Изучение химических реакций экспериментальным путем требует от учащихся подготовки, которую учитель обязан им дать частью в процессе изучения первых встречающихся в курсе химических реакций, а частью в специально отводимое время.

Рассмотрим содержание этой подготовки.

1. Усвоение учащимися общего плана изучения химических реакций. Уже в конце первой четверти учебного года, после ознакомления с несколькими реакциями необходимо сообщить план изучения их (см. стр. 449) и добиться усвоения его учащимися. Применение этого плана резко улучшает эффективность наблюдений, анализ и описание опытов, так как ученики знают, что от них требуется при ознакомлении с реакциями.

В этом можно убедиться, если сравнить описание опытов одним и тем же учеником VII класса до ознакомления с планом изучения химических явлений и после ознакомления с ним.

До ознакомления с планом.

«В колбу положили медь и закрепили колбу в штативе. В колбу налили азотной кислоты. После к колбе прикрепили трубку, другой конец трубки опустили в цилиндр. Сразу в колбе появилось вещество, похожее на иод, с запахом. Медь осталась лежать на дне колбы. Азотная кислота стала зеленой».

После ознакомления с планом.

«1. Для опыта взяли уголь и кислород. Уголь — твердое, черное вещество. Кислород—бесцветный газ.

2. Тлеющий уголек опустили в банку с кислородом. Уголек вспыхнул ярким пламенем, некоторое время горел и погас.

3. Налили известковой воды в банку. Она помутилась. Значит, в банке находился углекислый газ.

Вывод. В результате горения уголька в кислороде произошла реакция соединения. Получилось новое бесцветное, газообразное вещество — углекислый газ».

Конечно, не следует превращать план в шаблон. Число вопросов и последовательность перехода от вопроса к вопросу могут быть различными в зависимости от формы эксперимента (иллюстративной, исследовательской и пр.), а также от того, какое явление изучается и на каком этапе прохождения программы. Но уже на первых шагах обучения надо выработать у учеников установку охватывать химические явления возможно более всесторонне.

Полезно сообщить учащимся следующий план работы учеников при изучении химических реакций:

а) запоминание цели опыта;

б) наблюдение за тем, как подготавливается опыт (какие вещества берутся для опыта, какие свойства они имеют, как собирается прибор, как он устроен);

в) наблюдение того, что делает учитель или учащиеся и что при этом происходит;

г) вывод из данных наблюдения о том, произошла ли химическая реакция, и если произошла, то в чем она заключалась;

д) истолкование химической реакции с точки зрения атомистики;

е) выражение сущности реакции химическим языком;

ж) составление письменного отчета.

После ознакомления с атомно-молекулярным учением учитель диктует приведенные выше пункты для записи в тетради и затем требует применения их во время опытов. Ученики VII класса в конце третьей четверти уже уверенно изучают химические реакции, так как знают, что им надо делать и в какой последовательности.

2. Знание учащимися техники химического эксперимента. Эффективность наблюдения химических опытов и правильность описания их зависит от знания техники химического эксперимента и умения пользоваться ею. Стоит только рассмотреть рисунок 8, где помещены изображения приборов, нарисованных учащимися, чтобы увидеть, к каким извращенным представлениям и понятиям приводит незнание техники.

Какие же знания по технике химического эксперимента следует дать учащимся и как научить их пользоваться этими знаниями?

Рис. 8. Рисунки приборов, выполненные учащимися.

а) Прежде всего учащихся надо познакомить с химической и материальной посудой и с различными приспособлениями (штативы для пробирок, металлические штативы для укрепления приборов и др.). применяющимися при химических опытах и при монтаже приборов, и познакомить учащихся с различными приборами. Чтобы дать эти знания, надо показать учащимся все эти вещи в натуре, назвать их, разъяснить их назначение, устройство и правила обращения с ними. Надо добиться того, чтобы ученики правильно называли приборы и их части. Полезно составить таблицу правильных рисунков приборов и их частей и поместить таблицу в кабинете для повседневного пользования. На рисунке 9 изображены детали, применяющиеся при сборке приборов.

б) В технике химического эксперимента большое место занимает монтаж приборов. Следует разъяснить, как изготовляются детали, как они называются, как из них собираются простейшие приборы, и постепенно этому научить школьников. Особое внимание должно быть обращено на объяснение того, как соединяются части приборов и как испытывается герметичность приборов для получения газов и перегонки жидкостей. Необходимо также познакомить учащихся с основными требованиями к приборам: полное соответствие своему назначению, простота и красота. Надо научить школьников правильно описывать приборы и их монтаж. Для опытов недопустимо применять неправильно согнутые трубки (они ломки и некрасивы), неправильно подобранные и просверленные пробки (прибор не будет «держать»), приборы, собранные неряшливо. Учитель должен всегда придерживаться этих требований. В лаборатории полезно иметь постоянную выставку хорошо смонтированных приборов. Кроме того, на стене лаборатории полезно поместить таблицу с рисунками правильно собранных приборов (рис. 10), чтобы учащиеся имели наглядный образец, как их рисовать.

image2

Рис. 10. Правильно собранные приборы.

в) Успешному овладению техникой химического эксперимента содействует также решение задач на конструирование приборов для получения веществ и наблюдения различных химических явлений, а также задач на исправление недостатков в конструкциях приборов и их рисунках.

Наши наблюдения показывают, что учащиеся любят конструировать приборы и при этом не только приобретают соответствующие навыки, но и основательно вникают в сущность тех химических явлений, наблюдению которых служат приборы. Так, например, когда в VII классе после разъяснения и показа действия аппарата Киппа мы предложили сконструировать учащимся приборы для получения водорода, в которых, подобно аппарату Киппа, можно было бы регулировать выделение газов и потребление цинка и кислоты, мы были удивлены размахом творчества учащихся. Судить об этом можно по прилагаемым рисункам (рис. 11). Успеху решения этой задачи содействовало то обстоятельство, что учащиеся были осведомлены в общих требованиях к прибору, знали химическую посуду и принадлежности, а также умели зарисовывать приборы.

image3

Рис. 11. Приборы для получения водорода, сконструированные учащимися.

г) И наконец, для успешного овладения техникой химического эксперимента необходимо путем показа обучить учащихся различать, называть и применять простейшие химические операции: нагревание, измельчение, смешивание, растворение, фильтрование, выпаривание, перегонку.

Методика обучения учащихся простейшим операциям включает в себя следующие моменты:

а) показ и разъяснение учащимся правильных приемов выполнения операции (что представляет собой данная операция, для чего она производится, из каких действий она состоит, как надо их производить, чтобы получился надлежащий результат, почему надо именно так выполнять операцию). Показ должен быть образцовым;

б) разъяснение типических ошибок, допускаемых учениками, и их последствий;

в) упражнение учащихся в выполнении операций и исправление допускаемых при этом ошибок.

На примере обучения фильтрованию покажем эту методику в действии.

До урока приготовляется фильтр и вкладывается в воронку. Воронка вставляется в кольцо штатива, и конец ее опускается в стакан. На уроке по стеклянной палочке наливается на фильтр очень мутная вода. Стакан с мутной водой ставится рядом со стаканом для фильтрата. Когда отфильтруется некоторое количество жидкости, учитель говорит: «Это фильтрование» — и затем предлагает учащимся ответить на следующие вопросы: «В чем заключается фильтрование?», «Для чего применяется фильтрование?», «Какие принадлежности надо иметь для фильтрования?»

Демонстрация опыта позволяет учащимся быстро найти правильные ответы на эти вопросы.

Дальше учитель объясняет, как выполняется фильтрование. Для этого он показывает и разъясняет, как приготовляется фильтр, как он вкладывается в воронку (почему при этом воронка смачивается, а фильтр не должен доходить до края воронки), на какой высоте от доски стола воронка вставляется в кольцо штатива, в каком положении должен находиться конец воронки в приемнике фильтра, как наливается жидкость на фильтр (почему по стеклянной палочке), почему она должна не доходить до края фильтра. Разъяснением типичных ошибок, допускаемых учащимися, заканчивается инструктаж. Затем учащимся дается задание — произвести фильтрование. Чтобы во время работы ученики имели перед глазами образец правильного фильтрования, на видном месте вывешивается таблица «Фильтрование» (рис. 12) с объяснительным текстом.

image4

Рис. 12. Инструкционная карта «Фильтрование».

1. Сделайте фильтр. 2. Смочите воронку и вставьте в нее фильтр. Края фильтра не должны доходить до борта воронки. 3. Воронку установите так, чтобы конец ее прикасался к стенке стакана. 4. Наливайте жидкость на фильтр по стеклянной палочке. 5. Никогда не наполняйте фильтр до верху.

С точки зрения павловской физиологии навык представляет собой автоматическое функционирование временных связей, возбуждаемое первыми или вторыми сигналами, а двигательный навык — функционирование временных связей в двигательном анализаторе. Формирование навыков подчиняется всем законам высшей нервной деятельности. Как и формирование знаний, выработка навыков проходит стадию генерализации, а затем дифференцировки, достигаемой путем ограничения раздражительного процесса внутренним дифференцировочным торможением. Это приводит к выработке движений, адекватных раздражителю, т. е. концентрации процесса возбуждения. Подкреплением служат положительный результат действий, достигаемый при упражнении навыка, и положительная оценка учителя. Автоматизация навыка есть проявление динамического стереотипа, с формированием и переделкой которого всегда связано образование навыков

Важнейшим условием выработки навыков являются упражнения. Однако навык может возникнуть и без специального упражнения потому, что новые связи могут вырабатываться и в заторможенных участках коры И. П. Павлов говорит, что «синтезирование может совершаться и в частях полушарий, находящихся в известной степени торможения под влиянием преобладающего в коре в данный момент сильного раздражения. Пусть этот акт тогда не сознается, но он произошел — и при благоприятных условиях может обнаружиться в сознании готовым и представляться как возникший неизвестно как» (Акад. И. П. Павлов, Избранные произведения, изд. АН СССР, М., 1949, стр. 586). Навыки могут создаваться под воздействием вторых сигналов потому, что условно рефлекторные связи, созданные ранее, могуn перегруппировываться, объединяться заново, под воздействием словесного инструктирования. Это показывает, что формирование навыков происходит при взаимодействии первой и второй сигнальных систем.

3. Знание учащимися признаков химических реакций и различение их. Успех наблюдения учащимися химических явлений обусловливается знанием признаков химических реакций и умением различать эти признаки. Основным признаком химической реакции является образование нового вещества с новыми свойствами. Но этот признак в большинстве случаев нельзя схватить сразу. О нем приходится умозаключать по ряду внешних признаков, к числу которых относится выделение или поглощение света и теплоты, выпадение или исчезновение осадков, выделение или поглощение газов, изменение цвета и запаха. Подметив эти внешние признаки, учащиеся умозаключают о том, образовались ли новые вещества и, следовательно, произошла ли химическая реакция.

С признаками химических реакций учащихся лучше всего знакомить в то время, когда формируется первичное понятие о химических реакциях. Большое значение здесь имеет подбор опытов, на примере которых учащиеся в ясном и отчетливом виде могли бы воспринять эти признаки.

Этому требованию удовлетворяют следующие опыты:

а) гидратация безводной сернокислой меди — выделение теплоты, изменение цвета, образование нового синего кристаллического вещества:

б) горение магния — выделение света и теплоты, образование нового белого хрупкого вещества;

в) взаимодействие растворов серной кислоты и хлористого бария образование твердого белого осадка;

г) взаимодействие растворов иодистого калия и азотнокислого cвинца — желтый осадок;

д) взаимодействие растворов сернокислой меди и едкого натра — голубой осадок;

е) взаимодействие растворов уксуснокислого свинца и сероводорода — черный осадок, исчезновение запаха;

ж) взаимодействие мрамора с соляной кислотой — выделение бесцветного газа;

з) взаимодействие твердого хлористого натрия с концентрированной серной кислотой — выделение бесцветного газа с запахом;

и) взаимодействие металлической меди с концентрированной азотной кислотой — выделение бурого газа с неприятным запахом.

При демонстрации этих опытов запись наблюдений целесообразно произвести по следующей форме:

Свойства исходных веществ

Операции, произведенные с исходными веществами

Свойства полученных веществ

Произошла ли реакция

Явления, сопровождавшие химическую реакцию

Учитель обращает внимание на то, что явления, замеченные учащимися, сопровождают не только произведенные реакции, но и многие другие. Вот почему эти явления называются признаками химических реакций. Когда наблюдаются эти признаки, можно предположить, что совершается химическая реакция. Однако не надо забывать, что это лишь признаки. При прохождении электрического тока через лампу накаливания она светится. Однако это не химическое, а физическое явление. Точно так же физическим изменением является накаливание никелиновой проволоки в электроплитке. Поэтому наблюдение указанных выше признаков позволяет предположить о химической реакции, а решить, была она или нет, можно только на основании анализа полученных продуктов. Если получились вещества с новыми свойствами нового состава или структуры, можно утверждать, что химическая реакция произошла.

Роль усвоения признаков химических явлений для изучения химических реакций можно видеть на примере описания взаимодействия мрамора с соляной кислотой (описание, сделанное учеником после разъяснения признаков реакций):

«Взяли мрамор, положили его в колбу. Колбу укрепили в штативе. Взяли другую колбу и налили в нее известковой воды. Налили в колбу с мрамором соляной кислоты и в колбу вставили трубку, конец которой опустили в известковую воду. В это время в соляной кислоте появились пузырьки газа. Это — признаки реакции. В колбе между мрамором и соляной кислотой шла реакция.

Эти пузырьки по трубке проникали в колбу с известковой водой, и при этом известковая вода мутилась.

Через некоторое время образование пузырьков в колбе с мрамором прекратилось, а в известковой воде появился осадок. По-моему, то, что произошло в известковой воде, является химическим явлением потому, что при химической реакции выделяется осадок».

4. Обучение учащихся умению наблюдать. Одним из решающих факторов успешного усвоения знаний о химических реакциях является наличие у учащихся умения наблюдать. Это умение выражается в целенаправленности, систематичности и планомерности наблюдения, а также в хороших результатах его, которые характеризуются всесторонностью, дифференцированностью и подмечанием существенного в явлениях.

Все, что было сказано выше, характеризует условия, определяющие успешное развитие умения наблюдать. Вместе с тем можно указать еще несколько моментов правильной методики обучения наблюдению.

Как показывает педагогический эксперимент, обучение наблюдению должно проходить три стадии:

первая стадия — наблюдение опытов, демонстрируемых учителем, коллективный разбор и фиксация наблюдений (учитель записывает на доске, а учащиеся — в тетрадях);

вторая стадия — самостоятельное наблюдение и самостоятельная фиксация учащимися опытов, демонстрируемых учителем, последующая проверка записей и рисунков, повторное демонстрирование опытов учителем для исправления недостатков;

третья стадия — самостоятельная лабораторная работа и наблюдение; описание опытов учащимися; последующая проверка работы учащихся учителем.

На каждую из этих стадий достаточно выделить по два- три урока, чтобы получить уже заметные результаты.

Во время опытов надо следить за тем, чтобы учащиеся связывали то, что делается, с тем, что наблюдается.

На первых порах обучения учитель обращает внимание учащихся на проделываемые им операции и называет их. Он обращает также внимание на происходящие при этом явления и тоже называет их. Этот способ следует применить два- три раза в начале обучения. Затем целесообразно усилить активность учащихся, предлагать отдельным ученикам описывать все, что делает учитель и что в результате этого происходит. Остальные учащиеся тоже наблюдают и вносят исправления и дополнения в описание опыта другим учеником. И наконец, учитель еще более активизирует учащихся: демонстрирует без объяснений опыт и предлагает ученикам описать его. В случае, если окажутся плохие результаты наблюдения, он повторно демонстрирует опыт.

При описании явлений учащиеся часто не указывают, что они наблюдали, а сразу сообщают выводы. Например, наблюдая получение водорода, учащиеся не сообщают, что на поверхности цинка происходит образование пузырьков газа, отрывание их от поверхности цинка, всплывание и т. д., а прямо заявляют, что наблюдается выделение водорода. На первых порах обучения такое смешение наблюдений и выводов недопустимо. Чтобы научить хорошо наблюдать, нужно требовать отделения наблюдений от выводов.

5. Осмысление учениками цели и общей инструкции к постановке опытов. Опыт важен не сам по себе, а в связи с выводами, которые из него можно сделать. При постановке опытов эта сторона дела не должна упускаться из виду. Значит, перед опытом надо указывать познавательную цель, разъяснять конкретную научную проблему, для решения которой ставится опыт. Осознание учащимися проблемы повышает эффективность наблюдений и их анализ.

Наиболее часто приходится прибегать к следующим формам постановки цели опыта и общего инструктирования учащихся по существу предстоящей работы, предпринимаемой для изучения химических реакций:

«Выясним, взаимодействуют ли такие-то вещества».

«Нам предстоит ознакомиться на опыте с тем, как взаимодействуют такие-то вещества».

«Наблюдайте, что и как я буду делать, что при этом будет происходить. Думайте над тем, как объяснить подмеченные изменения. Не забывайте при этом общего плана изучения химических реакции».

«Подумаем все вместе, как поставить опыт, чтобы выяснить, взаимодействуют ли такие-то вещества».

«Попробуем самостоятельно разобраться в том, как получается такое-то вещество и какой состав оно имеет и т. д.».

«Какие способы получения данного вещества вы можете предложить? Почему вы думаете, что таким путем данное вещество получается? Как поставить и провести опыт?»

Выбор формы постановки цели опыта и формы инструктирования учащихся по существу предстоящей работы изменяется в зависимости от того, какую подготовку имеют учащиеся, что и когда изучается, какая форма эксперимента выбрана. Как правило, следует возможно чаще побуждать учащихся к самостоятельной творческой работе и потому полезно возможно чаще вносить исследовательский элемент в изучение химических реакций.

Чтобы новая проблема привлекла к себе внимание учащихся и вызвала интерес, надо сделать ее понятной и жизненно важной для учащихся. Для этого новые проблемы целесообразно выдвигать, исходя из жизни и практики производства, или из анализа ранее разрешенных проблем, или из описания конкретной исторической обстановки, когда возникла проблема, или из логики развития курса химии, мотивируя необходимость изучения новой проблемы значением ее в этом курсе.

На всех этапах изучения химических реакций следует сравнивать получаемые результаты с поставленной целью, чтобы приучать учащихся сознательно идти к ней. Обучению учащихся целенаправленной работе будут способствовать следующие вопросы учителя:

а) Как лучше и быстрее прийти к достижению поставленной цели?

б) Продвигают ли нас полученные результаты к достижению поставленной цели? Почему вы так думаете?

в) Достигли ли мы поставленной цели? На основании чего вы это утверждаете?