимость свойств водорода и возможным его применением, ученики заполняют таблицу:

На уроках по изучению свойств оксидов, оснований, кислот и солей целесообразней ставить проблему перед учащимися в ходе выполнения исследовательских, лабораторных задач с последующим обобщением знаний по этим темам. Так, например, на уроке «Соли аммония» (9 класс) мною предлагается задания по ознакомлению со свойствами солей аммония:

1. Изучите внешний вид и растворимость солей аммония в воде -   NH4Cl

(1 вариант), (NH4)2SO4 (2 вариант).

При обсуждении результатов опытов делается вывод об общих физических свойствах солей аммония.

2. Составьте уравнения диссоциации этих солей.

Следует вывод, на основании анализа уравнений диссоциации, о схожем механизме с другими солями и возможности проявления общих с ними свойств.

3. Исследуйте, как эти соли относятся к действию щелочей. К растворам солей добавьте 3 - 4 капли раствора гидроксида натрия, встряхните и определите запах.

Обсуждение результатов опытов позволяет сделать выводы: об общем признаке протекания реакций между солями аммония и щелочами (появление запаха аммиака); о возможном использовании данной реакции для качественного определения  катионов аммония.

 4. Составьте молекулярное и ионные уравнения данной реакции.

Большое значение в химии имеет понимание генетической связи между неорганическими и органическими веществами. Добиться положительных результатов можно быстрее, если вначале выяснить характерное строение веществ данного класса и их химические свойства, а потом на этой основе выявить генетические связи с другими классами соединений. Если в основу урока (8 класс) по теме «Генетическая связь между различными классами неорганических соединений» заложить проблемную задачу в форме демонстрационного опыта, то ученики сами придут к выводу о существовании взаимосвязи между веществами разных классов в их строении и свойствах.

Задача.

 Экспериментально докажите принадлежность оксида фосфора (V) и оксида кальция к определённым группам оксидов. Установите взаимосвязь их состава и свойств с представителями других классов.

Решение:

Опытным путём учащимися осуществляются реакции:

1. СаО + Н2О = Са(ОН)2 – лакмус меняет цвет на синий, значит, образовалось растворимое основание, следовательно, оксид кальция – основный оксид;
2. Р2О5 + 3Н2О = 2Н3РО4 - лакмус меняет цвет на красный, значит, образовалась кислота, следовательно, оксид фосфора(V) – кислотный оксид;
3. при сливании полученных растворов, лакмус принял первоначальный цвет – фиолетовый, значит, при взаимодействии основания и кислоты образуется соль

          3Са(ОН)2 + 2Н3РО4 = Са3(РО4)2 + 6Н2О.

Анализируя результаты опытов, учащиеся, под моим руководством, составляют схему, отражающую генетическую связь между различными классами неорганических соединений:

   Са   →   СаО    →   Са(ОН)2 

металл       основный           основание

                      оксид

                                                           Са3(РО4)2

                                                                 соль

   Р     →    Р2О5   →   Н3РО4

неметалл    кислотный     кислота

                         оксид

На втором и третьем году обучения учащиеся знакомятся с промышленным осуществлением важнейших химических процессов и в связи с этим – с общими научными принципами производства, что показывает тесную связь науки и практики.

Проблемный подход к изучению химических производств позволяет наиболее полно привлекать весь объём знаний полученный ранее. Он включает в себя решение следующих задач:

• установление связей между свойствами веществ и их применением: выбор сырья для данного производства;
•  рассмотрение физико-химических основ реакций и выбор оптимальных условий их проведения;
• определение соответствия устройства аппаратов и приборов выбранным условиям.

Первый опыт по изучению промышленных производств учащиеся приобретают в 9 классе при изучении промышленного получения серной кислоты контактным способом, поэтому эту тем целесообразно разобрать подробно не на одном,  а на двух уроках.

Урок 1. «Сырьё, основные стадии и химизм производства серной кислоты»

Перед классом  на обсуждение ставится проблема – как можно получить серную кислоту? (анализ формулы, предложение и обоснование гипотез)

а) анализ состава вещества – Н2SО4;

б) как можно получить – Н2О + SО3;

в) как можно получить кислотный оксид – SО2 + О2;

г) сырьё для получения SО2: S0, S-2 → S+4О2;

     д)оптимальные условия проведения реакции: температура, концентрация веществ, площадь поверхности соприкосновения реагирующих веществ

S0, S-2 → S+4О2;

катализатор, химическое равновесие и условия его смещения

S+4О2 → S+6О3;

обсуждение способов повышения выхода продукта реакции

SО3 → Н2SО4  .

Урок 2. «Основные технологические принципы промышленного производства серной кислоты контактным способом»

В начале урока уточняется проблема -  как осуществить химические реакции и стадии получения серной кислоты в промышленных условиях (химические реакции и условия их осуществления, промышленная аппаратура и её моделирование, технология и принципы производства)?

1) при обсуждении выделяются три стадии:

а) окисление сырья с образованием оксида серы (IV)

FeS2 + О2 →

б) окисление оксида серы (IV) до оксида серы (VI)

     SО2 + О2 ↔

           в) образование основного продукта

SО3 + Н2О →

2) оптимальные условия проведения реакций:

- анализ научных принципов производства;

- способы достижения высоких скоростей химических          реакций;

- условия смещения химического равновесия в сторону продукта реакции.

3) конструкционные особенности аппаратов в соответствии с технологическими требованиями производства и использование основных научных принципов (противотока, теплообмена, непрерывности и другие).

Курс органической химии даёт ещё более широкие возможности для развития познавательной активности учащихся с использованием проблемного подхода. Изучая неорганическую химию, учащиеся соотносят свойства веществ с их составом, в химических превращениях усматривают, прежде всего, перегруппировку атомов и ионов, изменение степеней окисления элементов. Изучение органической химии требует более глубокого проникновения в мир молекул, атомов и электронов. Наблюдая те или иные превращения веществ, учащиеся должны постоянно представлять себе разнообразные явления, в какой последовательности соединяются атомы в молекулах, как они располагаются в пространстве, какие электронные процессы происходят при разрыве и образовании химических связей, в чём проявляется взаимное влияние атомов.

Изучение органической химии учит отыскивать причинно-следственные связи в явлениях и рассматривать их не как случайные, а как вызываемые действием определённых факторов. На первый план выдвигаются проблемы, обуславливаемые логикой развития самого учебного процесса, поскольку интерес учащихся в старших классах к теоретическим вопросам становится явно выраженным. Уже из содержания первых уроков возникает ведущая познавательная проблема: почему органических веществ значительно больше, чем неорганических, и чем объясняется огромное значение их в нашей жизни. Более конкретные проблемы возникают при переходе к теории химического строения веществ и изучению основных классов органических соединений.

Так, например, при изучении непредельных углеводородов ряда этилена (10 класс) возникает целая цепь проблемных ситуаций:

1. анализ молекулярного состава этилена приводит к противоречию с валентностью элементов – СII2НI4, но углерод в органических соединениях всегда четырёхвалентен;

Какова же структурная формула этилена?

         Н        Н                         Н                  Н

          ‌׀           ‌ ׀

Н ― С  ―   С ― Н     →              С =  С

          ‌              ‌                                            

                                          Н                  Н

2. двойная связь между атомами углерода требует более глубокого рассмотрения электронного строения  - SP2 гибридизация, каждый атом углерода участвует в образовании трёх σ-связей и одной

π-связи;

3. возникает понятие о π- связи – образуют Р-негибридные электронные облака, менее прочная, чем σ- связь;
4. установление особого характера химической связи требует выяснение влияния её на свойства веществ – характерны реакции присоединения по месту разрыва π- связи.

При изучении кислород -     и азотсодержащих органических соединений учащиеся знакомятся с новыми для них понятиями органической химии «функциональная группа», «бифункциональные соединения» и другими. Углубляются понятия о гомологии, о взаимном влиянии атомов в молекулах, об изомерии, генетической связи между различными классами соединений, о полимерах.

У учащихся к этому времени накоплен определённый опыт. Они владеют многими теоретическими понятиями курса, поэтому возникает больше возможностей на уроках ставить проблемы, которые побуждают, активно мыслить.

Разрешение проблемных ситуаций под руководством учителя заставляет учащихся сравнивать, обобщать, анализировать явления, а не просто их механически запоминать. Процессы выдвижения и разрешения проблемных ситуаций, представляют собой непрерывную цепь, так как при выдвижении проблемы одновременно начинается её решение, которое в свою очередь, ведёт к постановке новых проблем. То есть осуществляется противоречивый и непрерывный процесс активного познания новых научных понятий. Используя на уроках методы проблемного обучения, убеждаешься на опыте, что они способствуют развитию познавательной активности, творческой самостоятельности учащихся, формированию их мировоззрения, интеллектуальному развитию, и как следствие этого, повышению качества знаний.

Исходя из результатов своей работы, предлагаю более широко применять методы проблемного обучения при изучении школьного курса химии:

чтобы добиться большей эффективности их использования в старших классах, вводить уже на первом году обучения  (8 класс) при изучении общих законов химии, применения веществ, генетической связи между различными классами неорганических соединений;

изучение тем, связанных с рассмотрением химических производств (9, 10 класс), строить на использовании методов проблемного обучения, так как именно они способствуют наибольшей актуализации знаний учащихся об основных закономерностях протекания химических реакций (химического равновесия, кинетики химических реакций), что позволяет самим учащимся найти оптимальное решение, аргументировать его, обобщить изученные ранее закономерности управления реакциями и применить их к новым процессам;

при выяснении строения веществ и их свойств (9-11 классы), ставить задачи проблемно-поискового характера, решая которые, учащиеся используют и закрепляют знания об электронном строении молекул, о функциональных группах, химических свойствах веществ, отрабатывают навыки практического осуществления реакций, подтверждающих состав и свойства данных веществ, что позволяет глубже понять взаимосвязь состава и свойств различных классов органических и неорганических соединений.