6. Химический эксперимент как специфический метод

Специфичность, уникальность, «имидж» химии как учебно­го предмета обеспечивает химический эксперимент. Он выпол­няет триединую образовательную функцию (обучения, воспи­тания и развития учащихся). В процессе обучения химический эксперимент служит источником познания, выполняет функ­цию метода (познания химических объектов, решения учеб­ных проблем, проверки учебных гипотез), функцию средства обучения (иллюстрации, исследования и т. п.), а также средс­тва воспитания и развития обучающихся.

Различают 3 основные формы химического эксперимента (ХЭ):

1. Натуральный ХЭ (которому рекомендуется отдавать пред­почтение);

2. Электронный вариант натурального ХЭ (например, разра­ботанный под руководством профессора МГУ им. М. В. Ломо­носова В. В. Загорским);

3. Виртуальный ХЭ (который нуждается в дальнейшем со­вершенствовании).

Различают следующие типы школьного химического экспе­римента:

1. Демонстрационный химический эксперимент.

2. Лабораторные химические опыты.

3. Лабораторная работа.

4. Практическая работа.

5. Лабораторный практикум.

6. Домашний химический эксперимент.

Типы школьного химического эксперимента и их дидактические особенности

Важнейшие типы школьного химического эксперимента и их дидактические особенности отражены в табл. 5.7.1.

Демонстрационный	Лабораторный	Практический
Изучение нового материала Создание пред­ставлений о хими­ческих объектах Формирование новых химических понятий Показ приборов, операций, техники безопасности Средство исследо­вания, иллюстрации	Изучение нового материала Продуктивное ус­воение нового Формирование прочных и глубоких знаний Формирование экспериментальных умений Средство исследо­вания, иллюстрации	Закрепление, при­менение изученного материала Развитие умений применять знания на практике Совершенствование экспериментальных умений Формирование обобщенных экспери­ментальных умений Средство иллюст­рации в основном

Таблица 5.7.1

Демонстрационный эксперимент проводит сам учитель, иногда учащийся (специально подготовленный к нему).

Основные задачи демонстрационного эксперимента:

1. раскрытие сущности химических явлений;

2. показ учащимся лабораторного оборудования (приборов, установок, аппаратов, химической посуды, реактивов, материа­лов, приспособлений);

3. раскрытие приемов экспериментальной работы и правил безопасности труда в химических лабораториях.

Требования к демонстрационному эксперименту впервые сформулированы В. Н. Верховским. В процессе демонстраци­онного эксперимента необходимо реализовать следующие тре­бования: 1) обозреваемость (обеспечение хорошей видимости всем учащимся; 2) наглядность (обеспечение правильного вос­приятия учащимися); 3) безукоризненная техника выполнения;

4. безопасность для учащихся и учителя; 5) оптимальность ме­тодики эксперимента (сочетания техники эксперимента и слова учителя); 6) надежность (без срывов); 7) выразительность (рас­крытие сущности объекта при минимальной затрате усилий и средств); 8) эмоциональность; 9) убедительность (однознач­ность объяснения, достоверность результатов; 10) кратковре­менность; 11) эстетичность оформления; 12) простая техника выполнения; 13) доступность для понимания; 14) предвари­тельная подготовка эксперимента; 15) репетиция методики экс­перимента.

Студентам IV курса для подготовки к предстоящей педагоги­ческой практики в общеобразовательной школе необходимо ос­воить следующие демонстрации:

8. класс - Взаимодействие натрия с водой. Образцы щелоч­ных металлов и галогенов.

9. класс - Образцы металлов, изучение их электропроводнос­ти. Взаимодействие металлов с неметаллами и водой.

10. класс - Взаимодействие стеариновой и олеиновой кислот со щелочью. Гидролиз мыла. Отношение олеиновой кислоты к бромной воде и раствору перманганата калия (см. программу по химии для школы).

Внепрограммный демонстрационный эксперимент следует использовать в том случае, если нет необходимого количества оборудования для лабораторного эксперимента; учащиеся еще не овладели техникой эксперимента; химические опыты пред­ставляют опасность для учащихся; необходимо увеличить темп учебной работы; опыты в малом количестве не дают нужно эф­фекта.

Ученический химический эксперимент как метод учебной работы функционирует в форме демонстрационного экспери­мента, лабораторных опытов, лабораторной работы, практи­ческой работы, лабораторного практикума и домашнего хими­ческого эксперимента. Каждая из этих форм имеет свои специ­фические учебные цели. Демонстрационный ученический экс­перимент позволяет увидеть не только внешнюю сторону хи­мических объектов, но и проникнуть во внутреннюю их сущ­ность. Если лабораторные опыты помогают изучить отдельные стороны химического объекта, то лабораторная работа - мно­гие стороны. Если практические занятия способствуют совер­шенствованию знаний и умений, то практикум - формированию обобщенных знаний и умений, а домашний эксперимент - удов­летворению познавательных интересов и потребностей уча­щихся, развитию опыта творческой деятельности.

С целью профессиональной подготовки к образовательной практике молодые учителя должны целенаправленно осваивать технику и методику школьного химического эксперимента.

8. класс - Практическое занятие: «Решение эксперимен­тальных задач по теме «Обобщение сведений об основных классах неорганических соединений». Лабораторные опыты; «Взаимодействие гидроксида цинка с растворами кислот и ще­лочей».

9. класс - Лабораторные опыты: «Рассмотрение образцов металлов».

10. класс - Лабораторные опыты: «Окисление муравьиного или уксусного альдегида оксидом серебра (I) и гидроксида меди

2. . Окисление спирта в альдегид». Практическое занятие 3: «Получение и свойства карбоновых кислот. Решение экспери­ментальных задач на распознавание органических веществ».

Приведем примеры экспериментальных задач для 8 кл. (Г. Е. Рудзитис, Ф. Г. Фельдман).

Задача 1. Опытным путем докажите, в каких приборах со­держатся растворы: а) хлорида натрия б) гидроксида натрия, в) соляной кислоты.

Задача 2. В одной пробирке находится дистиллированная вода, а в другой - раствор хлорида калия. Выясните, в какой пробирке находится каждое из выданных вам веществ.

Задача 3. В двух пробирках даны: а) оксид кальция, б) оксид магния. Определите в какой пробирке находится каждое из этих веществ.

Задача 4. Получите гидроксид магния, исходя из металли­ческого магния.

Задача 5. Дан оксид меди (II). Получите гидроксид меди (II).

Задача 6. Дан раствор гидроксида кальция (известковая вода). Получите карбонат кальция, а из него - раствор хлорида кальция.

Задача 7. Получите из хлорида железа (III) оксид железа

2. .

Задача 8. Дан кристаллический хлорид магния. Получите гидроксид магния.

Задача 9. Из раствора сульфата меди (II) получите раствор хлорида меди (II).

Задача 10. Осуществите практические следующие превра­щения: карбонат меди (II) - хлорид меди (II) - гидроксид меди (II) - оксид меди (II).

Практическое занятие по решению подобного рода задач способствует формированию экспериментальных умений, а также умений применять полученные знания на практике.

Организация химического эксперимента - это процесс упо­рядочения деятельности учителя, учащихся и лаборанта при подготовке и проведении химического эксперимента. Приво­дим памятки, раскрывающие алгоритмы и правила подготовки химического эксперимента.

Подготовка демонстрационного эксперимента (памятка) .

Материально-техническая подготовка:

1. проверить наличие и исправность приборов (аппаратов, устано­вок); при отсутствии - приобрести, при неисправности - отремонти­ровать их;

2. проверить наличие и качество реактивов (при отсутствии - при­обрести, при плохом качестве - приготовить свежие растворы);

3. проверить наличие различных приспособлений, принадлеж­ностей, материалов, деталей приборов;

4. предусмотреть меры предосторожности и ликвидации последс­твий опыты;

5. рационально разместить оборудование и реактивы на демонс­трационном столе;

6. соблюдать все требования к демонстрационному эксперименту;

7. провести репетицию техники выполнения эксперимента.

Методическая подготовка:

1. выбрать метод обучения (иллюстративный или исследователь­ский);

2. выбрать формы сочетания эксперимента со словом (см. у Д. М. Кирюшкина);

3. провести репетицию методики эксперимента (продукта его ин­теграции со словом учителя).

Подготовка лабораторных опытов (памятка):

1. проверить наличие и качество комплектов раздаточного мате­риала (на каждый ученический стол);

2. проверить наличие и исправность приборов;

3. проверить наличие и качество реактивов;

4. определить форму записей учащихся о проведенных лаборатор­ных опытах и результатах наблюдения (рисунок, таблица, схемы, уравнения реакций, выводы);

5. подготовить инструкцию (письменную или устную) к проведе­нию лабораторных опытов и методику ее использования;

6. предусмотреть меры безопасности учебного труда;

7. разработать методику включения лабораторных опытов в струк­туру и содержание урока и прорепетировать ее.

Подготовка практического занятия (памятка) :

1. сообщить учащимся заблаговременно (лучше за неделю):

а) тему, цель и содержание практического занятия; б) указать страни­цы в учебнике для подготовки к нему; в) предложить заранее проду­мать ход работы и отчет о ее выполнении;

2. проверить наличие и качество комплектов оборудования, реак­тивов, материалов, приборов, приспособлений;

3. разработать план проведения практического занятия, опреде­лить цель, содержание работы и порядок ее выполнения;

4. подготовить текущий инструктаж по технике безопасности и предусмотреть меры безопасности учебного труда;

5. разработать содержание беседы (вопросы и предполагаемые от­веты учащихся на них) для проверки готовности учащихся к практи­ческому занятию;

6. предусмотреть форму и содержание отчета о выполненной уча­щимися работе;

7. прорепетировать методику практического занятия.

Важную роль в организации школьного химического экспе­римента играет лаборант. Он поддерживает чистоту и порядок в учебном кабинете, следит за всем оборудованием, посудой, отвечает за хранение и использованием реактивов (и материа­лов). В журнале предварительных заявок для лаборанта долж­ны быть выделены три раздела («Урок», «Внеурочная работа», «Факультатив»). В заявке обязательно следует указывать дату и время, место проведения химического эксперимента, вид эк­сперимента (демонстрационный, лабораторный или практичес­кий), а также подробный перечень оборудования (реактивов, материалов, приборов и т. п.).

С целью научной организации образовательного процесса необходимо создать и использовать картотеку химического эксперимента. Каждая карточка разрабатывается по единому образцу (В. Я. Вивюрский). В карточке приводится: 1) название химического опыта; 2) дидактические задачи постановки опы­та; 3) перечень оборудования, реактивов, материалов; 4) описа­ние техники эксперимента с рисунком используемого в опыте прибора; 5) меры безопасности в работе и ликвидации последс­твий эксперимента; 6) объяснение химизма процесса и резуль­татов эксперимента; 7) описание сути методики эксперимента.

Методика химического эксперимента. Химический экспе­римент имеет две (видимую и невидимую) стороны, связанные с техникой и методикой его реализации соответственно. Опыт может быть простым по технике выполнения, но трудным по методике его реализации. В качестве примера можно вспом­нить взаимодействие азотной кислоты с металлами в цилиндре (или пробирке). Техника проведения опытов достаточно проста. Однако не так просто объяснить (подобрать методику) уча­щимся, почему в результате реакции азотной кислоты с метал­лами не выделяется водород и образуются самые разнооб­разные (в зависимости от концентрации кислоты и активнос­ти металлов) продукты. Другой пример (Г. И. Шелинский, А. Д. Смирнов): синтез воды в эвдиометре по технике выполне­ния сложный. Но в методическом плане эксперимент очень простой (выясняется объемное соотношение водорода и кисло­рода, вступивших в реакцию, если остался 1 объем кислорода, были взяты для синтеза воды по 2 объема водорода и кислоро­да) - интерпретация химического эксперимента не вызывает затруднений ни у учителя, ни у учащихся.

Химический эксперимент по характеру воздействия на мыш­ление учащихся можно подразделить на исследовательский и иллюстративный. Характер эксперимента является следстви­ем применяемой учителем методики (исследовательской или иллюстративной).

Исследовательскаяметодика может быть реализована в раз­личной форме. Химический эксперимент при использовании исследовательской методики служит объектом наблюдения уже в самом начале познавательного процесса. Учитель посредс­твом слова руководит наблюдениями учащихся таким образом, что они извлекают знания о непосредственно воспринимаемых свойствах наблюдаемого объекта, например, соляной кислоты (жидкость, бесцветная, прозрачная, хорошо растворимая в воде, действующая на индикаторы). Такое сочетание слова учителя с экспериментом называется первой формой.

Учитель посредством слова может руководить наблюдения­ми таким образом, что учащиеся, только базируясь на имеющи­еся у них знания, выявляют и формулируют такие связи (между химическими объектами или внутри химического объекта), ко­торые не могут быть обнаружены в процессе непосредствен­ного восприятия (например, опыта взаимодействия натрия с концентрированной соляной кислотой). Обычно учащиеся увлечены более эффектным внешним явлением (горением во­дорода, движением натрия по поверхности воды), не замечая выпадения кристаллов поваренной соли. Для объяснения дан­ного опыта необходимо использовать имеющиеся у учащихся знания (при взаимодействии натрия с водой выделяется водо­род, в составе молекул соляной кислоты, как и в составе моле­кул воды атомы водорода) с тем, чтобы подвести учащихся к пониманию реакции замещения между натрием и концентри­рованной соляной кислотой, ведущей к образованию водорода и белых кристаллов, которые опускались на дно пробирки. Та­кая форма сочетания слова с экспериментом называется второй формой.

Иллюстративная методика реализуется также в различной форме. Химический эксперимент при реализации иллюстра­тивной методики служит иллюстрацией изложенной вначале учителем химической информации, поэтому опыт проводится в конце познавательного процесса. Сведения о непосредствен­но воспринимаемых признаках веществ и явлениях учащиеся получают со слов учителя, а показ химического опыта служит подтверждением и конкретизацией словесной информации (3-я форма сочетания слова с экспериментом).

Учитель может вначале разъяснить сущность химического явления, раскрывая связи и отношения, не лежащие на «повер­хности» (т. е. непосредственно не воспринимаемые), опираясь на усвоенные ранее знания, затем продемонстрировать опыт (4-я форма сочетания слова с экспериментом).

Создается впечатление, что если сначала дается словесная информация, а затем химический эксперимент, то реализуется иллюстративная методика. Однако, если в образовательной технологии вначале с помощью словесного метода создается проблемная ситуация с выдвижением учебной гипотезы, затем осуществляется демонстрация химического эксперимента, то в таком случае все же реализуется исследовательская методика (5-я форма сочетания слова с химическим экспериментом).