Методика изучения понятия о химической связи в школьном курсе неорганической и органической химии

Обновлено: 02.07.2024

1. Методические проблемы преподавания органической химии и ее основные теоретические понятия

2. План лекции

1. Содержание и структура курса
органической химии
2. Основные теоретические понятия
курса органической химии
3. Роль теории химического строения
на начальном этапе курса
органической химии и ее основные
понятия

3. 1. Содержание и структура курса органической химии

4. Содержание и структура курса органической химии

2) систематическое изучение курса
органической химии в 10-11-х классах.
Учебный материал отобран таким
образом, чтобы можно было объяснить на
современном научном, но доступном для
учащихся уровне основные
теоретические положения и изучаемые
свойства веществ, химические процессы,
протекающие в окружающем мире и
используемые человеком

5. Содержание и структура курса органической химии

В основу системы курса положена идея
усложнения строения вещества: от
относительно простых соединений
(углеводородов) до сложных (белков и
нуклеиновых кислот). Эта идея отражает
ступени организации материи, высшей
ступенью которой являются сложные
биоорганические вещества, представляющие
химическую основу жизни
Расположите классы органических
соединений в порядке усложнения их
строения
В чем проявляется усложнение строения при
переходе от класса к классу?

6. Расположение классов органических соединений по мере усложнения их строения

Нуклеиновые кислоты
Сложные эфиры
Карбоновые кислоты
углеводы
белки
жиры
аминокислоты
Альдегиды
фенолы
спирты
Ароматические углеводороды
Ацетиленовые углеводороды
Диеновые углеводороды
Этиленовые углеводороды
Циклопарафины
Предельные углеводороды
Гетороциклические
соединения
амины

7. 2. Основные теоретические понятия курса органической химии

В настоящее время курс органической
химии включает более 50
теоретических понятий и около 20
видов химических реакций
При классификации понятий исходят
из теоретических основ предмета

8. Классификация понятий

По принадлежности к тем или иным
теориям понятия делятся на 5 групп:
– понятия теории химического
строения;
– понятия электронной теории;
– стереохимические понятия;
– понятия о закономерностях
химических реакций;
– понятия высокомолекулярной химии

9. Понятия классической теории химического строения

Химическое строение, структурная
изомерия, гомология (гомологический
ряд, гомологическая разность, общая
формула), углеводородные радикалы,
классификация органических
соединений, функциональные группы,
зависимость свойств от химического
строения и др.

10. Понятия электронной теории

Электронная природа ковалентной
связи, электронные смещения
(взаимное влияние атомов),
электронное строение атома углерода,
гибридизация, электронное облако,
образование σ- и π-связей, понятие о
едином π-электронном облаке,
водородной связи, зависимость
свойств от электронного строения и
др.

11. Стереохимические понятия

Тетраэдрическое, тригональное
(плоское) и диагональное (линейное)
строение, вращение атомов вокруг
простой связи и связанные с ним
пространственные формы,
геометрическая изомерия,
циклическая форма моносахаридов,
зависимость свойств от
пространственного строения и др.

12. Понятия о закономерностях химических реакций

Они были сформированы в курсе
неорганической химии, а в
органической химии находят
дальнейшее развитие и углубление.
Это такие понятия, как скорость
реакции, механизм реакции,
химическое равновесие, катализ,
тепловой эффект химической реакции,
реакционная способность и др.

13. Понятия высокомолекулярной химии

Полимеризация, поликонденсация,
мономер, полимер, степень
полимеризации, геометрическая
структура полимера, молекулярная
масса полимера, стереорегулярная
структура полимера и др.

14. 3. Роль теории химического строения (ТХС) на начальном этапе курса органической химии и ее основные понятия

Кто и когда разработал ТХС
органических соединений?
ТХС занимает особое место в школьном
курсе органической химии:
1) с ТХС начинается изучение фактически
новой химической дисциплины
2) ТХС является основной теорией,
пронизывающей весь школьный курс
органической химии; на ее основе
формируются все важнейшие понятия
этого курса

15. Значение ТХС

3) ТХС – это важное связующее звено
между неорганической и органической
химией, основные ее положения
являются общими для этих наук
4) ТХС вооружает учащихся методом
познания вещества, его строения и
свойств, дает возможность предвидеть
(предсказывать) свойства
органических соединений на основе их
строения

16. Задачи темы 1 органической химии

ТХС изучается в теме 1 органической
химии. Задача – ознакомление
учащихся с основными положениями,
идеями основополагающей теории и
ее значением. При этом
предусматривается в процессе
дальнейшего изучения органической
химии углубление основных
положений ТХС, раскрытие ее
значения на конкретном материале

17. Задачи темы 1 органической химии

Задача – дать учащимся представление о
химическом строении, изомерии,
структурных формулах
Ученики должны усвоить – у молекул
веществ, имеющих один и тот же состав,
может быть различная
последовательность соединения атомов,
которая обусловливает различные
свойства, то есть свойства вещества
зависят не только от состава, но и от
химического строения

18. Значение ТХС

Вывод: ТХС на первом этапе еще не
может выполнять всех своих функций –
она только объясняет некоторые факты и
явления (объясняющая функция), но еще
не в состоянии выполнять
прогностические функции
ТХС, решающая роль в создании которой
принадлежит А.М. Бутлерову, отражена в
школьном курсе органической химии в
виде нескольких основных положений и
ряда понятий
Назовите основные понятия ТХС

19. Основные понятия ТХС

20. Основные понятия ТХС

Химическое строение обусловливает
химические свойства соединений. В этом
основная идея теории. Установление этой
зависимости позволило А.М. Бутлерову и его
ученикам доказать возможность познания
строения вещества с помощью химических
методов, из которых особенно большое
значение придавалось синтезам
Каждому веществу отвечает одна химическая
формула – структурная формула, которая
выражает все его химические свойства

21. Основные понятия ТХС

Объясненное А.М. Бутлеровым явление
структурной изомерии позволило
предсказывать и синтезировать новые
органические соединения, объяснять
многообразие веществ
Что такое изомерия?
Выяснение причины изменения свойств в
молекулах изомеров подводит к вопросу
о взаимном влиянии атомов друг на
друга в зависимости от химического
строения молекул

22. Основные понятия ТХС

Структурная изомерия привела к фактам,
противоречившим ТХС: обнаружены
вещества с одинаковым химическим
строением, но с разными свойствами. Так
структурная изомерия способствовала
открытию пространственной изомерии
Понятия химического строения и
изомерии позволили дать объяснение
явлению гомологии, хотя оно появилось
задолго до ТХС
Что такое гомология?

23. Основные положения ТХС

24. Основные положения ТХС

Атомы в молекуле располагаются не
беспорядочно, а в строгой
последовательности
Соединение атомов происходит в
соответствии с их валентностью
Углерод в органических веществах
четырехвалентен. Его атомы образуют
цепи нормальные, разветвленные,
замкнутые

25. Основные положения ТХС

Свойства веществ зависят от
качественного и количественного
состава, а также от химического строения
молекул
Химическое строение выражается
структурной формулой. Каждое вещество
может иметь только одну структурную
формулу
Химическое строение молекул
познаваемо и может быть установлено
различными методами исследования

26. Основные положения ТХС

Различное химическое строение при
одинаковом составе обусловливает
явление изомерии
Свойства атомов в молекуле
проявляются по-разному, так как
оказывают друг на друга взаимное
влияние
Молекула – не статическое, а
динамическое образование,
наполненное внутренним движением

27. Взаимосвязь понятий ТХС

Основные положения и понятия ТХС
образуют стройную логическую
систему, где компоненты теории
взаимосвязаны:
Качественный и количественный
состав → химическое строение
(гомология, изомерия, взаимное
влияние атомов) → свойства

Место органической химии в школьном курсе химии. Курс органической химии вносит важный вклад в решение учебно-воспитательных задач. В органической химии вводятся представления о веществах, составляющих организмы растений, животных, человека, об образовании этих веществ из неорганиче­ских, о тех изменениях, которые происходят с веществами в орга­низмах и лежат в основе их жизнедеятельности.

Дальнейшее углубление в природу веществу при изучении ор­ганической химии, рассмотрение электронного и пространственного строения позволяет учащимся лучше понять закономерности микромира и сущ­ность химических превращений. Познавательное значение органической химии заключается и в том, что она дает возможность познать многообразие форм вещества в при­роде, материальное единство органического и неорга­нического мира.

Курс органической химии открывает широкие возможности и для умственного развития учащихся: это постоянное оперирование категориями микромира (рассмотрение электронных, стереохимических представлений), возрастание роли дедукции в обучении. Опираясь на изучаемые теории, учащиеся смогут высказывать гипотезы, про­верять их экспериментом и приобретать новые знания. Возрастает роль различных логических операций: сравнения, абстрагирования, обобщения и др.

Для реализации воспитывающих, развивающих функций важно обеспечить преемственность между курсом неорганической и органической химии. Взаимосвязь этих курсов выражается в использовании в качестве опорных знаний о строении атома, о периодическом законе, о природе химических связей.

Однако в содержании курса органической химии следует учитывать и отличительные особенности. Органическая химия как наука рассматривает специфический круг веществ (это углеводороды и их производные). В органической химии, в отличие от неорганической нет такого разнообразия качественного состава, поэтому объектами особого внимания становится взаимное влияние атомов в молекулах, явление изомерии. В неорганической химии практически не рассматривались высокомолекулярные соединения; в органической химии их изучение позволяет перейти к изучению биологически важных веществ. Реакции с участием органических соединений в своём большинстве растянуты во времени, протекают в нескольких направлениях, в то время как многие реакции, изучаемые в курсе неорганической химии, протекают практически мгновенно. Общие закономерности возникновения и протекания реакций в неорганической и органической химии едины, однако, для органических реакций необходимо более точно учитывать и подбирать условия, чтобы добиться нужного направления.

Таким образом, понятия, сформированные в курсе неорганической химии, претерпевают значительные изменения при переходе к органической химии.

Особенности современной методики изучения органической химии заключаются в том, что теперь она преподается не единым целостным блоком в X—XI классах, как раньше, а в течение двух периодов. Во-первых, в IX классе, где дается минимум сведений для того, чтобы выпускники девятилетней школы получили представления об органических веществах. Кроме того, этот раздел явится своего рода пропедевтикой (принцип концентризма) для изучения органической химии в старших классах по углубленной программе. Включение раздела органической химии в курс IX классов придаст курсу логическую завершённость, усилит внутрипредметные связи с неорганической и общей химией, тем более, что блок содержания органической химии в основной школе может быть размещен как в конце курса (например, в учебнике Е. Е. Минченкова и др.), так и в середине его, при изучении подгруппы углерода, где органические вещества рассматриваются как соединения углерода (например, в учебнике Н. Е. Кузнецовой и др.).

Органическая химия в основной школе изучается на тех же теоретических основах, что и неорганическая. Такой подход позволит показать, что между неорганическими и органическими соединениями нет принципиальных различий. Из-за малого объёма учебного времени вводятся лишь отдельные понятия бутлеровской химической теории строения органических соединений.

В старших классах обучение органической химии включает элементы электронной и пространственной теории строения вещества.

Таким образом, обучение органической химии в настоящее время строится на основе современной теории строения, которая слагается из трех теорий: бутлеровской теории химического строения и двух дополняющих и развивающих ее теорий — электронной теории и теории пространственного строения (стереохимии).

Система понятий органической химии включает 5 групп: понятия химического строения, электронной тео­рии и стереохимические, понятия высокомолекулярной химии, а также понятия о закономерностях химических реакций. Химическое строение и понятия стереохимии взаимосвязаны с электронным строением веществ. В неорганической химии учащиеся практически не встречались с проявлениями их влияния на свойства веществ. В органической же химии эти понятия играют решающую роль в изучении органических ве­ществ. Если в неорганической химии рассматриваются только атомы в невозбужденном состоянии, то в органической химии — возбужденный атом углерода с его гибридными электронными об­лаками, направление которых в пространстве определяет конфигурацию углеродной цепи.

Рассмотрим, какие научные критерии лежат в основе отбора для изучения классов органических соединений. Решение этой проблемы усложняется тем, что количество известных органических соединений исчисляется миллионами и происходит стре­мительное возрастание их числа с одновременным усложнением структуры. В основу системы отбора и построения курса органической химии положен принцип усложнения строения вещества: от относительно простых соединений — углеводородов — до сложнейших биоорганических соединений — белков и нуклеиновых кислот, представляющих химическую основу жизни, понимание которой и составляет основную цель органической химии и её изучения. Последовательность изучения органических соединений с учётом их усложнения.

Методика изучения основных положений теории А.М. Бутлерова. При изучении строения органических веществ используются уже сформированные понятия о строении атомов и молекул. Однако материал органической химии вносит много нового в эти понятия: расширяются квантово-механические представления об атомах, вводится понятие о гибридизации орбиталей, рассматриваются идеи химического строения А. М. Бутлерова.

Условия успешного изучения теории строения вещества. Идеи строения вещества лежат в основе изучения веществ и их свойств на каждой ступени обучения. Преодолеть трудности усвоения этих понятий можно лишь при условии строгого соблюдения принципа систематичности, установления межпредметных связей, четких логических построений с использованием как можно большего числа опорных понятий и внутрипредметных связей.

Строение вещества может быть успешно усвоено лишь при использовании средств наглядности в виде таблиц, моделей, экранных пособий и т. п., так как даже при развитом мышлении для понимания ряда вопросов необходимы образные представления.

Проблемный подход способствует развитию активного мышления учащихся. В данном случае он легко реализуется при | установлении связи между строением атома элемента и его свойствами, между видом химической связи и свойствами вещества, между типом кристаллической решетки и свойствами вещества. Причинно-следственные связи, которые здесь очень четко прослеживаются, создают условия для создания проблемной ситуации и использования проблемного подхода.

Для усвоения понятий о строении вещества используются также приемы сравнения. Учащимся предлагается указать сходство и различие между ковалентной полярной и ионной, металлической и ионной, металлической и ковалентной связями. Очень действенным является и прием конкретизации — восхождения от абстрактного к конкретному, т. е. применение знаний о химической связи по отношению к какому-либо конкретному веществу, выявление причинной зависимости, а также использование приема обобщения.

Наконец, чтобы знания учащихся о строении вещества стали их убеждениями, полученные знания применяют в последующих темах курса химии. Необходимо пользоваться любыми примерами для подтверждения идей строения вещества, так как они имеют важное мировоззренческое значение.

Курс рассчитан на 90 часов обучения, в том числе 54 часа аудиторных занятий осуществляются с использованием технологий дистанционного обучения (из них: 34 часа отводится на лекции, 3 часа – семинарские занятия, 6 часов – практические занятия, 2 часа – лабораторные работы, 3 часа – консультации, 6 часов – контрольные работы). 36 часов составляет самостоятельная работа учащихся с учебно-методическими материалами и справочной литературой.

Обучение осуществляется с использованием учебно-методического комплекса (УМК), программа и содержание которого составлены с учетом требований государственного стандарта общего образования. Учебно-методический комплекс включает в себя:

• материалы для семинарских (практических) занятий;

• тесты и задания для самоконтроля;

• а также настоящие методические рекомендации для учащихся.

Традиционно изучение органической химии начинается с теории строения органических соединений, усвоение которой совершенно необходимо для восприятия всего дальнейшего материала.

Разделение курса на подтемы выполнено в соответствии с наиболее широко применяемыми в органической химии принципами – по классам органических соединений. Первыми рассматриваются углеводороды. Порядок рассмотрения – в соответствии увеличением степени окисления атома углерода (или, что тоже самое, с увеличением степени ненасыщенности).

Отдельными разделами рассмотрены углеводы, поскольку их назначение и функции гораздо шире, нежели описание химических свойств полифункциональных органических соединений, к классу которых они относятся. В этих же разделах рассматриваются структура и свойства полимерных соединений углеводов.

В третьей теме рассматриваются кислородсодержащие соединения, построение материала также соответствует увеличению степени окисления – спирты, альдегиды и кетоны, карбоновые кислоты и их производные.

Отдельно рассматриваются соединения, характерной особенностью которых является наличие гетероатомов, в частности, азота. Наиболее значимые представители гетероциклических азотистых соединений входят в состав соединений, обеспечивающих жизнедеятельность живых организмов. Другие важные в биологическом смысле органические соединения с азотом составляют полипептиды и белки.

Некоторые разделы имеют мультимедийное сопровождение, облегчающее усвоение материала. Например, процесс присоединения по двойной связи С=С электрофильных агентов, а также реакции, в которых такая связь образуется, имеют иллюстрации в виде flash-анимации, что позволяет наглядно проследить механизмы реакции электрофильного присоединения и элиминирования.

Одними из интересных форм учебной деятельности являются семинары, практические и лабораторные занятия. Подготовится к таким занятиям возможно самостоятельно на основе разработанных материалов, являющихся компонентами УМК. Используя рекомендуемую литературу, необходимо самостоятельно проработать предложенные темы и выполнить упражнения для самостоятельной работы.

Задания, представленные в материалах для практических занятий, позволят закрепить навыки написания формул, составления названий органических соединений, решения расчетных задач на вывод формул, теоретические представления о типах химических реакций, механизмах их протекания на примере химических свойств различных органических соединений.

В соответствии с рабочей программой курса предполагается проведение 6 практических занятий.

Материалы для подготовки к лабораторным занятиям помогут ознакомиться содержанием лабораторных работ, включающим цель, перечень требуемых реактивов, материалов, лабораторной посуды и описание хода работы, а также с правилами оформления отчета по результатам выполнения лабораторной работы.

На мой взгляд, изучение материала рекомендуется начать с тестирования. Отвечая на вопросы тестов, можно выявить наиболее слабые места, на которые следует обратить особое внимание при работе с учебными материалами.

В качестве самоконтроля, после изучения каждой темы, также рекомендуется проверить свои знания при помощи заданий в письменном виде, предполагающих развернутый ответ, выявить неусвоенные разделы темы и проработать их еще раз.

Все возникающие вопросы можно обсудить с преподавателем во время консультации или по электронной почте.

Учебно-методический комплекс включает также глоссарий, содержащий определения терминов, встречающихся в материалах курса. Глоссарий предназначен для быстрого уточнения того или иного определения, более детальные сведения о котором можно будет найти в материалах учебного пособия. Глоссарий, таким образом, позволяет быстро ориентироваться в обширных материалах учебного пособия и к нему следует обращаться в случаях, когда непонятно, к какому из разделов пособия имеет отношение тот или иной термин.

Поскольку органических соединений в природе насчитывается в тысячи раз больше, чем неорганических, органическая химия считается одним из наиболее трудных разделов химии. Однако на самом деле трудности при ее изучении связаны не с многообразием реакций и большим числом самих соединений, а с непониманием основных принципов строения атомов, образования связей в молекулах органических соединений и теории их строения. Поэтому в качестве пожелания изучающим предмет органической химии хочется посоветовать не жалеть усилий для выяснения всех непонятных моментов. В этом поможет как самостоятельная работа с литературой, так и консультации с преподавателем. Очень скоро Вы убедитесь в том, как затраченные усилия принесут неожиданные и очень приятные результаты, а само обучение превратится в увлекательный процесс. А поскольку роль органической химии в обычной жизни очень велика, многие явления перестанут казаться загадочными и необъяснимыми.

2. При формировании понятия выделяют его существен ные признаки (структуру), определяют последовательность их раскрытия и устанавливают связи между ними.

3. При формировании каждого конкретного понятия про слеживаются не только внутренние связи, но и связи его с другими понятиями.

6. При формировании понятия следует использовать принцип историзма, желательно использовать проблемный под­ ход, способствующий более осознанному усвоению материала.

7. Абстрактный характер некоторых химических понятий требует применения разного рода наглядности — химическо­ го эксперимента для изучения внешних свойств веществ, мо­ делирования, экранных пособий — для понимания внутрен­ него строения веществ и т. д.

10. Все четыре системы понятий в школьном курсе химии тес­но связаны в единый блок. Их формирование и развитие осу­ ществляются последовательно по ступеням обучения.


При рассмотрении теории электролитической диссоциации вещества классифицируют по свойствам в растворах. Далее при изучении поведения в окислительно-восстановительных реакциях вещества разделяют на окислители и восстановите­ ли. В обобщении знаний по неорганической химии следует под­ вести итог этой классификации.

В органической химии вначале классификация осуществля­ется по составу на три большие группы: углеводороды, кисло родсодержащие и азотсодержащие, а внутри них — по строению.

Среди физических свойств указывают такие, которые мож­ но установить органолептически (цвет, запах, агрегатное со­ стояние и пр.), определить расчетом (относительная плотность газов, относительная молекулярная масса и т. п.), измерить приборами (плотность, твердость, электрическая проводимость, температуры плавления и кипения и т. п.).

Химические свойства веществ проявляются в химических реакциях. Их классификация зависит от классификации самих веществ, от их состава и строения. Различают свойства веществ неорганических (металлы, неметаллы, оксиды, гидроксиды и пр.) и органических (предельные, непредельные, ароматичес­ кие углеводороды, кислородсодержащие, азотсодержащие).

В основе понятий о химических методах исследования ве­ ществ также лежит изучение их состава и строения. Состав ве­ществ устанавливают методами качественного и количествен­ ного анализа. Для выявления строения необходимы сложные физико-химические приборы, не применяющиеся в школе. По­этому о строении веществ (главным образом органических) су­ дят по проявлению ими свойств, обусловленных строением или наличием определенных функциональных групп, а иногда — на основании особенностей их получения (синтеза).

Формирование системы понятий о веществе начинается с самых первых уроков на основе межпредметных связей с фи­ зикой. Определение вещества не дают, разъясняют только смысл понятия о веществе в сопоставлении с уже известным учащимся из физики понятием о теле и говорят о том, что каждое вещество имеет свои свойства. Но поскольку тела мо­ гут состоять из разных веществ, дается понятие о смеси ве­ ществ и о чистом веществе и сразу же включается понятие о методах исследования, например, способах очистки веществ. Затем вводится первое понятие о классифи­ кации веществ на простые и сложные и их определение. По­ чти сразу дается понятие о количественной характеристике вещества — об их относительной молекулярной массе, о посто­ янстве их состава.

Другие авторы сразу дедуктивно переходят к обобщенному рассмотрению классов неорганических веществ, ориентиру­ ясь на то, что из курса естествознания учащимся многое изве­стно о кислороде, водороде и воде. Вопросы строения вещества остаются на прежнем атомно-молекулярном уровне.

При дальнейшем систематическом изучении химии простых и сложных веществ по группам периодической системы при­ нята единая последовательность: состав и строение простых веществ, аллотропия, физические и химические свойства, получение, применение.

После изучения теории электролитической диссоциации вещества рассматриваются с позиции ионных представлений, развивается понятие об ионах. Вво­ дятся новые принципы классификации веществ на электро­ литы и неэлектролиты, на сильные и слабые электролиты. С позиции теории электролитичес­ кой диссоциации учащиеся изучают свойства электролитов в растворах, химические свойства кислот, оснований, амфотер ных гидроксидов и солей, совершенствуя понятие об этих классах веществ. Изучается также поведение веществ в окис­ лительно-восстановительных реакциях. Дальнейшее рассмот­ рение веществ в последующих темах осуществляется уже с позиций теории электролитической диссоциации и учения об окислительно-восстановительных процессах.

Большой качественный скачок в развитии понятия о веще­ стве осуществляется при изучении органической химии. Формирование понятий о свойствах органических веществ базируется на представлениях об их составе и строении. Даются п онятия химического строения: , изомерия, гомология; п онятия электронного строения: , понятия о гибридиза­ ции орбиталей атома углерода, p - и s -связях; понятия пространственного строения — понятия о валентных углах и геометрии молекул органических веществ.

Методы обучения при формировании понятия о веществе пре­ терпевают существенные изменения. На всех этапах изучения по­ нятия широко используется химический эксперимент. Однако постепенно сложность опытов и их анализа возрастают. Если сначала химический эксперимент преследует чисто описательные цели — обнаружение свойств веществ, то в дальнейшем он исполь­ зуется как косвенное доказательство их внутреннего строения, как средство развития мышления учащихся.

Понятие о химическом элементе — важнейшее, очень слож­ ное, абстрактное понятие курса химии. Учащиеся работают с веществами, наблюдают химические процессы, но химичес­ кий элемент они не видят. Нужны сложные умозаключения и убедительные доказательства того, что химические элементы действительно существуют и что они определяют качествен­ный и количественный состав и, следовательно, свойства ве­ ществ.

Понятие об атоме дается как о структурной единице химического элемента, хими­ чески неделимой частице вещества.


Здесь же включается и понятие о валентности, в том числе и о ее количественной стороне как свойстве атомов одного элемента присоединять к себе определенное число атомов дру­ гого элемента. Учащиеся обучаются определять валентность одного элемен­ та, если известна валентность другого, а также составлять формулы бинарных соединений по валентности. Здесь не го­ ворится о валентности атомов, входящих в состав простых веществ, так как это еще недоступно пониманию учащихся. Но обязательно надо проводить идею о том, что атом проявля­ ет валентность только в соединении с другими атомами.

Через систему поня­ тий о распространенности и круговороте элементов в природе осуществляется межпредметная связь химии с биологией и географией. В дальнейшем понятие о формах соединений, в виде которых элемент встречается в природе, увязывается с понятием об устойчивых степенях окисления его атома.

В последующих темах система понятий о химическом эле­менте не претерпевает изменений. Качественный скачок в ее развитии происходит при изучении периодического закона и периодической системы элементов Д. И. Менделеева, которые являются высшим обобщением знаний о химических элемен тах.

В процессе сравнения используют химический эксперимент и другие средства наглядности. В результате делают выводы по следующим параметрам:

После такого обобщения большого числа абстрактных тео­ретических понятий переходят к изучению конкретных групп элементов. Таким образом, понятие о классификации элемен­ тов претерпевает изменение. Теперь элементы классифициру­ ются по группам периодической системы.

7) обобщение знаний учащихся, установление связей поня­ тия о химическом элементе с другими понятиями курса химии.

В курсе органической химии, прежде всего, отмечают, что молекулы органических веществ состоят из атомов тех же эле­ ментов, что и неорганических, подчеркивая положение о материальном единстве мира.

В курсе органической химии дается понятие о возможности со­ единения в одном и том же веществе большого числа одноименных атомов, что редко наблюдается в неорганических веществах.

В обобщающей теме понятие об элементе должно прозвучать как важнейшее связующее звено между неорганической и органичес­ кой химией.


Химическая реак­ция должна характеризоваться с позиций всех шести блоков содержания понятия. Каждый из них имеет свою структуру, как, например, структура содержания понятий о классифи­ кации химических реакций.

Система понятий о сущности, механизмах и признаках хи­ мической реакции может быть представлена двумя сторонами: понятиями о внешних признаках и внутренней сущности реак­ ций.

Понятие о внутренней сущности реакций развивается по­ степенно, усложняясь при переходе от теории к теории. В атомно-молекулярном учении сущность химической реак­ ции объясняется как перегруппировка атомов. При изучении электронного строения веществ химические реакции рассмат­ риваются как процесс разрыва одних связей и образования других, на уровне теории электролитической диссоциации - как взаимодействие ионов, а при изучении теории строения органических веществ анализируется механизм протекания химической реакции.

Закономерности возникновения и протекания химических реак­ ций в школьном курсе химии выражены отдельными взаимосвя­ занными понятиями: об энергетике, скорости химической ре­ акции, катализе и химическом равновесии. В разделах об энер­ гетике химических реакций даны понятия об экзо- и эндотерми­ ческих реакциях, тепловом эффекте химических реакций, а также об энергии активации. Скорость химической реакции рассматри­вается как изменение концентрации в единицу времени. Формула закона действия масс дается без учета стехиометрических коэффи­ циентов в качестве показателей степени; разбирается только при­мер, когда каждый коэффициент равен 1. Химическое равновесие изучается как равенство скоростей прямой и обратной реакций, указываются способы смещения равновесия (качественный аспект).

Количественная сторона химических реакций отражена в расчетах количественных отношений веществ в химических реакциях и простейших термохимических расчетах на основе:

2) молярных отношений реагирующих веществ при хими ческих реакциях (массовые отношения, объемные отношения);

Развитие этих понятий выражается в постепенном услож­ нении расчетов, например, расчетов практического выхода продукта: если одно из исходных веществ дано в избытке, если одно из исходных веществ содержит примеси, если ис­ ходные вещества даны в виде массовой доли в растворе и т. д.

При изучении методов исследования химических процес­ сов учащиеся знакомятся с химической посудой, реактивами, материалами и оборудованием химической лаборатории, ос­ ваивают приемы работы с химическим оборудованием, овла­ девают методами составления химических уравнений и дру­ гими способами моделирования химических процессов, пости­ гая общенаучный подход к изучению химических реакций.

Из условий протекания химической реакции дается общее понятие об энергии активации, о роли нагревания (на приме­ ре реакции горения), дробления и перемешивания (увеличе­ ние поверхности реагирующих веществ), понятие об экзо- и эндотермических реакциях.

Закономерности протекания реакций разбираются при изу­ чении условий возникновения и прекращения горения. Но­ вым здесь являются понятие о катализаторе и первые, самые простые, представления о скорости химической реакции, об окислении как соединении с кислородом. На этом уровне да­ ется понятие о реакции обмена на примере взаимодействия кислот с оксидами, о реакции нейтрализации кислоты осно­ ванием, о восстановлении как разновидности реакции заме­ щения и как о процессе отнятия кислорода от вещества.

Уровень 2. Понятие о химической реакции получает даль­ нейшее развитие. В частности, начинают формироваться энер­ гетические представления о химических процессах. Рассмат­ривается понятие об экзотермических и эндотермических ре­ акциях, вводится качественно новое понятие о тепловом эф­ фекте химических реакций, термохимических уравнениях. Раскрывается на химическом материале важнейший закон природы — закон сохранения и превращения энергии (установить межпредметную связь с физикой) . Так по­ является возможность снова показать, что все химические про­ цессы имеют две стороны — качественную и количественную.

В теме дается понятие о скорости химической реакции и о факторах, влияющих на скорость (природа реагирующих ве­ ществ, их концентрация, поверхность соприкосновения, тем­ пература, наличие катализатора), излагается вопрос о ката­лизе и катализаторе, в очень популярной форме сообщается об энергии активации. В этой же теме рассматривается поня­ тие об обратимых реакциях и химическом равновесии. Необходимо подчеркнуть динамичес­ кий характер химического равновесия, факторы, вызываю­ щие смещение химического равновесия. Обратимость реак­ ций является еще одним принципом классификации хими­ ческих реакций, понятие о динамическом равновесии допол­ няет картину о механизме химической реакции.

В органической химии вносится качественно новый мате­ риал и в понятия о механизмах реакций. Впервые дается представление о свободнорадикальном механизме ре­акций замещения и полимеризации и ионном механизме ре­акций присоединения. Свободнорадикальный механизм рас­ сматривают на примере реакций замещения (галогенирование алканов), присоединения (полимеризация), отщепления (крекинг углеводородов). В неорганической химии этот меха­ низм не разбирают .

При изуче­ нии катализа в органической химии учащимся сообщают о тео­ рии промежуточных соединений, о действии ферментов и т. д.

Формирование системы знаний о химической реакции требу­ет специального отбора методов. Прежде всего, это проблемное обучение.

Необходимым условием изучения химических реакций яв­ляется демонстрационный и ученический химический экспе­ римент. Его методическая функция меняется от уровня к уров­ ню. Если в начале обучения эксперимент выполняет функ­ цию содержания, т. е. является объектом изучения, то в даль­ нейшем он все более приобретает функцию средства обуче­ ния, с помощью которого активизируется мышление учащих­ ся.

При изучении химических реакций широко применяется самостоятельная работа, а также разнообразные средства обу­ чения: для наблюдения самой реакции — химическое обору­ дование, приборы; для изучения глубинных процессов — мо­ дели, экранные пособия, таблицы. Поиск оптимальных соче таний средств обучения на уроке, способствующих неформаль­ ному усвоению понятий, — одна из фундаментальных про­ блем методики преподавания химии.

Обучение химии ставит перед собой задачи, которые решаются с позиции единства образовательной, воспитательной и развивающей функций обучения.

Школьный курс химии:

– обеспечивает сознательное усвоение учащимися важнейших химических законов, теорий и понятий, знакомит с методами химической науки;

– формирует научное мировоззрение, понимание того, что химическое образование – обязательный элемент культуры;

– вносит вклад в формирование естественно-научной картины мира;

– воспитывает трудолюбие, нравственное отношений к природе и окружающим людям, способствует преодолению хемофобии, пониманию приоритета общечеловеческих ценностей;

– развивает мышление учащихся, их самостоятельность и творческую активность, обучает разным видам учебной деятельности;

– формирует практические умения;

– способствует сознательному выбору профессии.

В последние годы возникают профильные классы, что требует усиления внимания к отдельным задачам. Так, например, в гуманитарном профиле на первый план выдвигается раскрытие роли и места химии в формировании естественно-научной картины мира, в культурной жизни общества, подчеркивается гуманистическая сторона предмета.

В классах естественно-научного направления усиливается внимание к изучению теорий и понятий, а также к практической прикладной стороне предмета, целенаправленной подготовки к поступлению в вуз соответствующего профиля.

В физико-математических и технических классах усиливается математическая компонента химии как точной науки.

Вместе с тем следует помнить, что в профильной школе наряду с профильными классами должен быть класс общеобразовательного направления, чтобы ученики, разочаровавшиеся в выборе профиля, могли в него перейти.

Содержание предмета химии представлено четырьмя составляющими: научными знаниями, системой умений (специальных, интеллектуальных, общеучебных), опытом творческой деятельности, ценностной ориентацией.

Все эти четыре составляющие взаимосвязаны. Например, не зная закономерности протекания химической реакции, нельзя осуществить ее практически. Без эксперимента, без работы с учебником нельзя приобрести полноценные знания о веществе и химической реакции. Баз опыта творческой деятельности человек обречен лишь на копирование, не может перенести знания в новую ситуацию. Ценностная ориентация характеризует личность человека. Она определяет его убеждения и мировоззрение.

Дидактические требования к содержанию курса химии

K химическому содержанию предъявляется ряд дидактических требований (принципов), которые необходимо соблюдать для успешного обучения учащихся. Это научность (отражение реальных процессов и веществ, связей между ними, отсутствие химических ошибок). Научность может быть достигнута тогда, когда учащиеся знакомятся не только с готовыми выводами, но и с методами, которыми они получены. Доступность определяется числом внутрипредметных связей изучаемого материала с уже изученным. Например, нельзя объяснить гибридизацию орбиталей, если неизвестна теория строения атома. Нельзя понять сущность электролиза без знания окислительно-восстановительных реакций. Kроме того, доступность ограничивается и принципом учета возрастных особенностей учащихся. Еще два важных принципа – системность и систематичность.

При систематическом построении материала возможны два логических подхода – индуктивный и дедуктивный. Индуктивный – когда отсутствует база фактов, необходимая для теоретических обобщений, а дедуктивный – когда теоретическая база достаточна и может осуществляться прогнозирование. Примером дедукции может служить подход к темам, изучаемым после усвоения периодического закона.

Связь с жизнью, с практикой – это принцип, обеспечивающий мотивацию обучения, носит прикладной характер.

Особое значение имеет принцип историзма, который способствует реализации логики науки в учебном процессе.

Основные дидактические единицы курса химии

Дидактический материал курса объединен в несколько групп.

I г р у п п а – это теории (атомно-молекулярная теория, теории строения атома и строения вещества, учение о периодичности, теория электролитической диссоциации, современная теория строения органических веществ). Некоторые курсы содержат сведения о закономерностях возникновения и протекания химических реакций (элементы химической термодинамики и кинетики).

II г р у п п а – это законы (закон сохранения и превращения энергии, закон постоянства состава, закон Авогадро, закон сохранения массы веществ и др.).

III г р у п п а – это химические понятия, каждое из которых представляет сложную систему более мелких понятий. Таких систем понятий в школьном курсе химии четыре: вещество, химическая реакция, химический элемент и основы химического производства 1 .

IV г р у п п а – это методы химической науки. Заметьте, имеются в виду не методы обучения химии, а методы исследования, используемые в химической науке, способствующие научным открытиям и созданию химических теорий.

Поскольку химия – наука экспериментально-теоретическая, она знакомит учащихся с общенаучными и специфическими химическими методами исследования. Учащиеся учатся выдвигать гипотезы, проверять их экспериментально, делать выводы, теоретически обосновывать, чтобы использовать на практике. Они приобретают умения, связанные с техникой химического эксперимента, работой с посудой, реактивами и инструментами, осваивают химическую символику и методы моделирования веществ и процессов.

V г р у п п а – это факты. Факты обнаруживаются посредством эксперимента или наблюдения за натуральными объектами, часто фактический материал получают с помощью специальных приборов. Факты можно узнать от учителя, прочитать в учебнике или взять из других источников.

VI г р у п п а – творческое наследие выдающихся ученых. Очень важно показать, что наука делается людьми и все научные достижения являются результатом кропотливого труда.

Химические теории возникали не одновременно. По мере того, как появлялись факты, которые невозможно было объяснить на основе известной теории, создавалась новая теория, расширяющая и углубляющая уже имеющиеся понятия. Именно таким образом построены многие курсы химии.

Kаждая из основных теорий школьного курса представляет своеобразный рубеж, через который проходят химические понятия, претерпевающие качественные изменения (схема 1). Эти изменения и называют развитием понятий.

Структура содержания школьного курса химии


Способы построения курса химии

Построение курса химии может быть различно. Рассмотрим схему 2.

Различие в построении курсов химии

Рассмотрим, чем отличаются друг от друга указанные в схеме принципы построения.

Особенностью несистематических курсов является то, что в них не отражается логика науки и не обеспечено развитие понятий. Обычно эти курсы ограничиваются реализацией формальной логики и руководствуются в основном прикладным содержанием и межпредметными связями. Некоторые из них носят интегративный характер. Например, естествознание включает сведения из разных естественных наук – физики, химии, биологии, географии. Понятно, что логике какой-то одной науки такой предмет подчиняться не может.

1. Водные ресурсы и качество воды.

2. Химические ресурсы.

3. Нефть. Химическое сырье или топливо.

4. Химия и пищевые ресурсы.

5. Ядерные ресурсы. Радиохимия в современном мире.

6. Атмосфера. Химия газов и климат.

7. Химия и здоровье.

8. Химическая промышленность. Проблемы и перспективы.

Пропедевтические курсы химии

При этом рассмотрена энергетическая сторона химических реакций, без которой не может быть современного понимания химии. Большое внимание уделяется химическому эксперименту, т.к. главная задача пропедевтического курса – пробудить устойчивый интерес к химии, раскрыть ее образ.

Построение систематических курсов химии

Систематические курсы химии могут быть построены по-разному, в зависимости от того, какой системообразующий фактор положен в основу формирования курса (см. схему 2). Это может быть либо система понятий о веществе, либо система понятий о химической реакции.

Химические реакции как важнейшие химические понятия рассматриваются через призму свойств веществ. Эта тема служит и для установления межпредметных связей с физикой.

Взаимосвязь важнейших химических понятий


Структура системы понятий о веществе


Нетрудно заметить, что указанные блоки структуры понятий о веществе реализуют разные мыслительные операции. Например, классификация веществ учит обобщать имеющиеся знания. Блоки о составе и строении обучают анализу. Блоки о свойствах, получении и применении веществ требуют установления причинно-следственных связей и понимания практического использования веществ.

Заметим, что школьный курс органической химии чаще всего строится с ориентацией на формирование и развитие системы понятий о веществе.

Система понятий о химическом элементе включает следующие блоки:

1) атомы химических элементов;

2) распространенность и круговорот элементов в природе;

3) классификация химических элементов.

Система понятий о химической реакции включает следующие компоненты:

1) признаки, сущность и механизмы химических реакций;

2) закономерности возникновения и протекания химических реакций (энергетика, скорость, катализ, химическое равновесие);

3) количественные характеристики химических реакций (соотношения веществ, термохимические расчеты, проявление закона сохранения массы веществ);

4) классификация химических реакций;

5) практическое использование химических реакций;

6) методы исследования химических реакций.

В данной системе понятий особого внимания заслуживает классификация химических реакций, подробно разработанная Т.З.Савич 8 (таблица).

Kлассификация химических реакций

Такая обобщенная таблица формирует у учащихся определенный кругозор, способствует пониманию ими химических реакций. K такой классификации учащиеся приходят в конце обучения постепенно и последовательно.

В зарубежных курсах химии и довольно редко в нашей общеобразовательной школе используется построение курса на основе формирования и развития системы понятий о химической реакции как системообразующего фактора. Примером такого курса может служить переведенная на русский язык книга американских авторов под редакцией Г.Сиборга 9 . Приведем в качестве иллюстрации оглавление этой книги, написанной для американских колледжей (это более продвинутый курс по сравнению со средней общеобразовательной школой).

Глава 1. Химия – экспериментальная наука.

Глава 2. Гипотеза и рабочая модель в науке. Атомно-молекулярная теория.

Глава 3. Химические реакции.

Глава 4. Газы. Kинетическая теория.

Глава 5. Жидкости и твердые вещества.

Глава 6. Строение атома и периодическая система элементов Д.И.Менделеева.

Глава 7. Энергетические эффекты химических реакций.

Глава 8. Скорости химических реакций.

Глава 9. Равновесие в химических реакциях.

Глава 10. Растворение как равновесный процесс.

Глава 11. Водные растворы кислот и оснований.

Глава 12. Реакции окисления и восстановления.

Глава 13. Химические вычисления.

Глава 14. Доказательства существования атомов.

Глава 15. Электроны и периодическая таблица Д.И.Менделеева.

Глава 16. Молекулы в газовой фазе.

Глава 17. Связь в твердых веществах и жидкостях.

Глава 18. Химия соединений углерода.

Глава 19. Галогены.

Глава 20. Третий период периодической системы.

Глава 21. Вторая группа периодической системы. Щелочно-земельные металлы.

Глава 22. Переходные элементы четвертого периода.

Глава 23. Некоторые элементы шестого и седьмого периодов.

Глава 24. Некоторые вопросы биохимии.

Глава 25. Химия планет и звезд.

Нетрудно заметить, что при таком построении получается курс общей химии, что характерно для курсов, построенных на основе системы понятий о химической реакции.

Во всех случаях следует иметь в виду, что содержание школьного курса химии, в том числе и профильного, не должно сводиться к переносу в школу вузовского курса химии. На данном этапе мыслительный аппарат школьника еще недостаточно сформирован и к такому варианту не подготовлен. Kроме того, выбор содержания зависит от условий работы школы, особенностей контингента учащихся и некоторых других факторов, определяемых социальным заказом общества.

На основании прочитанного попробуйте проверить себя, свое понимание.

1. Докажите, что курс органической химии в средней школе построен с ориентацией на формирование и развитие системы понятий о веществе.

Примерный ответ. Kурс органической химии изучается последовательно от углеводородов к кислородсодержащим и к азотсодержащим органическим веществам, в том числе и к жизненно важным: жирам, углеводам и белкам. При этом прослеживается изменение в строении углеродного скелета и усложнение строения функциональных групп. Химические реакции отражают свойства этих веществ в зависимости от их состава и строения. Из этого можно заключить, что курс органической химии ориентирован на формирование и развитие системы понятий о веществе.

2. Постарайтесь раскрыть последовательность формирования каждого блока понятий о химическом элементе на примере реализуемого вами курса химии.

Примерный ответ. Система понятий о химическом элементе включает три блока: атомы химических элементов, классификация химических элементов и круговорот элементов в природе.

Сначала атом химического элемента рассматривается как химически неделимая частица, имеющая массу, затем изучается внутриатомное строение. Kлассификация химических элементов вначале ограничивается делением на металлы и неметаллы, затем выделяются элементы с двойственными свойствами, и в завершение следует изучение периодического закона и периодической системы элементов Д.И.Менделеева. Периодическая система – это высшее обобщение знаний о химических элементах. Распространенность элементов в природе и их круговорот раскрываются по мере изучения соответствующих им простых веществ.

3. Используя приведенный выше перечень компонентов системы понятий о химической реакции, по образцу схемы 4 постройте схему системы понятий о химической реакции.

Примерный ответ.


Примерный ответ.

Гомогенные реакции – окисление оксида азота(II) кислородом:

и взаимодействие водорода с хлором:

Гетерогенная реакция – взаимодействие оксида серы(IV) с водой:

Окислительно-восстановительные реакции – горение магния в кислороде:

горение аммиака в кислороде:

восстановление оксида меди водородом:

(Названия тем могут быть и другие, в зависимости от того, какими учебниками вы пользуетесь.)

Реакции, где окислительно-восстановительный процесс отсутствует, – взаимодействие нитрата серебра с хлоридом натрия:

и взаимодействие оксида углерода(IV) с едким натром:

Kаталитические реакции – гидрогенизация ацетилена на никелевом или платиновом катализаторе:


окисление оксида серы(IV) в оксид серы(VI) в присутствии V2O5:


Некаталитическая реакция – взаимодействие хлора с йодидом калия:

Обратимая реакция – взаимодействие аммиака с водой:

Необратимые реакции – разложение малахита:

и разложение перманганата калия:

Реакции экзотермические – любые реакции горения.

Реакция эндотермическая – взаимодействие азота с кислородом:

Реакции соединения – взаимодействие аммиака с хлороводородом:

и взаимодействие этилена с бромом:

Реакции разложения – разложение гидроксида меди(II):

1 В последнее время в школьных курсах и образовательном стандарте химическому производству уделяется все меньше и меньше внимания, но это не уменьшает значимость этой системы понятий.

2 Химия и общество. Пособие для учителей. Американское химическое общество. Пер. с англ. М.: Мир, 1995.

3 Волова Н.Ф., Чернобельская Г.М. Пропедевтический курс для семиклассников. Химия в школе, 1998, № 3, с. 29–33.

5 Чернобельская Г.М., Дементьев А.И. Введение в химию. Мир глазами химика. М.: ВЛАДОС, 2003.

6 Иванова Р.Г. Химия. Учебник для 8–9 классов. М.: Просвещение, 1996.

7 Минченков Е.Е., Зазнобина Л.С., Смирнова Т.В. Химия-8 и Химия-9. М.: Школа-Пресс, 1998.

8 Савич Т.З. Систематизация и обобщение знаний учащихся о химической реакции в X классе. Химия в школе, 1980, № 2.

9 Химия. Kурс для средней школы. Под ред. Г.Сиборга. Пер. с англ. М.: Мир, 1967.

10 Зайцев О.С. Неорганическая химия. Теоретические основы. Углубленный курс. Учебник для общеобразовательных учреждений с углубленным изучением предмета. М.: Просвещение, 1997.

Читайте также: