ФУНКЦИИ КАЧЕСТВЕННЫХ ЗАДАЧ В ОБУЧЕНИИ ХИМИИ В СРЕДНЕЙ ШКОЛЕ

Качественные задачи по химии являются многомерным образованием. Через их решение достигаются различные дидактические цели. Поэтому нами были выделены следующие основные функции качественных задач в обучении химии (см. рис.). Раскроем содержание каждой из них.

Рис. Система функций качественных задач:

1-4 функции – системообразующие: 1 – инструментально-деятельностная;

2 – познавательно-источниковая; 3 – содержательно-информационная;

4 – организационно-технологическая;

другие функции: 5 – экспериментальная; 6 – информационно-коммуникативная; 7 – оптимизационная.

1. Инструментально-деятельностная функция качественных задач раскрывает их роль как средства формирования понятий, умений, навыков, компетенций, опыта творческой деятельности, ценностных отношений, а также значение как педагогической технологии.

В начале изучения химии качественная задача сама выступает объектом изучения, а затем становится средством, стимулирующим познавательную активность школьника, формирования умений учащихся [1]. Мы применяем качественные задачи, например, как средство создания проблемной ситуации или решения учебной проблемы, т.е. способ формирования понятий и умений, активизации познавательной активности школьника. Такой подход к использованию химических задач исключает механическое усвоение фундаментальных химических понятий и фактического материала. Например, при формировании понятия о карбоновых кислотах в 10 классе предлагаем учащимся самостоятельно решить экспериментальную задачу познавательного характера на выявление у них общих свойств кислот.

Качественная задача 1. Определите экспериментальным путём, проявляет ли уксусная кислота общие свойства кислот.

Мы обсуждаем решение задачи по следующим вопросам: 1. К какому классу органических соединений относится уксусная кислота? 2. Какие общие свойства характерны для кислот? 3. Напишите уравнение реакции диссоциации уксусной кислоты. 4. Какие химические свойства должна проявлять уксусная кислота как представитель кислот? 5. Напишите уравнений реакций с веществами, имеющимися в вашем распоряжении. Решение проверяется экспериментально.

Качественные задачи по химии являются средством развития творческих способностей школьников и одним из важных средств формирования умений. Поскольку в ФГОС усилена ориентация на результаты обучения как центральный компонент образовательного стандарта, то решение химических задач имеет большое значение в формировании у школьников универсальных учебных действий, составляющих универсальные учебные умения.

2. Познавательно-источниковая функция качественной задачи заключается в их значении как источника познания нового для учащихся содержания обучения химии, включающего следующие компоненты: знания, умения (предметные, обобщённые, универсальные), навыки (автоматизированные умения), компетенции (предметные, межпредметные и ключевые), опыт творческой деятельности, ценностные отношения.

Текст качественной задачи также может применяться как средство создания учебной проблемы. С другой стороны, возможен вариант, когда решение проблемной ситуации проходит через этап формулировки текста качественной задачи. Например, при изучении строения и химических свойств одноатомных спиртов возможен следующий подход.

Качественная задача 2. Установите структурную формулу этанола по его качественному и количественному составу.

Проблемная ситуация. Согласно одной из теорий кислот и оснований кислотные свойства – это способность веществ отщеплять протон водорода (H⁺). Атом водорода в веществах может образовывать химическую связь с различными атомами, и в связи с этим выделяют С-Н, О-Н, N-Н и т.д. кислоты. Чем выше полярность связи между атомами, тем выше кислотные свойства. В нашем случае мы имеем дело с С-Н и О-Н кислотами. С-Н кислоты являются очень слабыми, и в связи с этим их кислотные свойства в реакции с натрием проявляться не будут [2]. При взаимодействии этилового спирта с натрием происходит выделение газообразных веществ (водорода), измерив объём которого и проведя расчёты, можно установить формулу предложенного вещества: 2С₂Н₅ОН + 2Na → 2С₂Н₅ОNa + Н₂↑. Диметиловый эфир в данную реакцию не вступает. Составляем структурные формулы изомеров по брутто-формуле C₂H₆О. Создаём условия для возникновения проблемной ситуации. Учащиеся отвечают на вопрос: все ли атомы водорода равноценны в этих соединениях и все ли они могут замещаться натрием? Формулируем качественную задачу проблемного характера: определите формулу спирта, отвечающую составу С₂Н₆О [4].

На этапе подготовки эксперимента отбираем необходимое оборудование и затем демонстрируем количественный химический опыт по взаимодействию этилового спирта с натрием. После расчётов устанавливаем, что формула этилового спирта следующая: СН₃СН₂ОН.

3. Содержательно-информационная функция качественной задачи проявляется в том, что качественная задача является важным компонентом содержания обучения химии. Тексты качественных задач являются носителями химического содержания, а, следовательно, и новых знаний.

В методической литературе мы находим условия качественных задач разных типов. Авторы приводят тексты экспериментальных задач практических и самостоятельных работ по различным темам школьной программы по химии. Большое число экспериментальных задач разных типов приведено в методических пособиях и публикациях журналов «Химия в школе», «Химия» издательского дома «Первое сентября», в сборниках задач и упражнений по химии. Содержание и методические подходы по обучению школьников решению качественных задач приводятся, например, в работах С.А. Волковой:

Качественная задача 3. Даны вещества; аммиак, метиламин, дифениламин, триметиламин, анилин. Напишите их формулы в порядке увеличения основности веществ (см. рис. 5).

Рис. 5. Сравнение основных свойств соединений

4. Организационно-технологическая функция состоит в том, что качественная задача представляет собой метод обучения химии, с помощью которого задаются способы и определяются приёмы трактовки содержания обучения химии.

Под приёмом понимают эталон выполнения деятельности или фиксирование технологии её выполнения [5]. Приём служит в качестве образца, даёт общее направление в работе, пред­полагает варьирование действий. Реали­зуется приём в способе. Только после овладения способом выполне­ния деятельности можно говорить об умении осуществлять соответствующую деятельность. В практике обучения естественнонаучным предметам большое значение имеет аналитико-синтетический метод решения задач. Приведём пример.

Качественная задача 4. Даны следующие вещества: Ba(OH)₂, CaCO₃, HCl. Получите карбонат бария и выделите его из смеси.

Вопросы для обсуждения: 1. К какому классу химических соединений относится карбонат бария? (карбонат бария принадлежит к классу солей) 2. Какие вы знаете способы получения солей? 3. Какой из перечисленных способов может быть применён для решения предложенной задачи? Почему? 4. При каких условиях протекают в водных растворах реакции между солями и основаниями до конца? После такого анализа условия задачи учащиеся записывают план выполнения эксперимента, определяют необходимое оборудование, получают необходимое вещество экспериментально.

Организационно-технологическая функция качественных задач также выражается в том, что их применение представляет собой задачную технологию обучения школьников химии.

Под технологией обучения мы понимаем область знаний, обеспечи­вающую создание новых систем предметного обучения и такую организацию их практического применения, которые интенсифицируют и рационализируют этот процесс, гарантируют достижение его целей. Задачная технология представляет собой проектирование и реализацию образовательного процесса по химии, направленного на развитие психических новообразований личности, предполагающие достижение планируемых результатов с помощью  системы задач.

5. Экспериментальная функция качественной задачи проявляется в организации химического эксперимента, который применяется как один из способов решения химической задачи, поскольку качественная задача может быть решена в мысленном, компьютерном, реальном эксперименте, а также при их сочетании. Особенно велико значение мысленного эксперимента, поскольку он лежит в основе решения любой химической задачи.

6. Информационно-коммуникативная функция качественных задач реализуется в различных способах коммуникации, т.е. кодирования, перекодирования, передачи информации посредством символики, при решении химических задача, осуществляемых в непосредственном субъект-субъектом общении, при помощи цифровых образовательных ресурсов, интерактивной доски, ресурсов Интернета, через мобильные устройства и др. способами.

Обучение решению качественных задач, особенно на первых этапах изучения химии, осуществляется в процессе «живого» общения учителя и учащихся в процессе обсуждения содержания и путей их решения, а также применения химической символики как способа кодирования информации. Коммуникация дополняется интерактивными средствами обучения. Реализация обратной связи осуществляется на основе решения качественных задач, например, при использовании цифровых образовательных ресурсов:

Качественная задача 5. В 3-х пробирках находятся 0,1М растворы аммиака, гидроксида натрия, соляной кислоты, хлорида натрия. Определите содержимое каждой пробирки, применяя датчик рН.

Обсуждаем решение задачи по следующим вопросам: 1. Какое свойство раствора можно определить при помощи датчика рН? (значение рН, который характеризует содержание в растворе ионов водорода Н⁺) 2. В каких пределах изменяется значения рН в водных растворах кислот, щелочей, солей? 3. К каким классам соединений относятся распознаваемые вещества? 4. В каких пределах должны располагаться значения рН для данных растворов? 5. Как различить растворы гидроксидов натрия и гидроксида аммония? В каком растворе щёлочи (гидроксида натрия или гидроксида аммония) значение рН выше? Почему? Затем при помощи датчика рН цифровой лаборатории измеряем рН растворов. Фиксируем результаты, делаем вывод.

7. Оптимизационная функция качественной задачи выражается в обновлении содержания обучения химии на основе знаний активно развивающихся отраслей науки – нанотехнологии, биотехнологии, современных достижений учёных. Данная тенденция изменения содержания должна учитываться в образовательном процессе, а соответствующие представления важно формировать у школьников в процессе активной деятельности, в том числе в процессе решения химических задач.

Таким образом, качественные задачи в обучении химии являются не только средством связи теории с практикой и мониторинга качества обучения химии, но также содержанием, источником новых знаний, условием развития познавательных процессов школьников и ряда других, не менее важных. Поэтому систематическое применение качественных задач в учебном процессе способствует не только повышению качества химического образования, но и формированию у учащихся целостной научной картины мира.

Литература:

1. Герус С.А. Теория и практика рационализации процесса обучения химии в средней школе. Монография. – СПб.: РГПУ им. А.И. Герцена, 2003. – 160 с.

2. Гранберг И.И. Практические работы и семинарские занятия по органической химии: Пособие для студ. вузов. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Дрофа, 2001. – 352 с.

3. Фундаментальное ядро содержания общего образования / Под ред. В.В. Козлова, А.М. Кондакова. – 2-е изд. – М.: Просвещение, 2010. – 59 с. – (Стандарты второго поколения).

4. Цветков Л.А. Общая методика обучения химии.– М.: 1981. – Т1. – с. 162-180.

5. Якиманская И.С. Знания и мышление школьника. – М.: Знание, 1985. – 80 с. – (Новое в жизни, науке, технике. Серия «Педагогика и психология»; №9).