Из критики различных точек зрения по вопросу о месте периодического закона в курсе химии следует, что преподавание химии, реализующее систематичность, последовательность, сознательность, действенность и высокую идейность знаний, должно начинаться с конкретных веществ и их превращений. На примере этих веществ и превращений должны быть образованы в сознании учащихся основные понятия химии, и, прежде всего, понятия о химической реакции, о простом и сложном веществе, об элементе, атомах и молекулах, о «химическом языке», без которых нельзя дать понимание сущности химических превращений веществ. Отсюда следует перейти к изложению знаний о кислороде, воздухе, водороде, воде, по отношению к которым изучаются элементы, и дальше — к изучению главных форм химических соединений, посредством которых дается химическая характеристика элементов. Опираясь на эти знания, можно подойти к изучению щелочных металлов и галогенов, начинающих и завершающих периоды, и уже на этой основе — к разъяснению периодического закона, периодической системы и строения атомов. Завершив всю описанную выше работу, можно приступить к изучению других химических элементов на основе периодического закона и теории строения атомов.

Другими словами, последовательность обучения будет как раз обратная той, в которой отбирался материал для учебного предмета. В целях отбора материала мы шли от конечного результата обучения (конкретного усвоения периодической системы) и выясняли состав знаний, которые предварительно должны приобрести учащиеся, чтобы изучить периодическую систему. Мы наметили тем самым основные ступени логического раскрытия содержания курса. Идя этими ступенями в обратном порядке, мы достигаем последовательного обучения.

В приводимой ниже таблице в общем виде показан итог отбора содержания науки для учебного предмета и (в обратном порядке) последовательность изложения его.

Таблица 1.

Отбор научного материала

1. Основы учения о химических элементах.

Последовательность изучения

2. Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева, периодический закон и теория строения атомов.

3. Химические элементы, имеющие большое практическое значение и необходимые для конкретного усвоения периодической системы.

4. Формы и свойства водородных и кислородных соединений, посредством которых раскрывается химическая природа этих элементов и периодическая зависимость в изменении их свойств.

5. Химические элементы, по отношению к которым изучаются все другие химические элементы и с которыми эти последние образуют типичные формы соединений. Химические реакции, в процессе которых образуются эти соединения.

6. Атомно-молекулярное учение, объясняющее сущность химических реакций. Химический язык, регистрирующий и закрепляющий знания о составе и химических превращениях веществ. Законы, управляющие химическими процессами и образованием веществ.

7. Основные химические понятия, без которых невозможно изучение химических процессов, атомно-молекулярного учения, форм соединений, свойств элементов и в конечном счете периодической системы.

8. Яркие единичные явления и факты, на примере которых образуются основные химические понятия.

Чтобы более конкретно можно было решить вопрос о расположении учебного материала в курсе химии, необходимо дать ответы на следующие вопросы:

а) в какой последовательности и на каком конкретном материале учащиеся должны овладевать основными химическими понятиями;

б) в каком месте курса должны быть изучены молекулярная и атомная теория, основные законы и «химический язык»;

в) когда и в какой последовательности надо знакомить учащихся с основными классами химических соединений;

г) какие элементы и в какой последовательности должны быть изучены до ознакомления учащихся с периодическим законом.

Так как построение начальной части курса оказывается наиболее сложным и в то же время имеет особо важное значение в общей системе его, рассмотрим этот вопрос более подробно.

Выдвигая излагаемые ниже положения, мы опираемся на многолетнее изучение опыта преподавания химии в школах.

Поскольку химия изучает вещества и их превращения, обучение химии следует начинать с формирования понятия «вещество». Понятие о веществе может быть дано при рассмотрении веществ, известных учащимся из обыденной жизни. При этом они устанавливают, что вещества отличаются друг от друга различными свойствами. Так, одновременно с образованием понятия о веществе формируется понятие о свойствах вещества. Вещества бывают твердые, жидкие и газообразные и могут переходить из одного физического состояния в другое. Переход веществ из одного состояния в другое объясняет молекулярная теория. Дается понятие о молекулярном строении веществ и в кратком виде излагаются основные положения молекулярной теории. На конкретных примерах прибавления к воде крупинки хинина или кристаллика перманганата калия учащиеся убеждаются, как сильно изменяют примеси свойства веществ. Поэтому, прежде чем изучить свойства веществ, химики очищают их от примесей. Как же получают вещества в чистом виде? На примере очистки поваренной соли и природной воды учащимся дается понятие о способах очистки веществ: отстаивании, фильтровании, выпаривании. Так формируется понятие «чистое вещество».

Химия изучает не только свойства веществ, но и их превращения. Понятие о химических превращениях или химических реакциях дается также на примере единичных явлений. Понятие «химическое явление» лучше усваивается, если оно противопоставляется понятию «физическое явление». Поэтому подираются такие примеры, на которых можно дать и то и Другое понятия и дифференцировать их. Единичными явлениями для формирования понятия «физические явления» могут служить накаливание и сгибание стеклянных трубок, кипение и замерзание воды; диффузия медного купороса или марганцовокислого калия в растворе, выпаривание раствора поваренной соли. Единичными явлениями для образования понятия «химическое явление» могут быть горение магния, взаимодействие солей и кислот в растворах с образованием осадков различного цвета, разложение окиси ртути, соединение серы с железом или серы с цинком.

Когда учащиеся приобретут понятия о веществе и химическом явлении, они смогут понять в первом приближении и то, чем занимается химия. Поэтому здесь же дается первое, впоследствии уточняемое и развиваемое определение предмета химии. Химия — наука о свойствах веществ, их превращениях и способах управления этими превращениями. Свою задачу химия видит в раскрытии сущности химических реакций, в изучении природы веществ и разработке способов получения их для удовлетворения материальных и духовных потребностей людей.

В чем заключается сущность химических реакций?

В целях обеспечения доступности обучения понятие «химическое явление» вначале дифференцируется только на два понятия: «реакция разложения» и «реакция соединения». В основу этой дифференциации кладутся опыты разложения и соединения веществ. Эти реакции показывают, что существуют простые и сложные вещества. Реакции разложения и соединения приводят к мысли, что молекулы состоят из каких-то еще более мелких частиц. Такими частицами являются атомы.

Сущность химических реакций заключается в движении атомов и в изменении вследствие этого состава молекул. Существует 102 вида атомов. Они различаются между собой массой — атомным весом. Атомы обозначаются специальными знаками. Приводятся факты, подтверждающие реальность существования атомов и молекул. Излагаются основные положения атомно-молекулярного учения. На этой основе дается понятие об элементе, изучается закон сохранения веса веществ и формируются понятия о химической формуле и химическом уравнении.

Но правомерно ли такое раннее ознакомление учащихся с атомно-молекулярным учением? Не будет ли это просто догматическим изложением основных положений, которое, как известно, имеет небольшое значение в воспитательном отношении? В каком порядке знакомить учащихся с основными понятиями этого учения: молекула — атом или атом — молекула?

Раннее ознакомление учащихся с атомно-молекулярным учением возможно потому, что уже в IV классе в курсе природоведения учащиеся знакомятся с веществами; позднее, в начале изучения физики, им дается первое понятие о молекулярном строении вещества.

Вопрос о последовательности ознакомления с атомно-молекулярным учением решается так: сначала молекула, затем атом. Переход веществ из одного состояния в другое, диффузия, изучение веществ посредством электронного микроскопа показывают, что вещества состоят из молекул. Реакции разложения и соединения подтверждают деление молекул. На этой основе становится понятным, что такое атом. Учащиеся знакомятся с атомным весом, узнают, что знаки химических элементов обозначают не только краткое название, но и атомный вес, формулу вещества — краткое название и молекулярный вес его. Вследствие этого по формулам можно производить расчеты, например, вычислять процентное содержание элементов в веществе.

На основе атомно-молекулярной теории сразу же углубляются все ранее данные основные понятия: химическое явление, реакция соединения, реакция разложения, чистое, простое и сложное вещество и др.

Изучением атомно-молекулярного учения, закона сохранения веса веществ и химического языка завершается первая стадия в изучении химии.

Соединение эмпирических и теоретических знаний уже на этой стадии дает правильное представление о химии как об опытно-теоретической науке. Учащиеся узнают, что заслуга создания химии как науки — введение в нее атомистики, закона сохранения веса веществ и количественного подхода в изучении веществ — принадлежит М. В. Ломоносову. Поэтому здесь учащиеся знакомятся с научной деятельностью М. В. Ломоносова в области химии.

На следующей стадии изучения химии атомно-молекулярное учение используется как важное научное и дидактическое средство для изучения химических элементов и их соединений. В процессе этого использования достигается хорошее усвоение атомистики и правильное осмысливание химических фактов, а также взаимопроникновение теоретических и фактических сведений, что чрезвычайно важно для обеспечения систематичности знаний учащихся и формирования материалистического мировоззрения.

После усвоения основных химических понятий и ознакомления с атомно-молекулярным учением становится возможным изучение веществ, по отношению к которым будут далее изучаться химические элементы: кислорода, водорода и воды. В какой же последовательности знакомить учащихся с этими веществами?

Химия Земли — это по преимуществу химия кислорода. Успешное изучение веществ началось с открытия кислорода,

установления состава воздуха, создания кислородной теории горения. Поэтому с точки зрения логики развития химии следует начинать изучение веществ с кислорода.

В курсе природоведения в IV классе учащиеся знакомятся с кислородом, воздухом и водой. При изучении ботаники они пользуются сведениями об этих веществах для изучения почвенного и воздушного питания растений. Используя основные химические понятия, атомно-молекулярное учение, а также представление о кислороде, созданное при изучении природоведения, можно сразу приступить к изучению химических свойств кислорода и познакомить учащихся с применениями его в народном хозяйстве.

На примере этого вещества можно успешно закрепить полученные сведения об атомистике, о «химическом языке», дать учащимся первые понятия об окислении и окислах и о валентности.

Полученные знания являются хорошей предпосылкой для изучения состава воздуха. При изучении состава воздуха учащиеся знакомятся с инертными газами, знание которых потребуется далее при изучении периодического закона.

Наличие знаний о кислороде, воздухе и окислах является необходимой предпосылкой для изучения водорода. Восстановительные свойства его познаются в отношении к кислороду и окислам металлов. Продуктом окисления водорода является вода, которая сейчас может быть изучена с достаточной подробностью: состав, физические и химические свойства, вода как растворитель. Тут же может быть дано первое понятие о растворах. Учащиеся знакомятся с практическими применениями водорода, воды, растворов.

Все изложенное составляет прочную основу для усвоения сведений об окислах, основаниях, кислотах и солях — основных формах неорганических соединений, по отношению к которым изучаются химические элементы.

Изучение окислов, оснований, кислот и солей лучше всего начать с окислов, как наименее сложных соединений. Сперва рассматривается состав окислов, получение их при соединении с кислородом. Учащиеся должны понимать формулы окислов и уметь составлять их по валентности. Затем изучаются основания, но могут быть рассмотрены и кислоты,— это не имеет принципиального значения. Однако изучение солей должно идти в конце, так как опирается на сведения об основаниях и кислотах. Первые сведения о составе и свойствах веществ каждого класса усваиваются на основе эмпирического изучения отдельных представителей. После этого дается характеристика основных взаимодействий веществ этих классов между собой. Следует показать практическое значение изучаемых веществ — применение кислот и щелочей в качестве полупродуктов, солей — в качестве минеральных удобрений, средств борьбы с вредителями растений и т. п.

Выше было указано, что периодический закон легче всего разъяснить на примере элементов малых периодов, т. е. на примере типических элементов. Возникает вопрос, надо ли знакомить учащихся до изучения периодического закона со всеми этими элементами или достаточно познакомить учащихся лишь с некоторыми из них.

При решении этого вопроса необходимо исходить из существа самого периодического закона. Из определения периодического закона следует, что для понимания его надо знать, как в зависимости от возрастания величины атомных весов элементов происходит: а) периодическое изменение свойств простых веществ от резко металлических к слабо выраженным металлическим и металлоидным, далее к веществам с ярко выраженными металлоидными свойствами и, наконец, к элементам, не обладающим ни металлическими, ни металлоидными свойствами; б) периодическое изменение форм высших солеобразующих окислов, их гидратов и валентности элементов в них; в) периодическое изменение свойств этих окислов и гидратов от ярко выраженных основных к амфотерным, слабокислотным и, наконец, к ярко выраженным кислотным;

г) периодическое изменение форм водородных газообразных соединений и валентности элементов в них.

Но, чтобы все это разъяснить учащимся, нет никакой необходимости предварительно изучать все элементы малых периодов. Как показали экспериментальная работа лаборатории методики химии АПН РСФСР и опыт школ в последние годы, для этого необходимо: а) изучить свойства хотя бы одного щелочного металла, например натрия, так как щелочными металлами начинается каждый период; б) хорошо изучить свойства хотя бы одного галогена, например хлора, и инертных газов, так как галогенами и инертными газами завершается каждый период; в) дать учащимся понятие об амфотерных окислах и гидратах окислов, так как, зная свойства этих окислов и гидратов, можно будет дать характеристику элементов, у которых металлические и неметаллические свойства выражены неярко и которые являются переходными от активных металлов к активным неметаллам; г) основательно ознакомить учащихся с кислородом и водородом, на соединениях с которыми прослеживается изменение форм и свойств сложных веществ.

Знание этих элементов и амфотерности представляет возможность показать изменение свойств в периодах. Однако этих знаний недостаточно, чтобы показать изменение свойств в группах. Между тем без этого нельзя создать представления о периодической системе. Значит, наряду с указанными выше элементами необходимо некоторое, пусть менее детальное, изучение элементов, хотя бы ряда главных подгрупп. Поскольку для ознакомления с характером изменения свойств в периодах подробно изучаются водород, натрий и хлор, то, очевидно, по аналогии целесообразно познакомить учащихся с элементами основных подгрупп I и VII групп, а именно со щелочными металлами (Li, Na, К, Rb и Cs) и галогенами (F, Сl, Вr и J). По аналогии с изменением свойств элементов в этих группах учащиеся легко могут составить себе представление об изменении свойств элементов во всех других группах периодической системы.

Кроме элементов главных подгрупп I и VII групп, целесообразно было бы также знать элементы главной подгруппы VI группы, потому что на примере этих элементов представляется возможным наглядно познакомить учащихся и с газообразными водородными и с кислородными соединениями. Такой возможности не будет ни при изучении щелочных металлов (здесь учащиеся знакомятся только с кислородными соединениями), ни при изучении галогенов (здесь учащиеся знакомятся только с водородными соединениями, так как химия кислородных соединений галогенов сложна и малодоступна на данной ступени обучения). Однако знать это не обязательно. Опыт показывает, что можно ограничиться сведениями о щелочных металлах и галогенах.

Знания о кислороде и водороде учащиеся приобретают в начале изучения химии. Знания об элементах главных подгрупп I, VII групп должны быть даны специально, и это составляет ближайшую задачу изучения химии.

В каком порядке изучать эти элементы? Как показала экспериментальная работа, проведенная в свое время лабораторией методики преподавания химии Института методов обучения АПН РСФСР, следует начать со щелочных металлов и затем перейти к галогенам. Знание щелочных металлов создает хорошую опору для изучения галогенов, а знание галогенов создает необходимые условия для изучения группы кислорода. Одновременно при изучении галогенов хорошо закрепляются сведения о щелочных металлах, а при изучении группы кислорода — о щелочных металлах и галогенах.

Следуя приему, введенному Д. И. Менделеевым, вначале целесообразно изучить 1—2 типичных элемента данной подгруппы (натрий и калий, хлор), а затем по аналогии с ними дать общую характеристику всем другим элементам, входящим в состав подгруппы. При этом сокращается время на изучение, а результаты, как показывает опыт, получаются весьма хорошие.

Изучение типичных элементов целесообразно проводить по следующему плану, применявшемуся Д. И. Менделеевым:

а) свойства простых веществ; б) свойства водородных соеди

нений (для неметаллов) и сравнение их со свойствами ранее изученных водородных соединений; в) свойства кислородных соединений (окислов и их гидратов) и сравнение их со свойствами ранее изученных кислородных соединений. Такой порядок обусловливается тем, что изучение элементов в свободном состоянии создает конкретное представление о них и облегчает понимание свойств соединений, а изучение водородных соединений облегчает усвоение кислородных соединений и составляет естественный переход к ним.

Рассмотрение каждого вещества следует начинать с его физических и химических свойств, затем переходить к вопросу о применении вещества, нахождении его в природе и, наконец, о способах получения. При этом в предыдущем создается основа для понимания последующего: представления о физических свойствах вещества являются опорой при создании представлений о химических свойствах его; знание химических свойств служит опорой для понимания применения и нахождения вещества в природе, а все эти знания помогают осмыслить способы получения вещества в лаборатории и в отдельных случаях в промышленности.

Демонстрационные и лабораторные опыты должны ставиться по ходу изучения веществ и их свойств, чтобы они могли служить эмпирической опорой при теоретическом истолковании реакций и, таким образом, облегчать усвоение знаний о веществах.

Как мы видели выше, порядок ознакомления учащихся с основными понятиями и теориями химии почти полностью совпадает с логикой развития химии, и он не может не совпадать, так как иначе курс стал бы непонятным. Логика теоретического материала указывает, как наикратчайшим путем возможно прийти к знанию теории и вместе с тем к возможности воспользоваться ею для освоения новых фактов, закрепляющих теорию и подготавливающих к усвоению новых теорий. Логика же изучения эмпирического материала (вещества, реакции, элементы) несколько отходит от истории, так как под влиянием теоретических достижений логика движения фактов выглядит иначе, чем в истории науки.