Методика формирования понятия «вещество» на пропедевтическом этапе обучения химии

ВВЕДЕНИЕ

Пропедевтический этап получения знаний, который включает начальную школу и VVII классы основной школы, играет важную роль в процессе формирования понятия «вещество». Учитывая цели обучения химии, важно так подготовить учащихся к восприятию знаний систематического курса в VIII классе, чтобы подвести их к пониманию главной особенности познавательной деятельности при изучении предмета, которая, по словам П. П. Лебедева, состоит в том, что изучающий химию должен уметь мыслить двойным рядом образов: наблюдать реальные явления, связывая их с гипотетическими образами (микромиром молекул и атомов). Эта идея и была положена в основу нашего исследования: учащиеся будут хорошо подготовлены к восприятию курса химии, если при изучении свойств веществ научатся обращать внимание на их состав и строение, другими словами, научатся характеризовать целостный объект «вещество» с разных сторон.

Глава 1. МЕТОДИКА ФОРМИРОВАНИЯ ПОНЯТИЯ «ВЕЩЕСТВО» НА ПРОПЕДЕВТИЧЕСКОМ ЭТАПЕ ОБУЧЕНИЯ ХИМИИ Создание методики формирования понятия «вещество» на пропедевтическом этапе обучения химии предполагало определение общего уровня знаний учащихся о понятии «вещество» и «система».

Под «системой» большинство учащихся понимает «совокупность частей, элементов, органов» и др. При этом ими не учитываются такие важные стороны этого понятия, как «взаимодействие элементов системы», «целостность системы», «свойства системы как единого целого», «взаимодействие системы с внешней средой» и т. д.Результаты тестирования помогли окончательно сформулировать основные положения методики работы учителя по формированию понятия «вещество» как системы:

· объяснение материала должно осуществляться с позиций системной организации объектов и явлений природы, которая в наибольшей степени реализуются при рассмотрении межпредметных связей;

· умение учащихся осуществлять операции системного анализа может быть сформировано только в результате целенаправленного процесса обучения, заключающегося в неоднократном рассмотрении системных объектов, начиная со знакомых учащимся из повседневной жизни (например, будильник, цветок и др.), и изучаемых на уроках (клетка, организм человека);

· при организации учебной деятельности по отработке и применению полученных знаний о системной организации понятия «вещество» и умений осуществлять операции системного анализа необходимо использование заданий различного характера: репродуктивного, проблемного, творческого и др.

В нашем исследовании мы исходили из следующей трактовки понятий «системный подход», «систематичность знаний» и «системность знаний».

Системный подход основан на положении о том, что специфика сложного системного объекта (системы) не исчерпывается особенностями составляющих ее элементов, а связана, прежде всего, с характером взаимодействий между элементами.

Учитывая это, на первый план работы учителя была выдвинута задача познания характера и механизма этих связей и отношений.

Систематичность знаний характеризуется осознанием состава некоторой совокупности знаний, их иерархии и последовательности, т. е. осознанием одних знаний как базовых для других, но при определенном, заданном угле зрения на эту совокупность.

Систематичность знаний учащегося проявляется:

· в готовности объяснить связи между отдельными знаниями при изложении им материала в той последовательности, которая была предложена учителем или учебником;

· при изложении перестроенного им исходного учебного материала с обоснованием этой перестройки;

· в выполнении нескольких последовательных действий, приводящих к достижению цели;

· в самостоятельном установлении новых связей, во-первых, между усвоенными знаниями, во-вторых, между ранее усвоенными и новыми знаниями.

Чем больший круг знаний учащиеся могут выстроить в последовательные ряды фактов и связей между ними, тем более систематичными являются их знания.

Способность учащихся выстраивать рассуждения, состоящие вначале из двух-трех, а в дальнейшем из трех-четырех логически связанных звеньев, устанавливать причинно-следственные связи и др., зависит не столько от возраста, сколько от уровня развития у них навыков мышления. Эта способность может быть развита в дальнейшем.

Системность знаний предусматривает осознание учеником места приобретенных знаний в структуре научных теорий, т. е. понимание того, что в системе знаний является основным положением, что — следствием, что — приложением. Системность знаний предполагает наличие у обучающихся систематических знаний, связанных содержательно-логическими связями.

Систематичность знаний может быть достигнута при использовании различных методов обучения:

· объяснительно-иллюстративного;

· репродуктивного;

· проблемного изложения;

· частично-поискового (эвристического);

· исследовательского;

Выбор того или иного метода определяется учителем в зависимости от конкретных целей и задач, поставленных перед учащимися. Ранее, для иллюстрации формирования приема «систематизации», был приведен пример использования метода проблемного изложения.

Раскроем суть названных методов и приведем варианты их использования, рекомендованные нами в рамках апробации методики.

· Объяснительно-иллюстративный метод предполагает изложение знаний в форме рассказа или объяснения учителя с помощью наглядных средств и организованных практических действий учащихся. Использование этого метода позволяет учителю сообщать информацию о способах деятельности, о сферах применения сообщаемых знаний о веществе, показывать образцы такого применения, указывать на способы преодоления трудностей, которые могут возникнуть в ходе этого процесса.

Применение метода наиболее целесообразно на занятиях, в ходе которых происходит первичное знакомство учащихся с образами и/или моделями изучаемых объектов, их изображениями, символами и т. п. Например, при формировании понятия о «химическом элементе» как определенном виде атома; определенного порядка расположения частиц в веществе и др.

При изучении темы «Простые и сложные вещества» учитель не только формулировал определения этих понятий, но и сопровождал свой рассказ записью химических формул на доске, демонстрацией таблиц с изображением структур простых и сложных веществ. После чего, используя в учебнике изображения веществ, состоящих из одинаковых кружочков или кружочков разного вида, учащимся предлагалось определить, в каком случае приведен рисунок простого, а в каком случае сложного вещества. Демонстрационный опыт «Разложение воды электрическим током», с последующим анализом того, что увидели учащиеся, стал завершением объяснения данной темы.

Репродуктивный метод заключается в воспроизведении учащимися знаний в предъявленных ранее связях. При применении этого метода учитель предлагает учащимся типовые упражнения, при выполнении которых они демонстрируют приобретенные ранее навыки и умения: самостоятельное извлечение информации из текстов, сообщенных учителем, и установление связей между ними или закрепление усвоения уже понятых связей.

Использование данного метода целесообразно на уроках, в ходе которых учащиеся должны отработать новые понятия и законы, являющиеся основой для дальнейшего усвоения материала, систематизировать знания или продемонстрировать понимание установленных ранее причинно-следственных связей путем их воспроизведения в виде схем или таблиц. Например, этот метод был использован учителями при введении понятий «атом» и «молекула», «простое и сложное вещество», при объяснении изменений состава и строения в ходе химических реакций.

Рассмотрим применение этого метода при изучении темы «Тела и вещества». После знакомства учащихся с этими понятиями на предыдущем уроке, учитель приступал к отработке введенных понятий. Для этого предлагалось привести примеры как можно большего числа тел, состоящих из одного вещества, например, из железа. Далее учащиеся получили обратное задание: привести примеры веществ, из которых может быть изготовлен кубик. Следующим заданием стало установление соответствия между телами и веществами, из которых они могли быть сделаны: тела — обложка, кольцо, колокольчик; вещества — полиэтилен, золото, стекло. На заключительном этапе занятия учитель предложил учащимся сформулировать признаки, по которым можно было бы различить эти два понятия. Таким образом, учащиеся фактически отрабатывали один и тот же материал, но на разных, постепенно усложняющихся примерах, а затем обобщали полученные знания.

Проблемное изложение предполагает активную самостоятельную, познавательную деятельность учащихся, направленную на разрешение проблемных ситуаций, предложенных учителем.

Данный метод применим при изучении тем, которые, по причине кажущейся простоты вопроса, его спорности или многовариантности путей решения задания, требуют специальной активизации мыслительного процесса учащихся. Важную роль при использовании этого метода играют действия учителя, который в зависимости от ситуации может:

· подвести учащихся к противоречию и предложить им его разрешить;

· изложить различные точки зрения по данной проблеме, чтобы учащиеся выработали свое решение;

· предложить учащимся рассмотреть проблему с изложением разных точек зрения;

· сформулировать задачи с неполными, ограниченными данными или с заведомо допущенными ошибками, которые учащиеся должны найти и решить.

Крайне важно при использовании этого метода добиваться от учащихся доказательности в высказываемых суждениях, прогнозирования этапов исследования, шагов рассуждения и т. п.

Например, в начале урока «Движение частиц» учитель предлагал учащимся продумать ответ на вопрос: почему, если положить кусочек сахара на дно стакана с водой, то через некоторое время сладкий вкус ощущается во всем объеме воды? В ходе рассуждений учащиеся приходят к мысли, что частицы сахара двигаются. От чего зависит скорость движения и можно ли повлиять на нее? Учащиеся отмечали, что скорость движения может зависеть от температуры. В качестве доказательств своих предположений учащиеся отмечали, что в горячей воде сахар растворяется быстрее. Ответ на вопрос: «Почему же при повышении температуры скорость движения увеличивается?» учащимся было предложено обдумать дома. Продолжением урока стало обсуждение других примеров и доказательств движения частиц. Отвечая, учащиеся называли распространение запаха, нагревание металлов и др.

Частично-поисковый (эвристический) метод позволяет раскрывать шаги рассуждений и поиска, связь между ними и формировать готовность учащихся к самостоятельному установлению связей. Более продуктивным использование данного метода будет для тем, в которых учащимся предлагается пройти путь ученого-практика: идея — выдвижение гипотезы — эксперимент — анализ результатов — подтверждение или опровержение гипотезы — вывод — создание теории.

Урок по такой схеме был проведен по теме: «Малые размеры атомов и молекул». В начале занятия учитель задает вопросы: «Почему морская вода соленая? Это одно вещество или два?» При ответе учащиеся выдвигают гипотезу о существовании в воде частиц соли и о том, что морская вода — это природная смесь. Но как это подтвердить? Предлагалось провести эксперимент (учащимся напоминалось при этом, что именно практика — критерий истины). Например, нагреть соленую воду и выпарить. Учитель напоминает учащимся, что если после купания в море не вытираться полотенцем, а постоять на солнце, то на коже выступят частицы соли, которые до этого были не видны. В заключение была проанализирована выдвинутая на начальном этапе гипотеза и сформулированы выводы, на основании которых учащиеся (с помощью учителя) выдвинули теорию, что смеси можно разделять, зная различия в свойствах веществ: вода испаряется, а соль нет.

Исследовательский метод предполагает самостоятельный поиск связей между знаниями и между явлениями, в этих знаниях отраженными. Чаще всего этот метод используют при выполнении заданий творческого характера на установление связи и выявление закономерностей между существующими фактами. Например, выявление зависимости свойств от состава и строения веществ, установление различий в строении веществ, находящихся в различном агрегатном состоянии.

Примером использования этого метода в нашем исследовании может служить практическая работа по изучению строения пламени. В начале занятия учитель сообщал учащимся об основных веществах (углеводородах), входящих в состав парафина. Далее учащиеся вспомнили, что горение это взаимодействие с кислородом. После чего им было предложено пронаблюдать процесс горения свечи и описать увиденное: форму и цвет пламени, его однородность и др. Отметив наличие оттенков у различных участков пламени, учащиеся приступали к исследованию причин увиденного. Для этого они поочередно вносили в три зоны пламени конец стеклянной трубки и изучали состав продуктов горения парафина. После чего учитель предлагал отразить увиденное в виде рисунка с соответствующими подписями. В завершении работы был сформулирован вывод о результатах проведенного исследования.

В большинстве случаев в ходе уроков учителя использовали сочетание нескольких методов обучения. Такой подход позволял вовлечь в работу учащихся с разным уровнем мышления, темпераментом, способом восприятия информации (аудиалов, визуалов и кинестетиков).

Учет индивидуальных особенностей мышления необходим при организации уроков с использованием знаний, полученных в начальной школе при изучении курсов «Окружающий мир» и «Природоведение».

На уроках объяснения нового материала с систематическим использованием имеющихся у учащихся знаний происходит восприятие материала с опорой на уже изученный. Это способствует формированию у учащихся системных знаний, а также развитию логического мышления, наблюдательности, умению глубоко анализировать и обобщать материал. В процессе такой работы развиваются активность и самостоятельность мышления. При этом каждый учащийся может опираться при воспроизведении материала на тот вид памяти, которая у него наиболее развита: моторную, зрительную, слуховую и т. д.

Привлечение комплекса сформированных знаний связано не только с повторением пройденного, а что особенно важно, с сознательным отбором учеником тех знаний, которые необходимы ему для сравнения и сопоставления с новыми фактами. Это связано с применением знаний, их переносом их в новые учебные и практические условия, что само по себе является важным показателем сознательного их усвоения. Способность к переносу имеющихся знаний в новые условия понимается как один из показателей развития учащихся.

При объяснении материала учитель опирался на знания учащихся о веществе, полученные в начальной школе. Это стало возможным в результате применения приемов: напоминание, конкретизация, актуализация, показ возможности переноса имеющихся у учащихся знаний и умений в новую ситуацию.

Привлечение комплекса сформированных знаний связано не только с повторением пройденного, а что особенно важно, с сознательным отбором учеником тех знаний, которые необходимы ему для сравнения и сопоставления с новыми фактами. Это связано с применением знаний, их переносом их в новые учебные и практические условия, что само по себе является важным показателем сознательного их усвоения. Способность к переносу имеющихся знаний в новые условия понимается как один из показателей развития учащихся.

Использование знаний и умений, полученных на предыдущих занятиях, осуществлялось с применением таких приемов как напоминание, конкретизация, актуализация, показ возможности переноса имеющихся у учащихся знаний и умений в новую ситуацию (осуществление преемственных связей).

Напоминание — это прием, в основе которого лежат действия учителя, направленные на привлечение необходимых для выполнения задания или ответа на вопрос знаний, которые учащихся получили на других уроках. Для этого в рассказе учителя были использованы различные образы или описания, показ материальных объектов, аналогии и др., уже знакомые учащимся.

Прием актуализации знаний понимается как создание учителем ситуации, способствующей выявлению учащимися связей между имеющимися у них знаниями и знаниями, необходимыми на данном уроке. Если ученик затрудняется, то учитель путем постановки наводящих вопросов помогает оперировать определенными фактами и понятиями, известными учащимся. Беседа проводилась таким образом, что для ответа на вопросы ученику надо не только вспомнить изученный материал (актуализировать его), но и найти новые связи между усвоенными знаниями, расширить их, сделать новые выводы. Например, при объяснении понятия агрегатного состояния, вначале с помощью вопросов актуализирует знания учащихся о газообразных, жидких и твердых веществах, ставит такие вопросы: какие вы знаете жидкости, газы, твердые вещества? Какими свойствами обладают кислород, вода, поваренная соль? Чем отличаются их свойства? В чем причина отличий в свойствах? Так постепенно учащиеся подводятся к выводу о зависимости свойств от расстояния между частицами. Данный вывод учащиеся формулируют сами. Таким образом, учитель в ходе беседы путем умело поставленных вопросов «заставляет» учащихся самих как бы открывать взаимосвязь между строением и свойствами. Такая работа доставляет им большее удовлетворение и стимулирует их познавательную активность.

При использовании приема актуализации знаний учитель постановкой вопросов побуждает учащихся применять имеющиеся знания, а в приеме напоминания необходимые знания учащихся привлекает сам учитель. Однако действия учителя не должны быть направлены только лишь на имеющиеся знания. Такой подход будет иметь формальный характер, так как не предполагает истинной преемственности знаний. Привлекая уже изученный материал, учитель обосновывает необходимость его использования, напоминает учащимся сущность этого материала, подчеркивает его важность в процессе объяснения того или иного явления или понятия.

Часто применяемым учителями приемом является прием конкретизации, который заключается в уточнении учителем знаний, имеющихся у учащихся, примерами, с привлечением нового, более сложного материала. Изучаемые законы, понятия прочнее усваиваются в том случае, если они конкретизируются примерами из других учебных дисциплин. При этом учащиеся сами или с помощью учителя должны увидеть эту взаимосвязь. Прием конкретизации применяется при формировании знаний об объектах (кислороде, воде, воздухе и др.) или фундаментальных понятиях (атом, молекула, агрегатное состояние, химическая связь, строение и т. д.), формирование которых происходит в несколько этапов, в процессе изучения нескольких предметов. Применение этого приема позволяет выявлять новые существенные признаки понятия, в результате чего возникает глубокое всестороннее знание о нем — происходит его обогащение.

Так, учащиеся в курсе природоведения при изучении темы «Воздух» знакомятся с его составной частью — кислородом: его значении для человека, свойствах, в том числе свойстве кислорода поддерживать горение. В дальнейшем с этим веществом учащиеся встречаются на уроках ботаники (при знакомстве с процессом фотосинтеза и дыхания растений), на уроках географии (при рассмотрении строения и значения атмосферы). Полученные сведения позволяют учащимся полнее характеризовать физические и химические свойства составных частей воздуха.

Прием конкретизации применялся и при изучении сведений о составе и строении веществ. Например, в начальной школе учащиеся получили некоторые знания о составе и строении: тела состоят из веществ, вещества из молекул, а молекулы из элементарных частиц (при этом само понятие «молекула» не определяется); есть вещества газообразные, жидкие и твердые. В дальнейшем (в 5 — 7 классах), происходит уточнение, конкретизация знаний, вводятся понятия атома и молекулы, представление о том, что молекулы состоят из атомов, и что между частицами существуют силы взаимодействия. Устанавливаются причины отличий в физических свойствах веществ, находящихся в разных и одинаковых агрегатных состояниях и т. д. Учащиеся получают сведения о том, что существуют атомы разных видов (химические элементы), поэтому вещества могут быть образованы как одинаковыми атомами (простые вещества), так и разными атомами (сложные вещества). Итогом применения этого приема конкретизации становится формирование первоначального уровня понятий о составе и строении веществ и понимание зависимости свойств веществ от этих элементов.

Особенностью использования приема конкретизации при изучении теоретических положений химической науки является вектор вопросов учителя. Для более полного использования имеющихся у учащихся знаний учителям было рекомендовано спрашивать не только о сведениях, изучаемых на других уроках, но и опираться на кругозор (информационное поле) и мыслительный потенциал ребенка, т. е. на общий уровень развития у учащихся мыслительных способностей, приемов познавательной деятельности. В первую очередь это связано с абстрактным характером рассматриваемого материала: учащимся для ответа на вопросы необходимо было подключить воображение, первичные навыки моделирования, логическое мышление, которое они могли почерпнуть не только в рамках изучения школьных предметов. При объяснении материала абстрактного или трудно иллюстрируемого экспериментом характера, учителям было рекомендовано максимально использовать наглядно-иллюстративные средства, в том числе шаростержневые модели, модели кристаллических решеток, современные технические возможности, в том числе видеофрагменты и компьютерные программы. Все эти способы изложения информации, позволяют учащемуся получать ее по наиболее удобному для него каналу: звук (речь учителя и голос ведущего), изображение, непосредственная работа с моделями. Формулируемые после объяснения вопросы должны отвечать цели конкретизации услышанного: их логическая последовательность, постепенное усложнение, уточняющий характер направляют учащихся к желаемому результату — ответу.

Целью переноса имеющихся теоретических знаний и практических умений в новую ситуацию является осуществление преемственных связей. Речь может идти не только о знаниях и навыках, полученных при обучении в школе, но и приобретенных в повседневной жизни.

Вариантов применения этого приема переноса знаний может быть в основном четыре.

Первый вариант предполагает перенос имеющихся теоретических знаний в новую ситуацию. Этот вариант целесообразно осуществлять после использования приемов напоминания или актуализации. Напомнив о существовании веществ в трех агрегатных состояниях, учитель предлагает учащимся ответить на вопрос и аргументировать свой ответ: являются ли лед, пар и жидкая вода разными веществами? Предлагается привести примеры подобных переходов для других веществ и дать объяснения.

Второй вариант предполагает, что учащиеся должны использовать сформированные ранее практические умения в новых условиях. Речь может идти о рассмотрении известных учащимся сведений о свойствах на примерах других веществ. Например, задание может быть следующим: экспериментально подтвердите, что морская вода является смесью веществ. Для выполнения задания учащиеся опираются на знания о способности воды при незначительном нагревании переходить в газообразное состояние (испаряться) и отсутствии такой способности у соли.

В третьем случае, оттолкнувшись от результатов проведенного эксперимента (практических умений), учитель путем вспомогательных вопросов подводит учащихся к выводу новых для них закономерностей. В результате опыта по разложению пероксида водорода, продемонстрированного учителем, учащиеся приходят к выводу о том, что это вещество является сложным, и что при разложении сложных веществ могут образовываться как простые, так и сложные вещества.

Четвертый вариант предполагает подтверждение известных учащимся сведений или изложенных учителем фактов в ходе проведения опыта. Например, выполнявшийся в начальной школе опыт с растворением веществ (сахара или соли), но проведенный с использованием другого вещества (перманганата калия), позволяет учащимся на основе собственных наблюдений практически самостоятельно подойти к выводу о существовании невидимых частиц, за счет которых и происходит окрашивание раствора.

Предложенная последовательность введения приемов объясняется логикой процесса мышления, а также необходимостью постепенного усложнения действий, осуществляемых учащимися.

Введение

приема в практическую деятельность осуществлялось учителями в две стадии.

На первой стадии, в ходе приема «напоминание», активная позиция принадлежит учителю: он напоминает, он приводит примеры, показывает модели и т. п. Учащиеся вспоминают и на репродуктивном уровне воспроизводят. В ходе приема «актуализация» учитель помогает учащимся осознать наличие у них необходимых знаний для ответа на вопросы или выполнения заданий.

Вторая стадия начинается с приема «конкретизация». В этом приеме, (как и в первом приеме на первой стадии) активная роль принадлежит учителю: он уточняет и углубляет знания, но для этого уже привлекает новый, не знакомый учащимся материал. Само название следующего приема указывает на то, что учащиеся применяют свои знания в незнакомой ситуации, что требует от них перехода на более высокий — творческий уровень мышления.

Таким образом, формирование у учащихся систематических и системных знаний о веществе не может произойти спонтанно, а требует направленной на это деятельности учителя. Для этого в рамках предлагаемой методики при изложении логически выстроенного нового материала учителям предлагалось использовать комплекс методов обучения и приемов работы, направленных на применение имеющихся у учащихся знаний о природе. Такой подход к преподаванию позволял помочь учащимся установить логические связи между изученными явлениями и понятиями, выявить общее и специфическое в них, органически объединить имеющиеся знания с новыми, применить сформированные понятия и полученные навыки в новой ситуации, организовать их закрепление.

Глава 2. МЕТОДИЧЕСКИЕ РАЗРАБОТКИ ПО ТЕМЕ «ВЕЩЕСТВО»

2.1 Химический элемент и простое вещество

Оборудование. Мультимедийный проектор.

Домашнее задание к уроку. Представления об атомах и элементах у различных ученых (готовится в виде кратких сообщений, желательно с цитатами из работ авторов).

На предыдущем уроке при объяснении домашнего задания было показано несколько слайдов.

ХОД УРОКА

«Распространеннейшие в природе простые тела имеют малый атомный вес, а все элементы с малым атомным весом характеризуются резкостью свойств. Они поэтому суть типичные элементы».

Д.И.Менделеев Учитель. Первые представления об элементах мы находим уже в греческой науке, но тогда под элементами подразумевались невесовые и невещественные категории. Аристотель рассматривал четыре элемента — землю, воздух, огонь и воду. В средние века алхимики прибавили к ним еще ртуть, серу и соль. Однако только немногие алхимики понимали термин «элемент» в философском смысле Аристотеля. Ошибка была в том, что понятие «элемент» смешивали с понятием «вещество» того же наименования. Подобное часто происходит и у начинающих изучать химию. Таким образом, сформировалась мысль о вещественности элементов, из комбинаций которых состоят разные вещества. Потом появилась мысль о возможности взаимного превращения веществ, например металлов в золото. Неудачи таких попыток постепенно привели алхимиков к мысли, что вещества, не разлагаемые физическими и химическими методами, являются действительно химическими элементами, из которых построены сложные вещества.

1-й ученик. Такую мысль в XVII в. высказывал Р.Бойль. Бойль стремился определить индивидуальность элементов, изучая специфические свойства тел, которые они образуют (реакции осаждения, цветные реакции).

2-й ученик. В XVIII в. эту мысль развил А.Лавуазье.

3-й ученик. Д. Дальтон считал, что все атомы одного химического элемента тождественны между собой. (Он ввел знаки химических элементов.) «Я, — писал Дальтон, — избрал слово атом для обозначения… первичных частиц… потому, что это слово кажется мне значительно более выразительным; оно включает в себя представление о неделимости, чего нет в других обозначениях». Иллюстрируя свое понимание атома, Дальтон приводил такой пример: «…я называю первичную частицу угольной кислоты сложным атомом. Однако, хотя этот атом и может быть разделен, но, распадаясь при таком делении на уголь и кислоту, он перестает уже быть угольной кислотой».

Учитель. Постепенно список «элементов» как результат многовекового опыта по разложению веществ увеличивался, но в этом списке наряду с вещественными сохранялись и невещественные «элементы» — кислород, азот, сера, едкий натр, светород, теплород.

4-й ученик. Первым методом открытия новых «элементов» был анализ минералов, причем критерием нового «элемента» было выделение вещества с новыми реакциями, а затем и самого простого вещества. Иногда промежуток времени между этими этапами составлял десятки лет. Так, фтор в виде соединений был открыт А. М. Ампером в 1810 г., но впервые выделен в виде простого вещества только в 1886 г. А.Муассаном. Это объяснялось также тем, что, с одной стороны, некоторые соединения долгое время принимали за «элементы» (оксиды щелочных металлов), с другой стороны, некоторые простые вещества считали оксидами неизвестных «элементов» (хлор — оксидом «мурия»). Большое количество элементов было открыто путем химического анализа. После введения в химическую практику новых физических методов с помощью электрического тока были выделены калий, натрий и кальций. При помощи спектрального анализа были открыты рубидий и цезий.

5-й ученик. Немецкий ученый Август Кекуле обратился к своему коллеге Карлу Венцелю с предложением организовать международный конгресс для достижения единства в химии и разрешения спорных проблем. Венцелю идея понравилась, и он взял на себя обязанности организатора и устроителя конгресса. К этому был привлечен также Адольф Вюрц, согласившийся вести заседания и быть секретарем. В марте 1860 г. они собрались в Париже и отпечатали обращение ко всем выдающимся химикам. 45 ученых подписали это обращение, среди них значатся известные русские химики Н. Н. Бекетов, Н. Н. Соколов и Н. Н. Зинин.

6-й ученик. Конгресс открылся 3 сентября 1860 г. в Карлсруэ, где Венцель преподавал в Политехническом институте. Участникам конгресса предстояло сделать выбор по тем вопросам, которые имели жизненно важное значение для развития химии в целом. В сущности, речь шла о том, быть ли химии на старых позициях или принять воззрения А. Авогадро и Ш. Ф. Жерара, открывавшие перед ней новые перспективы.

Сторонником первой точки зрения был французский академик, прославленный ученый Ж.Дюма. «Дюма… — писал Д. И. Менделеев, принимавший участие в конгрессе, — старался поставить пропасть между старым и новым, искусственно уладить дело об обозначениях, предлагая в неорганической химии оставить старое обозначение, а в органической — принять новые… При этом Дюма прекрасно характеризовал оба существующие направления. Одно, говорил он, представляет ясное последование за Лавуазье, Дальтоном и Берцелиусом. Исходная точка для ученых этого образа мыслей есть атом, неделимое простое тело; все прочее есть сумма атомов, величина, производная от первой. Другая партия идет по пути… Жерара; она берет готовые тела и сравнивает их; она берет частицы тела, отыскивает изменения и сличает их физические свойства. Первая партия все сделала для минеральной химии, в органической она до сих пор бессильна, потому что здесь химия еще немного может создать из элементов. Вторая партия, несомненно, сильно двинувшая органическую химию, ничего не сделала для минеральной». Дюма, свидетельствует далее Менделеев, призывал и тех и других идти своей дорогой.

7-й ученик. Сторонником другой точки зрения был Станислао Канниццаро. Его речь потрясла слушателей. «Я не могу… передать того воодушевления, той здравой энергии, вполне сложившегося убеждения, которые так могущественно действовали на слушателей», — отзывался о речи Канниццаро Менделеев. На конгрессе Канниццаро раздал оттиски своей книги «Краткое изложение курса химической философии». Читатели были поражены четкостью изложения, убедительностью, с которой устранялись разногласия, и открывавшимися в связи с этим перспективами развития экспериментальной науки. «Я читал книгу неоднократно и был поражен ясностью, с какой она освещала важнейшие спорные вопросы, — писал тогда известный химик Лотар Мейер. — С моих глаз как бы спала пелена, исчезли сомнения, и вместо них возникло чувство самой спокойной уверенности».

Гипотезу Авогадро Канниццаро назвал краеугольным камнем развития атомной теории Дальтона, которая, основываясь только на весовых и объемных соотношениях, становилась непригодной для экспериментальных исследований. Не надо удивляться, утверждал он, необходимости в гипотезе Авогадро для понимания законов. Именно неприятие идей Авогадро и привело к неудачам многих химиков и даже такого прославленного ученого, как Берцелиус.

Канниццаро c огромным воодушевлением произнес свою речь, и члены конгресса, несмотря на те несогласия, которые были между ними до этого, встретили ее почти единодушным одобрением. Когда предложили резолюцию, в которой характеризовалось различие понятий частицы (молекулы) и атома, то все проголосовали «за». Лишь одна чья-то рука робко поднялась при вопросе «кто против?», но и она тут же опустилась.

После конгресса в Карлсруэ отошли в прошлое разногласия, стоявшие на пути развития экспериментальных определений в химии, а атомный вес стал важнейшей характеристикой элемента.

8-й ученик. М. В. Ломоносов писал: «Элемент есть часть тела, не состоящая из каких-либо других меньших тел». Ломоносов более чем на сто лет опередил всех химиков Европы. В своей незавершенной работе «Элементы математической химии» он дал представление о строении вещества, подобное тому, что приняли химики лишь после конгресса в Карлсруэ. Он писал, что «корпускула (так он называл молекулу) — собрание элементов (т.е. атомов) в одну незначительную массу. Корпускулы однородны, если состоят из одинакового числа одних и тех же элементов, взаимосоединенных одинаковым образом. Корпускулы разнородны, когда элементы их различны и соединены разным образом или в различном числе; от этого зависит бесконечное разнообразие тел. Начало есть тело, состоящее из однородных корпускул».

Учитель. Именно потому, что научная истина не есть то, что принимается голосованием, положение в химии после конгресса не стало идиллическим. Борьба продолжалась. Одни были полностью «за» атомно-молекулярную теорию; другие принимали ее постольку, поскольку она казалась неплохим «инструментом» познания; третьи не признавали ее совсем. И так до тех пор, пока атом не стал для науки реальностью.

Съезд химиков явился толчком к дальнейшему движению, в частности к созданию периодического закона. Менделеев писал: «Главное понятие, с которым возможно приступить к объяснению периодической закономерности, состоит именно в коренном различии представлений об элементах и простых телах… Понятия и слова „простое тело“ и „элемент“ нередко смешивают между собою… Простое тело есть вещество, металл или металлоид, с рядом физических признаков и химических реакций… Под именем элемент должно подразумевать материальные составные части простых и сложных веществ…»

Этим понятием мы пользуемся и в настоящее время, хотя физический смысл его объясняем на основании современных представлений о строении атома.

Презентация элементов 1−3-го периодов Выберите интересующий вас элемент.

Выбираем элемент углерод 6С.

На примере углерода учитель объясняет различие понятий «элемент» и «простое вещество».

Углерод — это элемент, который существует в природе либо в виде алмаза, известного всем драгоценного камня, либо в виде не менее известного графита. Углерод — один из немногочисленных элементов «без роду, без племени». История общения человека с этим веществом уводит во времена доисторические. Имя первооткрывателя углерода неизвестно, неизвестно и то, какая из форм элементарного углерода — алмаз или графит — была открыта раньше.

Люди не сразу пришли к пониманию того, что благороднейший алмаз и невзрачный уголь — близнецы. Между тем, установить это было совсем просто: в один прекрасный день с помощью линзы сконцентрировали солнечные лучи на кристаллике алмаза, помещенного под стеклянный колпак. Алмаз… сгорел, а под колпаком образовался углекислый газ — тот же самый, что образуется при горении угля.

И графит, и алмаз состоят из одинаковых углеродных атомов. Любой кристалл алмаза, даже огромный, шестисотграммовый «Куллинан», — это по существу одна молекула, состоящая из идеально упакованных атомов углерода.

Особенности молекулярного строения объясняют огромную разницу в свойствах графита и алмаза. Графит мягкий, легко расслаивается, алмаз — самое твердое вещество в природе.

Графит отлично проводит тепло и электричество, алмаз — изолятор.

Графит совершенно не пропускает света, алмаз прозрачен.

Существует более 6,5 млн веществ, называемых органическими. Что их объединяет? Представьте себе, во всех органических веществах обязательно есть элемент углерод!

Углерод — алмаз Прозрачные кристаллы, после огранки превращаются в бриллианты.

Решетка кубическая, а = 3,5 нм.

Углерод — графит Вещество черного цвета с металлическим блеском.

Решетка гексагональная, а = 2,45 нм, с = 6,7 нм.

Проверка усвоения знаний Натрий 11Na — элемент и вещество. Просмотрите презентацию и определите, где речь идет об элементе, а где о веществе.

Натрий по своей распространенности в природе занимает 6-е место среди элементов. Присутствует в атмосфере Солнца и в межзвездном пространстве. Содержание натрия в земной коре — 2,3%, в морской воде — 1,05%.

Натрий входит в состав человеческого организма, в крови содержится около 0,6% NаСl. Осмотическое давление крови поддерживается на необходимом уровне в основном за счет хлорида натрия.

Наибольшее количество натрия связано в соединении с хлором. Соль, или, как ее называют химики, хлорид натрия, образует мощные отложения. В год каждый человек с пищей потребляет от 8 до 10 кг соли. Недаром говорят: «Чтобы узнать человека, надо с ним пуд соли съесть». Оказывается, это не так уж много и по весу, и по времени: за год вдвоем и будет съеден пуд

(16 кг) соли.

Огромные количества соли содержат в себе воды морей и океанов. Солью, извлеченной из морских вод, можно было бы засыпать всю сушу земного шара слоем в 130 м. Так велико количество соли!

Интересный факт установили канадские ученые из медицинского университета в Торонто. У вспыльчивых, раздражительных людей натрий усваивается плохо и быстро выводится из организма, а у спокойных и доброжелательных постоянно испытывающих положительные эмоции, этот элемент усваивается хорошо.

Натрий — это легкоплавкий металл серебристо-белого цвета, на воздухе легко покрывается пленкой, состоящей из карбонатов, оксидов и гидроксидов.

Решетка кубическая, а = 4,28 нм.

Итоги урока формулируются и записываются в тетрадь в виде современных определений понятия «элемент» и «простое вещество».

2.2 Путешествие в мир веществ

Вступительное слово Учитель. Вы пришли в необычный кабинет (подчеркнуть необычность кабинета, показать таблицы, химическую посуду, склянки с химическими реактивами и т. п.). В этом кабинете происходят таинственные вещи. Прежде чем показать вам интересные опыты, мы выясним, чем же занимаются в этом кабинете. Сначала ответьте на вопросы.

Как назвать одним словом все то, что нас окружает? Город? Страна? Земля? Вселенная? (Природа.)

Из чего состоит окружающая нас природа? (Парты, окошки, деревья — это тела.)

Из чего состоят тела? (Демонстрация предметов из стекла и дерева.) (Тела состоят из материала, вещества.)

Учитель пишет на доске: Природа — Тела — Вещества.

Учитель. Химия — наука о веществах. В этом кабинете изучают вещества. Веществ очень много, и все они разные. Одни твердые, другие жидкие, третьи газообразные. Одни вредные, другие полезные, третьи — опасные… (демонстрация рисунков). Словом, с веществами необходимо работать, соблюдая меры предосторожности. Существует очень много правил, называются они «Правила техники безопасности». Эти правила являются результатом многовекового общения человека с веществом. Неправильное обращение с веществами приводит к страшным последствиям.

Практическая часть

(Демонстрация и объяснение опытов)

1. «Дым без огня»

О б о р у д о в, а н и е и р е, а к т и в ы. Два стеклянных цилиндра (или стакана) с крышками, 25%-й водный раствор аммиака, концентрированная соляная кислота.

П р о в е д е н и е о п ы т а. В один чисто вымытый цилиндр налейте несколько капель концентрированной соляной кислоты, а в другой — раствор аммиака. Оба цилиндра закройте крышками и поставьте друг от друга на некотором расстоянии. Перед опытом следует показать, что цилиндры «пустые». Во время демонстрации цилиндр с соляной кислотой (на стенках) переверните вверх дном и поставьте на крышку цилиндра с аммиаком. Крышку уберите. Внутри цилиндра образуется белый дым — признак химической реакции.

2. «Химическое молоко»

О б о р у д о в, а н и е и р е, а к т и в ы. Два химических стакана, растворы хлорида бария и серной кислоты.

П р о в е д е н и е о п ы т а. Слить растворы хлорида бария и серной кислоты. Частицы образовавшегося белого осадка, не успев осесть, создают эффект молока.

3. «Химическая хирургия»

О б о р у д о в, а н и е и р е, а к т и в ы. Деревянная линейка, ватка, растворы хлорида железа (III) и роданида калия.

П р о в е д е н и е о п ы т а. Пригласить самого смелого. Смочить вату хлоридом железа (III) и протереть руку. Деревянную линейку смочить роданидом калия. При соприкосновении этих веществ образуется раствор кровавого цвета. Смыть раствор и показать ребятам отсутствие следов пореза.

4. «Цвет по волшебству»

О б о р у д о в, а н и е и р е, а к т и в ы. Химический стакан, растворы щелочи, фенолфталеина, серной кислоты, лакмуса.

П р о в е д е н и е о п ы т а. В раствор щелочи добавьте фенолфталеин, покажите малиновую окраску. Прилейте серную кислоту, покажите, что раствор в стакане снова стал бесцветным. Добавьте фиолетовый лакмус и получите снова красную окраску.

5. «Черный удав из стакана»

О б о р у д о в, а н и е и р е, а к т и в ы. Сахарная пудра, вода, концентрированная серная кислота (= 1,84 г/см3), два химических стакана на 100−150 мл, мензурка, стеклянная палочка, весы, разновесы.

П р о в е д е н и е о п ы т а. Взвесьте на весах 30 г сахарной пудры и перенесите ее в химический стакан. Отмерьте мензуркой 12 мл концентрированной серной кислоты. Осторожно смешайте в стакане стеклянной палочкой сахар и кислоту в кашеобразную массу (стеклянную палочку тотчас выньте и поместите в стакан с водой). Через некоторое время смесь чернеет и разогревается, и вскоре из стакана начинает выползать пористая угольная масса*.

(Обугливание сахара и других углеводов серной кислотой объясняется окислительными свойствами концентрированной серной кислоты. Восстановителем является углевод, процесс экзотермический. Выделяющиеся газы и пары воды вспучивают угольную массу, которая поднимается в стакане.)

6. «Вулкан на столе»

О б о р у д о в, а н и е и р е, а к т и в ы. Коническая колба, фарфоровый тигель или чашка, лучинка, спички, дихромат аммония, спирт.

П р о в е д е н и е о п ы т а. В горло конической колбы вставьте тигелек или фарфоровую чашку. (Колбу можно покрыть пластилином, придав ей форму горы, или изготовить макет сопки.) Под колбу или макет положите большой лист бумаги для сбора оксида хрома (III). В тигелек насыпьте дихромат аммония, в центре холмика смочите его спиртом. Зажигается «вулкан» горящей лучинкой. Реакция экзотермическая, протекает бурно, вместе с азотом вылетают раскаленные частички оксида хрома (III). Если погасить свет, то создается впечатление извергающегося вулкана, из кратера которого выливаются раскаленные массы.

В завершение опытов подарить каждому полоску универсальной индикаторной бумажки, которая меняет свой цвет в зависимости от среды раствора, и предложить дома капнуть на нее водой из-под крана, соком лимона и раствором соды.

Напутственные слова Учитель. Самое интересное в окружающем нас мире — это то, что он очень сложно устроен и к тому же постоянно изменяется. Каждую секунду в нем происходит неисчислимое множество химических реакций, в результате которых одни вещества превращаются в другие. Человек сделал вдох — и в организме начались реакции окисления органических веществ. Он сделал выдох — и в воздух попал углекислый газ, который затем поглотится растениями и в них превратится в углеводы. Некоторые реакции мы можем наблюдать непосредственно, например ржавление железных предметов, свертывание крови, сгорание автомобильного топлива. Однако подавляющее большинство химических процессов остаются невидимыми, но именно они зачастую определяют свойства окружающего мира. Чтобы управлять превращениями веществ, необходимо как следует разобраться в природе подобных реакций. Для этого и нужна химия.

Химия занимает особое место среди наук о природе. Она обладает фантастической созидательной силой. Часть веществ (кислород, вода, белки, углеводы, нефть, золото и др.) дана нам природой в готовом виде, другую часть (например, асфальт или искусственные волокна) человек получил сам из природных веществ. Но самую большую группу составляют вещества, которых раньше вообще не существовало, и человек синтезировал их самостоятельно. В этом и заключается уникальность химии: она не только изучает то, что дано природой, но и сама постоянно создает для себя все новые и новые объекты исследования. В этом отношении химии нет равных среди других наук.

Мир веществ разнообразный, причудливый и таинственный. Окунуться в богатство химического знания вы пока не можете. Но у вас все впереди.

Глава 3. ДИДАКТИЧЕСКИЕ КАРТОЧКИ ПО ТЕМЕ «ВЕЩЕСТВО»

вещество химический элемент

1. Химические явления — это

…

…

… .

2. Вещество — это

…

…

… .

3. Выпишите только химические явления из приведенного ниже списка: испарение воды, окисление меди, нагревание воды, горение топлива, плавление железа, гниение дров, ржавление железа.

…

…

… .

Знаки химических элементов

1. Напишите химические знаки следующих элементов:

водород, кальций, углерод, натрий, фосфор, калий, азот, магний, кислород, медь, хлор, железо, сера, алюминий, кремний, цинк, бром, марганец. …

…

…

Подчеркните знаки химических элементов, молекулы которых двухатомны.

2. Запишите с помощью символов химических элементов, индексов и коэффициентов:

две молекулы азота …; пять атомов хлора … .

Химические формулы

1. Что называется относительной молекулярной массой?

…

…

… .

2. Найдите относительную молекулярную массу следующих веществ: Н3РО4, Са (ОН)2, СuSO4.

…

…

… .

3. Определите массовую долю каждого элемента в соединении СuSО4.

…

…

… .

Строение атома

1. В чем заключается физический смысл номера периода?

…

…

… .

2. Составьте схему строения атома кремния, напишите электронную конфигурацию, определите число протонов, нейтронов и электронов.

…

…

… .

Химическая связь

1. Какая связь называется ковалентной?

…

…

… .

2. Укажите виды химической связи в следующих веществах:

Вr2 …; ZnO … ;

NH3 …; Mg … .

Соединения химических элементов

1. Что называется степенью окисления?

…

…