Чтобы выяснить, какие знания связываются у учащихся со знаками, формулами и уравнениями, как они применяют их для овладения основами химии, мы провели наблюдения и контрольные работы во всех классах средней школы и получили материалы, из которых можно сделать следующие выводы:

VII класс. В VII классе учащиеся хорошо усваивают качественную сторону химических знаков, формул и уравнений реакций, но количественная сторона усваивается в процессе обучения у одних учителей хорошо, у других плохо. Разумеется, что в первом случае у учащихся создаются правильные представления о химическом языке, во втором случае — односторонние. В первом случае учащиеся не испытывают никаких затруднений при решении простейших стехиометрических задач, поскольку это решение является лишь следствием из количественных отношений элементов в веществах. Во втором случае учащиеся не умеют решать стехиометрических задач, так как им непонятно, как от формул и уравнений можно перейти к числам.

Причина этого недостатка заключается в том, что в начале изучения химического языка многие учителя не требуют одновременного запоминания знаков и атомных весов химических элементов, встречающихся в курсе VII класса. Они обращают внимание главным образом на качественную сторону и лишь упоминают о количественной стороне, считая, что количественная сторона химического языка будет усвоена впоследствии сама собой. Однако это глубокая ошибка. Как показывают наблюдения, содержание понятий, сообщенное вначале, прочно держится на первом плане в сознании учащихся и новые элементы с трудом входят впоследствии в общую совокупность существенных признаков, обобщенных данным понятием. Поэтому, когда учитель требует усвоения главным образом качественного значения химического языка и пренебрегает количественным значением его, учащиеся усваивают только качественное значение и оно остается на первом плане не только в VII классе, но и в последующих классах, и, хотя впоследствии учитель будет решать стехиометрические задачи и обращать внимание на количественную сторону химического языка, допущенный недостаток долго не изживается полностью.

Иногда учащиеся неотчетливо представляют себе значение индексов и коэффициентов. Этот недостаток не наблюдается в преподавании тех учителей, которые обращают внимание на усвоение учащимися количественного значения химических знаков, формул и уравнений, так как индексы и коэффициенты относятся к количественной стороне химического языка. Ученики этих учителей, составляя уравнения реакций, всегда говорят: «Согласно закону сохранения веса веществ количество атомов, вступивших в реакцию, должно быть равно количеству атомов, составивших молекулы новых веществ. Поэтому число атомов каждого элемента в левой части уравнения должно быть равно числу атомов каждого элемента в правой части уравнения реакции. Проверим, соблюдено ли в данном случае это требование и расставим коэффициенты». Далее производится подбор и расстановка коэффициентов.

У некоторых учителей учащиеся не умеют определять валентность элементов в химических соединениях и составлять формулы веществ по валентности. У опытных учителей этот недостаток не встречается. При изучении валентности опытные учителя не скупятся отводить время на упражнения в определении валентности элементов по формулам и в составлении формул по валентности химических элементов. Их многолетний опыт показывает, что затрата значительного времени в данный момент учения в избытке восполнится впоследствии.

К указанному выше недостатку присоединяется еще новый — неумение составить формулу вещества по названию его и валентности. Опытные учителя предотвращают этот недостаток упражнениями двух видов: а) чтение написанных на доске формул, названий веществ, которым принадлежат эти формулы, и, наконец, определение по формулам валентности элементов, а также кислотных и водных остатков; б) составление формул окислов, оснований и солей по их названиям.

VIII класс. В VIII классе усвоение химического языка выглядит различно в зависимости от того, как были обучены учащиеся химическому языку в VII классе и какое внимание уделил учитель повторению знаний и умений в области химического языка в начале обучения в VIII классе. Как показывают наблюдения и контрольные работы, у учащихся VIII класса чаще всего на первом плане качественное значение химических знаков, формул и уравнений, а количественное значение на втором плане. В VIII класс приходят учащиеся из разных школ. Здесь особенно важно повторить все, что знают учащиеся о химическом языке, исправить недостатки в знаниях, выработать необходимые умения в составлении формул и уравнений реакций. Тема «Окислы, кислоты, основания и соли» представляет для этого большие возможности. Многие учителя используют эти возможности, и их ученики в общем усваивают номенклатуру кислот, окислов, оснований и солей, приобретают умение составлять формулы этих веществ и уравнения реакций между ними, на основании их общих свойств приобретают умение решать стехиометрические задачи.

IX. класс. Новые элементы знаний, которые даются учащимся IX класса, хотя и усваиваются в основном ими, но стоят как-то особняком от ранее изученного материала и не всегда излагаются учениками. Так, например, на вопрос, какие знания дает формула углекислого газа СО2, большинство учащихся отвечает, что эта формула обозначает элементарный состав, атомный состав и молекулярный вес 44 к. е. Однако ученики не отмечают, что формула указывает также величину грамм-молекулы углекислого газа (44 г), объем грамм-молекулы углекислого газа при нормальных условиях (22,4 л), плотность углекислого газа по водороду и по воздуху (22 и 1,5), вес одного литра при нормальных условиях (44:22,4). А ведь в IX классе учащиеся изучают все эти стороны химических формул. Также на уровне знаний, приобретенных в VII—VIII классах, излагается значение уравнения реакции окисления меди кислородом. Лишь отдельные учащиеся указывают, что согласно уравнению реакции для окисления 2 г-атомов меди требуется 1 г-моль кислорода, которая при нормальных условиях занимает объем 22,4 л.

Ионные и электронные формулы и уравнения реакций также остаются на втором плане. Их применяют учащиеся лишь тогда, когда требует учитель, и притом далеко не всегда успешно. Так, когда учащиеся излагают вопросы строения атомов, виды химических связей, основы теории электролитической диссоциации, они применяют ионные и электронные формулы. При изложении же фактического материала ионные и электронные формулы и уравнения реакций учащимися не применяются, а если и применяются по просьбе учителя, то с ошибками. Особенно много ошибок учащиеся допускают, когда от них требуется выяснить сущность реакции обмена между кислотами, солями и щелочами в растворах в краткой ионной форме или написать обыкновенное уравнение реакции, исходя из записи уравнения в краткой ионной форме. Так, например, на вопрос о том, как изобразить в краткой ионной форме сущность реакции нейтрализации, не могли ответить многие из опрошенных учащихся. Значительная часть учащихся не могла также написать несколько обыкновенных уравнений реакций, сущность которых выражается так:

X—XI классы. Как показывает изучение знаний и уме­ний учащихся, и здесь на первом плане обыкновенные форму­лы и уравнения реакций.

Многие ученики X класса не понимают надлежащим образом значения структурных формул. Для этих учащихся структурные формулы — это те же обычные формулы, в которых посредством черточек показана валентность атомов, образующих молекулы. Знать это, конечно, необходимо. Но знать только это недостаточно. Со структурной формулой у учащихся должно быть связано представление о порядке соединения атомов в молекуле и о взаимном влиянии атомов, обусловливаемом этим порядком. Так, например, при объяснении основности уксусной кислоты учениками не используется тот факт, что в молекуле уксусной кислоты только один атом связан с углеродным атомом через кислород, три же других водородных атома непосредственно связаны с углеродным атомом и удерживаются им гораздо прочнее. В связи с изучением органической химии учащиеся лучше усваивают значение структурных формул. Однако и здесь отдельные учащиеся недостаточно ясно понимают, что структурная формула обозначает порядок соединения атомов в молекуле и указывает на взаимное влияние их в молекуле.

При ознакомлении учащихся со структурными формулами учителя не разъясняют учащимся, что этими формулами необходимо пользоваться наряду с обычными и в неорганической химии. Поэтому учащиеся пользуются структурными формулами лишь при изучении органических веществ, полагая, что это есть особенность органической химии.

Таким образом, учащиеся, оканчивающие среднюю школу: 1) хорошо знают качественное значение химических знаков, формул и уравнений реакций и хуже количественное значение их, причем весовые отношения лучше, чем объемные; 2) в общем удовлетворительно усваивают специфическое значение структурных формул органических веществ и хуже неорганических веществ, при этом они хорошо разъясняют распределение валентностей, хуже вопрос о порядке соединения атомов и молекул и еще хуже вопрос о взаимном влиянии атомов в молекулах, хотя на прямой вопрос о роли функциональных групп отвечают удовлетворительно; 3) удовлетворительно усваивают полную ионную форму записи уравнений реакций обмена между кислотами, основаниями и солями, но краткую форму записи усваивают плохо и особенно затрудняются в том, чтобы в соответствии с краткой записью привести несколько примеров конкретных химических реакций; 4) плохо усваивают электронные формулы и уравнения реакций и применяют их лишь при изложении теоретических вопросов, а при изложении фактического материала почти не прибегают к ним, так как теория строения атомов и ионная теория значительным числом учителей преподаются в порядке информации, но не используются должным образом при освещении фактического материала.