Химический язык

Схема 2 Классификация органических веществ

Таким образом, главными критериями классификации веществ является их состав и строение. Деление веществ по свойствам на окислители и восстановители, а также на электролиты и неэлектролиты является, во-первых, относительным, а во-вторых, функцией состава и строения веществ.

Понятия о классификации веществ позволяют устанавливать связи между веществами разных групп, подчеркивают идею материального единства мира [5, 159].

Свойства веществ систематизируют исходя из их состава или строения. Связи эти причинно-следственные.

Формирование системы понятий о веществе начинается с самых первых уроков на основе межпредметных связей с физикой. 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 могут состоять из разных веществ, дается понятие о смеси веществ и о чистом веществе и сразу же включается понятие о методах исследования, например способах очистки веществ. Понятие о молекуле используется то, что было получено на уроках физики. Затем вводится первое понятие о классификации веществ на простые и сложные и их определение. Почти сразу дается понятие о количественной характеристике вещества — о их относительной молекулярной массе, о постоянстве их состава [13, 177].

В теме "Кислород. Оксиды. Горение" приводятся состав простого вещества кислорода, его свойства, методы, исследования свойств посредством химического эксперимента (получение из перманганата калия). В этой теме вводится новое понятие о кислороде как окислителе. Понятия о строении вещества в этой теме дальнейшего развития не получают.

В теме "Кислород. Оксиды. Горение" развивается понятие о сложных веществах — оксидах. Рассматриваются их состав и некоторые свойства, в частности свойство оксида углерода (IV) вызывать помутнение известковой воды, свойство оксида фосфора (V) растворяться в воде, получение оксидов при взаимодействии кислорода с простыми и сложными веществами. Но все это пока лишь внешнее описание без объяснения сущности — накопление фактов.

В теме "Кислород. Оксиды. Горение" развивается понятие о смеси веществ на примере воздуха, дальнейшая его конкретизация — в теме "Водород. Кислоты. Соли". Понятие обогащается новым конкретным содержанием: вещество — восстановитель. Осторожно и очень медленно, чтобы избежать формального усвоения, вводят понятие о кислотах:

1) сначала учащимся рассказывают о кислотах, известных им из практики, — лимонной, яблочной, щавелевой, молочной, муравьиной, уксусной, отмечают их кислый вкус, иногда едкость, жгучесть (муравьиная кислота);

2) затем демонстрируют осушающее действие серной кислоты, ее разогревание при растворении, обугливание органических веществ. Обсуждают правила техники безопасности при работе с серной кислотой;

3) далее переходят к общим свойствам соляной кислоты (дымящая): действие на индикаторы (объясняется слово "индикатор"), на металлы;

4) состав кислот — абстрактный материал. Учащихся знакомят с формулами четырех кислот: НСl, НNО3, Н2SО4, Н3РO4. Это примеры для классификации по составу и по основности. Так накапливается материал для классификации.

В органической химии система понятий о строении вещества обогащается таким большим числом качественно новых знаний, что актуализация предшествующих опорных знаний становится обязательным условием усвоения учащимися содержания органической химии.

Понятия химического строения: химическое строение как порядок соединения и взаимного влияния атомов в молекулах, изомерия, гомология.

Понятия пространственного строения — более высокий этап познания строения по отношению к химическому строению. Имеются в виду понятия о валентных углах и геометрии молекул органических веществ.

Особое внимание в органической химии уделяется энергетическим характеристикам веществ, в частности энергии связи.

Вопросы химического, электронного, стереохимического строения органических веществ, энергетические представления получают такое мощное развитие, что обособляются в отдельную теорию.

Структура содержания понятия "химический элемент". Как и всякое сложное понятие, система понятий "химический элемент" имеет свою структуру содержания. В состав ее входят понятия: 1) об атомах химических элементов; 2) о распространенности и круговороте элементов в природе; 3) о классификации и систематизации химических элементов. Все три блока тесно связаны между собой, а кроме того, и с понятием "вещество".

Каждый из указанных блоков содержания имеет свою структуру. Например, понятия об атомах можно сгруппировать так: строение атомов, свойства атомов. Они связаны между собой причинно-следственной связью (схема 3).

Схема 3 Причинно-следственная связь

Выявление этой связи в каждом конкретном случае позволяет организовать проблемные ситуации. Например, объяснение связи между строением электронной оболочки атома и его степенью окисления позволяет построить цепочку умозаключений по прогнозированию возможных степеней окисления. (Строение атома серы позволяет предположить, что отрицательная степень окисления ее должна быть равна -2, а высшая положительная +6. Дальнейшее рассуждение позволит прогнозировать свойства веществ, содержащих серу в соответствующей степени окисления.) Легко просматривается связь между числом электронных слоев и радиусом атома, строением электронной оболочки и электроотрицательностью. Интересно выявление и обратных связей, когда требуется установить строение внешнего электронного слоя на основании известных степеней окисления.

Вполне понятно, что формирование системы понятий о химическом элементе происходит не сразу, а постепенно, последовательно, обогащаясь за счет изучаемых в процессе обучения теорий. Начинается оно с формирования понятий об атоме.

Формирование понятий о естественных группах сходных элементов. Знакомя всех учащихся с понятием об естественных группах сходных химических элементов, вначале употребляют термин "естественное семейство", чтобы не путать его с группами периодической системы. Формируют это понятие индуктивным путем на трех семействах — благородных газах, щелочных металлах и галогенах. Подход к ним единый: составление сводной таблицы по каждому семейству с соотнесением свойств с относительной атомной массой. Используют разные приемы, например таблицы, отражающие сравнительную характеристику галогенов, щелочных металлов и др.

Таблица 1 Сравнительная характеристика галогенов

Таблица 2 Сравнительная характеристика щелочей

Таблица 3 Сравнительная характеристика гидроксидов

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

1) сходство свойств между элементами изучаемого семейства;

2) различие свойств изучаемого семейства;

3) взаимосвязь свойств и значений атомной массы;

4) сходство и различие свойств семейств и их зависимость от значения атомной массы.

Последний пункт особенно важен для понимания периодического закона. Все это необходимый фактический материал, не получающий пока теоретического объяснения, так как учащиеся пока еще не знакомы со строением атомов. Естественно, возникает проблемная ситуация, которая будет решаться на последующих уроках. Она состоит в противоречии между необходимостью объяснения фактов и нехваткой имеющихся знаний. Учитель должен эту проблему вскрыть и четко ее сформулировать: почему наблюдается такая закономерность в изменениях свойств в зависимости от атомных масс элементов?

Затем при изучении периодического закона и периодической системы элементов Д. И. Менделеева происходит качественный скачок в развитии понятий об атомах. Атом предстает как сложная система, состоящая из ядра и электронной оболочки. Здесь дается понятие об изотопах [5, 35].

Значительно пополняются представления учащихся о свойствах атомов. Вводятся представления об атомном радиусе, о степени окисления, электроотрицательности. Понятие "степень окисления" при всей его условности методически очень важно, так как помогает раскрыть сущность периодичности, облегчает пользование периодической системой. На этой стадии следует разграничить понятия "степень окисления" и "валентность" чтобы в дальнейшем учащиеся их четко различали.

Особое внимание при формировании системы понятий о химическом элементе следует обратить на тему "Обобщение знаний по курсу неорганической химии". Здесь устанавливаются внутрипредметные связи между важнейшими химическими понятиями — о химическом элементе, веществе, химической реакции и химическом производстве. Эта тема очень важна для формирования у учащихся правильных теоретических представлений о соотношении этих понятий. Она является отправной точкой, подготавливающей переход от неорганической к органической химии. После нее значительно легче сопоставлять и сравнивать свойства органических веществ с неорганическими, выявлять особенности органических реакций по сравнению с неорганическими. Формирование системы понятий о химическом элементе завершается в основном именно в этой теме [9, 50].

Таким образом, развитие понятия "химический элемент" осуществляется в несколько этапов:

1) подготовительный — до формулирования определения химического элемента;

2) экспериментальный — до изучения атомно-молекулярного учения;

3) изучение элементов на базе атомно-молекулярного учения;

4) формирование понятия о естественной группе элементов;

5) изучение периодической системы Д. И. Менделеева и теории строения атома;

6) изучение элементов по группам периодической системы;

7) обобщение знаний учащихся в конце IX класса, установление связей понятия о химическом элементе с другими понятиями курса химии.

В X классе завершается развитие понятия о химическом элементе. В курсе органической химии прежде всего отмечают, что молекулы органических веществ состоят из атомов тех же элементов, что и неорганических.

Далее рассматривается понятие о гибридизации орбиталей атома углерода, а также о том, что атомы элемента в составе соединения не просто суммируются в разных комбинациях, а испытывают влияние других атомов, т. е. атомы одного и того же элемента в разных соединениях несколько отличаются друг от друга по свойствам. Эту мысль можно провести и в неорганической химии, но в органической она звучит более убедительно.

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

В конце курса X класса в обобщающей теме понятие об элементе должно прозвучать как важнейшее связующее звено между неорганической и органической химией. Поэтому заключительное обобщение начинается именно с него. Особое внимание обращают на философский смысл и воспитательное значение учения о химических элементах.

Структура системы понятий о химической реакции. Понятие о химической реакции сложное и многогранное. Это, как и понятие "вещество", целая система понятий, имеющая свою структуру. В курсе химии средней школы четко различаются шесть компонентов понятия "химическая реакция", которые рассматриваются в единстве и формируются постепенно:

1) признаки, сущность и механизм реакций; 2) закономерности возникновения и протекания; 3) количественные характеристики; 4) классификация; 5) практическое использование; 6) методы исследования. Сочетание этих шести блоков понятий не только определяет систему знаний, но и позволяет вскрыть философскую сущность понятия "химическая реакция". Химическая реакция должна характеризоваться с позиций всех шести блоков содержания понятия. Каждый из них имеет свою структуру. Например, структура содержания понятий о классификации химических реакций имеет такой вид (табл. 4).

Таблица 4 Классификация химических реакций

Такими должны быть знания учащихся о классификации химических реакций после усвоения школьного курса химии.

Система понятий о сущности, механизмах и признаках химической реакции может быть представлена двумя сторонами: понятиями о внешних признаках и внутренней сущности реакций. Между ними существует причинно-следственная связь [2, 29].

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

Последовательность формирования понятия "химическая реакция". Понятие "химическая реакция" формируется на нескольких уровнях.

Уровень 1. Понятие о химической реакции начинается формироваться с самых первых уроков. Сначала дают понятие о химическом явлении, так как термин "явление" более знаком учащимся, а затем сообщают, что химическое явление — это и есть химическая реакция. На этом этапе опора делается на знания, полученные учащимися из физики. На уровне атомно-молекулярного учения разъясняют, как можно по внешним признакам обнаружить химическую реакцию (образование осадка, изменение окраски, выделение газа, выделение или поглощение теплоты и т. д.) [7, 169].

Классификация химических реакций дается на уровне сравнения числа исходных и полученных веществ. При этом учащиеся используют такие мыслительные приемы: сравнение, анализ, синтез, обобщение. Все эти сведения о химической реакции включены в тему "Первоначальные химические понятия". Далее все стороны системы понятий о химической реакции должны расширяться и дополняться новыми данными, т. е. после этапа обобщения снова начинается этап накопления.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8