Среди этого типа встречаются задачи четырех видов.

В условии задач первого вида указывается, что было сделано и какие явления наблюдались. Требуется объяснить подмеченные явления.

Чтобы показать, как обучать учащихся решению задач этого вида аналитико-синтетическим методом, возьмем для примера решение следующей задачи: «К раствору азотнокислого свинца прилили раствор иодистого калия. Выпал желтый осадок. Объясните, какое вещество выпало в осадок». После повторения учащимся условий данной задачи проводится следующая беседа:

Учитель. Что известно из условия задачи?

Ученик. Известно, что к раствору азотнокислого свинца прилили раствор иодистого калия и что при этом выпал осадок желтого цвета.

Учитель. Что требуется узнать?

Ученик. Надо узнать, какое вещество выпало в осадок.

Учитель. Какое заключение можно сделать из того факта, что при сливании растворов азотнокислого свинца и иодистого калия выпал желтый осадок?

Ученик. Произошла химическая реакция.

Учитель. Какая же реакция произошла?

Если учащиеся затрудняются ответить сразу на этот вопрос, даются дополнительные указания: напишите формулы азотнокислого свинца и иодистого калия; к какому классу соединений относятся эти вещества (к классу солей); что вы знаете об отношении солей друг к другу (они взаимодействуют с образованием новых солей); напишите уравнение реакции:

Pb (NO3)2 + 2KJ = PbJ2 + 2KNO3.

Учитель. Итак, мы знаем, какая реакция произошла при сливании азотнокислого свинца с иодистым калием. Но ведь нам надо узнать, какое вещество выпало в осадок. Как это узнать?

Если учащиеся затрудняются ответить на этот вопрос, задаются дополнительные вопросы: какие вещества получились в результате реакции; узнайте по таблице растворимости веществ, растворим ли в воде азотнокислый калий (растворим), иодистый свинец (нерастворим); какое вещество выпало в осадок (иодистый свинец).

Учитель. Итак, как же объяснить образование желтого осадка при сливании растворов азотнокислого свинца и иодистого калия?

Ученик. Эти соли реагируют с образованием желтого нерастворимого в воде иодистого свинца.

Задачи, в процессе решения которых приходится оперировать теоретическими сведениями о взаимоотношениях металлов, окислов, оснований, кислот и солей, перестают затруднять учащихся, как только они осваиваются с аналитико-синтетическим путем решения задач, научаются обращаться с таблицей растворимости веществ и узнают последовательность вытеснения одних металлов другими из кислот и солей. Задачи, требующие знаний об окислительно-восстановительных процессах, вызывают постоянные затруднения у учащихся, чуть только упоминаемое в задаче явление оказывается далеким от того, которое они лично наблюдали при изучении соответствующих вопросов программы. Так, например, объяснение образования сернистого газа при взаимодействии меди с серной кислотой учащихся не затрудняет, но объяснение выделения сернистого газа при взаимодействии угля с серной кислотой доставляет большие затруднения, хотя в основе этих двух явлений лежит одна и та же закономерность. Причина этих затруднений заключается, очевидно, в том, что при изучении окислительных свойств серной кислоты эти свойства обычно трактуются учителем как частные свойства, проявляющиеся при реакции с медью, а не как общее окислительное свойство кислоты.

Задачи второго вида на наблюдение и объяснение явлений отличаются от задач первого вида тем, что здесь надо сначала произвести наблюдения, а затем объяснить их.

Затруднения, отмеченные выше при решении задач первого вида, встречаются также и при решении задач второго вида. Однако в связи с тем что задачи второго вида содержат новое требование — произвести наблюдения, при их решении были замечены новые затруднения: а) ученики далеко не всегда полностью подмечают те явления, которые можно наблюдать; б) плохо выделяют существенное в своих наблюдениях; в) не всегда дают исчерпывающие объяснения.

При решении задачи: «К раствору азотной кислоты прибавить порошка окиси меди, слегка подогреть, наблюдать и дать объяснения наблюдаемым явлениям»—надо было заметить изменение цвета жидкости, растворение окиси меди и наличие черного осадка (осадка окиси меди) на дне, так как выдавалось окиси меди больше, нежели требовалось для завершения реакции. Результаты наблюдений над решением этой задачи приведены в таблице 17.

Аналогичные результаты были получены при решении второй задачи: «В раствор соляной кислоты опустить кусочек алюминия. Объяснить наблюдаемое». Здесь надо было подметить растворение алюминия, выделение газа и выделение теплоты.

Таблица 17

Наблюдения

Число учащихся, подметивших явления (в %)

классы

VIII

IX

X

Изменение цвета жидкости

100

100

80

Осадок черного цвета

86

56

28

Окись меди растворяется

7

Несущественные наблюдения

31

28

24

Результаты наблюдений показаны в таблице 18 1:

Таблица 18

Наблюдения

Число учащихся, подметивших наблюдения (в %)

классы

VIII

IX

х

Выделение газа

100

100

100

Выделение теплоты

72

48

28

Растворение алюминия

7

Несущественные наблюдения

26

24

23

Данные приведенных таблиц подтверждают сказанное выше о неполноте наблюдений и наличии среди них несущественных. Кроме того, они показывают, что неполнота наблюдений не только не уменьшается от VIII к IX классу, а, наоборот, даже увеличивается, если учитель недостаточно работает в направлении преодоления ее. В этом случае у учащихся вырабатывается небрежное поверхностное отношение к явлениям, сопровождающим реакцию.

Объяснение наблюдений учащиеся производят или путем другого названия подмеченного явления (например, вместо «выделение газа» говорят: «выделяется водород»), или путем указания причины его: «Выделяется газ. Это водород. Водород получился потому, что цинк заместил его в кислоте». Количественное соотношение между объяснениями первого и второго рода видно из следующих цифр (решалась задача, согласно условию, которой надо было наблюдать действие соляной кислоты на алюминий):

VIII класс

IX класс

X класс

Первый способ

Второй способ

57%

43%

27%

73%

16%

84%

От VIII к X классу удельный вес объяснений второго рода повышается, а число объяснений первого рода уменьшается. Если для учеников VIII класса одинаково характерны два указанных выше способа, то для IX и X классов характерен уже второй способ. Понятно, что первый способ объяснений совершенно недостаточен и задача учителя заключается в обучении учащихся давать причинные объяснения.

Наиболее трудно научить школьников наблюдать, так как ученики иногда полагают, что несущественно подмечать внешние проявления реакций при их изучении. Между тем внешние проявления реакций имеют существенное значение для конкретного изучения их. Это происходит под влиянием того, что при опросе учителя часто обходят проверку того, в каких внешних явлениях проявляется химический процесс. Учителя должны обращать внимание на внешние проявления реакции и разъяснять учащимся значение учета этих проявлений. Для развития наблюдательности необходимо разъяснить учащимся, что наблюдения надо прекращать лишь тогда, когда закончился процесс, и что всегда следует искать причину явлений. Расширение круга знаний оказывает благотворное влияние на качество наблюдений, так как учащиеся приобретают навык в выборе того, на что важно обратить внимание с химической точки зрения.

Задачи второго вида могут быть определенными и неопределенными с точки зрения условий проведения реакций. Например, задача «Подействуйте на окись магния соляной кислотой. Объясните наблюдаемые явления»—определенная задача, хотя здесь и не указано условий, при которых должна совершаться реакция (концентрация соляной кислоты, температура). Реакция идет и при обычных условиях, и при повышенной температуре, и при различной концентрации кислоты. Поэтому ответ на главный вопрос задачи будет всегда один и тот же. Возьмем другую задачу: «На медь подействовать серной кислотой, наблюдать, объяснить наблюдаемые явления». Это неопределенная задача. В зависимости от концентрации серной кислоты и температуры, при которой происходит контактирование веществ, будет отмечено или отсутствие, или наличие реакции. Поэтому можно ожидать несколько ответов на вопрос задачи, например: а) медь не взаимодействует с серной кислотой; б) медь взаимодействует с образованием сернистого газа и сернокислой меди; в) медь при обычных условиях не взаимодействует с разбавленной серной кислотой, а при повышенной температуре взаимодействует с концентрированной кислотой, причем получаются сернистый газ и сернокислая медь (окислительные свойства серной кислоты). Решение неопределенных задач второго вида в сравнении с решением определенных задач этого вида требует от учащихся знания того факта, что внешние условия оказывают большое влияние на течение химических процессов. Кроме того, от них требуется умение применять это . знание (сначала пытаться проводить процессы при обычных условиях, затем при нагревании, потом при недостатке, а затем при избытке одного из реактивов, при одной, а затем при другой концентрации и т. д.).

Разумеется, надо научить учеников учитывать условия течения реакций и варьировать их: а) вначале обучить производить процесс с разбавленными растворами при обычной температуре, затем с разбавленными растворами при повышенной температуре, далее с концентрированными растворами или твердыми веществами при обычной температуре и, наконец, с концентрированными растворами или твердыми веществами при повышенной температуре; б) к повышению температуры прибегать лишь в том случае, когда прослежены все явления, наблюдавшиеся при обычной температуре.

Задачи третьего вида отличаются от задач предыдущих двух видов тем, что здесь названо наблюдаемое явление и требуется выяснить его причину.

Учащиеся, решая задачи этого вида, должны сделать умозаключение от следствия к причине. Вопрос о том, является ли предложенное учащимися объяснение правильным, обосновывается экспериментальным путем.

Например: «Объяснить, почему раствор баритовой воды в незакрытой склянке мутнеет при продолжительном стоянии в лаборатории». Эта задача чаще всего решается методом гипотез. Учащиеся вспоминают характерные свойства едкого барита, и делают предположение, что баритовая вода помутилась вследствие взаимодействия с углекислым газом; муть — это осадок углекислого бария. Далее учащиеся ищут обоснование этому предположению: «Углекислый газ всегда содержится в воздухе. Действуя на баритовую воду, он мутит ее». Обоснование подтверждается опытом: через баритовую воду пропускается с помощью резиновой груши ток воздуха. Вода мутится.

Это самый трудный вид задач на предвидение, наблюдение и объяснение явлений. Решение этих задач требует от учащихся умения всесторонне проанализировать ситуацию, выдвинуть и обосновать гипотезу, разработать эксперимент, провести его.

Задачи четвертого вида отличаются от задач указанных выше трех видов тем, что здесь требуется предвидеть явления и затем экспериментальным путем доказать правильность своих предвидений, например: «В какие химические реакции может вступить гидрат окиси бария? Поставьте соответствующие опыты».

При решении этих задач у учащихся возникают новые затруднения, связанные: а) с отнесением вещества к определенному классу, б) с воспроизведением в памяти характерных химических свойств этого класса, в) с подбором примеров реакций и г) с проведением их.

При решении задач этого вида аналитико-синтетическим методом учитель предлагает учащимся следующие вопросы-задания: прочтите условие задачи; напишите формулу гидрата окиси бария; к какому классу веществ относится гидрат окиси бария; какие общие химические свойства имеют основания; в какие химические реакции может, вступить гидрат окиси бария; на каких примерах это можно показать; напишите уравнения этих реакций; проделайте соответствующие опыты.