Значение изучения и задачи темы: « Периодический закон и периодическая система».
Место темы в школьном курсе химии.
Методические подходы к изучению периодического закона и периодической системы.
10.1. Периодический закон – один из важнейших законов природы, а в школьном курсе химии – это методическая основа изучения химии. Это с одной стороны – цель, а с другой – средство изучения химии.
Д.И. Менделеев на основе периодического закона создал еще в XIX веке стройный курс, который он описал в основном своем труде «Основы химии», являющийся его основным детищем.
Периодический закон и периодическая система должны изучаться в 3 взаимосвязанных аспектах:
в образовательном аспекте;
в воспитательном аспекте;
в развивающем аспекте;
Образовательный аспект
Что касается образовательной стороны, то в этом плане учащиеся должны знать современную формулировку периодического закона, основные закономерности периодической системы, строение электронных оболочек атомов (первых четырех периодов), уметь давать характеристику химического элемента по его положению в периодической системе, характеризовать простые и сложные вещества, образуемые данным элементом, знать понятие изотопа, уметь объяснить, почему относительная атомная масса выражается дробным числом.
Приступая к изучению периодического закона, учитель должен актуализировать предшествующие знания учащихся: понятие о химическом элементе, атоме, валентности, простых и сложных веществах, классах неорганических веществ, понятие о классификации неорганических веществ.
Воспитательный аспект
При изучении периодического закона и периодической системы учащиеся должны понимать значение их для развития науки и производства.
В этой теме заложена идея материального единства окружающего нас мира, идея познаваемости окружающего мира
2. При изучении периодического закона и периодической системы учитель должен подчеркивать действие законов диалектики:
- закона единства и борьбы противоположностей (внутренняя противоречивость в строении атомов элементов);
- закона отрицание отрицания (относительная атомная масса каждого элемента есть среднее арифметическое значение атомных масс соседних элементов.)
Красной нитью должен быть показан приоритет Д.И. Менделеева в открытии периодического закона. С этой целью необходимо описать обстановку, в которой происходило открытие закона, личность Д.И.Менделеева как великого ученого. Он тщательно изучил все предшествующие классификации химических элементов. Так, например,
Шанкуртуа расположил все известные тогда элементы по спирали –получился «Теллуриев винт».
Ньюлендс –создал «закон октав». Он первый обратил внимание на число – 8: восемь групп, 8 – высшая валентность по кислороду.
Доберейнер объединил сходные по свойствам элементы в триады.
Ближе других ученых подошел к открытию периодического закона немецкий ученый Л.Мейер (Майер), однако он не сформулировал закон. Это сделал русский ученый Д.И.Менделеев.
Особо необходимо подчеркивать первичность периодического закона и вторичность периодической системы.
Периодическая система – графическое выражение периодического закона. Периодический закон – это содержание, а периодическая система – форма.
Изучение периодического закона имеет важный философский смысл. Это диалектическое единство взаимосвязанных элементов.
Данная тема создает благоприятные условия для воспитания патриотизма, национальной гордости за свою страну.
Развивающий аспект
Заключается в том, что после изучения периодического закона важнейшие химические понятия претерпевают существенный скачок в своем развитии, что способствует развитию логического мышления школьников. После изучения периодического закона и периодической системы знания учащихся приобретают высокий уровень обобщенности, так как предметом изучения теперь являются не только элементы, реакции, но и многочисленные взаимосвязи между ними. Развитие осуществляется путем использования различных методических подходов.
Г.М.Чернобельская, В.Г. Краснова и другие методисты считают, что изучение периодической системы и периодического закона должно строиться на использовании проблемного подхода.
10.2. В разные периоды развития химического образования данные вопросы изучались в разных классах. В настоящее время любой систематический курс химии имеет в своей основе периодический закон. Если рассматривать закон как цель изучения, для достижения большей доказательности и убедительности его изучению должно предшествовать большое количество фактов. В истории химического образования произошло постепенное приближение данной темы к начальному курсу химии (8 класс) с той целью, чтобы периодический закон и периодическая система служили средством изучения химии. По программе Габриэляна первое знакомство с периодической системой происходит в самом начале курса химии 8 класса в теме «Введение». По Габриэляну в 1 теме изучаются атомы химических элементов, их строение. На основе строения атома изучается периодическая система Д.И. Менделеева. Периодический закон и периодическая система более подробно в свете теории строения атома изучаются в 11 классе в курсе общей химии.
10.3. Существует несколько методических подходов при изучении периодического закона и периодической системы:
При использовании принципа историзма вначале учащиеся знакомятся с историей открытия периодического закона и создания периодической системы и Менделеевской формулировкой закона. Затем учащиеся знакомятся с теорией строения атома, и периодический закон и периодическая система рассматриваются вторично в свете теории строения атома, где рассматривается физический смысл порядкового номера элемента, номера периода, группы, деления групп на подгруппы, деления больших периодов на два ряда.
Как уже отмечалось ранее, отдельные методисты рекомендуют использовать при изучении периодического закона проблемный подход .При его применении выделяют несколько этапов:
- средствами проблемного обучения раскрывается относительное деление элементов на металлы и неметаллы;
- доказательство периодичности повторения свойств элементов и образованных ими соединений в связи с повторением строения их атомов;
- анализ причин возникновения подгрупп элементов.
3) Некоторые учителя и методисты для изучения периодического закона и системы предлагают использовать опорные сигналы(например, Гоголевская).
Литература
Трифонов Д.И. Структура и границы периодической системы /Д.И.Трифонов.-М.:Просвещение,1983.
Макареня А.А. Д.И. Менделеев в воспоминаниях современников /А.А.Макареня.-М.:Просвещение, 1987.
Краснова В.Г. Проблемный подход к изучению периодического закона /В.Г.Краснова// Химия в школе.- 1980.- №5.- С.65-67
Краснова В.Г.Об изучении темы: «Периодический закон и периодическая система»/ В.Г.Краснова// Химия в школе.- 1986.- №5.-С.63-65
Макареня А.А. Д.И.Менделеев / А.А. Макареня, Ю.В. Рысев.- М.: Просвещение, 1983)
Смолякова О.Н. Театрализованное представление, посвященное Д.И. Менделееву/ О.Н.Смолякова// Химия в школе.- 1999.- №6.- С. 71-74.
Лекция №11
Методические принципы изучения органических веществ
План
Образовательное и воспитательное значение школьного курса химии.
Особенности формирования понятий в органической химии и условия успешного формирования понятий.
Содержание курса органической химии.
Изучение теории химического строения органических соединений.
Проблемный подход при изучении строения молекул органических веществ.
Изучение взаимного влияния атомов в молекулах органических соединений.
11.1. Курс органической химии завершает химическое образование учащихся. В процессе изучения органической химии преобразуются и совершенствуются знания об основных классах органических веществ, закрепляются и углубляются знания по неорганической химии. При изучении органической химии на более высоком теоретическом уровне формируется понятие о физико-химической природе органических соединений. Предметом изучения органической химии являются углеводороды и их производные, которые являются основой животных и растительных организмов. Курс органической химии позволяет понять явления жизни на молекулярном уровне, сущность метаболизма и возможности биологически активных соединений. Курс органической химии подтверждает действие законов, служит основой для дальнейшего формирования материалистических взглядов. Курс органической химии богат политехническим материалом, который способствует развитию знаний по экономике, геологии, экологии, приобретаются навыки и умения работы с органическими веществами.
Воспитательное значение курса органической химии
Современное образование является ведущей социально значимой областью человеческой деятельности и общечеловеческой ценностью. Оно неразрывно связывает прошлое, настоящее и будущее в развитие общества: на его основе происходит социальное и профессиональное становление человека, целенаправленное формирование его личности.
Курс органической химии, изучаемый в средней школе после неорганической, в современном его содержании вносит важный вклад в решение воспитательных задач. Без знания органической химии невозможно составить современную научную картину окружающего нас мира. Она вносит представление о веществах, являющихся основой организмов растений, животных, человека, об изменениях, которые происходят в организмах с веществами и лежат в основе их жизнедеятельности, о возможности их образования из неорганических.
Более глубокое изучение природы органических веществ, рассмотрение их пространственного строения, электронной природы, химических связей в их молекулах позволяет школьникам глубже понять закономерности микромира и сущность химических превращений. Все выше перечисленное определяет познавательное значение органической химии, ее вклад в формирование диалектико-материалистического мировоззрения студентов. Именно органическая химия позволяет уяснить материальное единство органического и неорганического миров, дает возможность познать многообразие веществ в природе, понять, что в основе явлений жизни лежат не сверхъестественные силы, а химические процессы, происходящие на атомно-молекулярном и электронном уровнях.
С целью повышения воспитательной роли курса органической химии важное значение приобретает не только углубление теоретических знаний, но и усиление их доказательности.
Изучение современной теории строения органических веществ включающей 3 важнейшие теории, формирующей у учащихся убеждение в истинности научного знания, в познаваемости окружающего нас мира.
Роль химии в жизни человека раскрывается в большей степени именно через предмет органической химии, который позволяет показать воспитательную роль политехнического материала. Знакомство с ним убеждает школьников в созидательной роли химии, необходимости овладевать знаниями для практического применения их в повседневной жизни.
В процессе изучения курса органической химии необходимо постоянно прослеживать диалектическую взаимосвязь и взаимообусловленность химических фактов, раскрывать причинно-следственные связи.
Типичным примером является взаимосвязь между строением и свойствами органических веществ, их свойствами и применением. В первом случае строение вещества – причина, а свойства – следствие, во втором – свойства – причина, применение – следствие.
Большое значение имеет формирование убеждений в познаваемости окружающего мира. Так, например, в органической химии долгое время господствовала теория «жизненной силы» - витализм, а знание закономерностей строения органических веществ позволило получать вещества с заранее заданными свойствами (СК и другие полимеры, лекарства, СМС и многое др.).
Практика, с одной стороны – источник знаний, с другой – критерий истины, поэтому важно знакомить учащихся с историей становления некоторых теорий, которые в отличие от фактов, можно опровергнуть. С этой целью при изучении теории Бутлерова необходимо познакомить с доструктурными теориями и далее с современной теорией строения органических веществ.
Наряду с другими предметами органическая химия поставляет материал для философских обобщений, а с другой стороны знание законов и категорий материалистической диалектики позволяет студентам понять взаимосвязь химических явлений и закономерности химических процессов ( например, при изучении гомологических рядов органических веществ прослеживается действие закона перехода количественных изменений в качественные).
Важное мировоззренческое значение имеет установление межпредметных связей химии с другими науками, в частности, с биологией (круговороты макроэлементов в природе, неисчезаемость материи, взаимосвязь органических веществ с биологическими объектами).
Установление взаимосвязи органической химии с валеологией стимулирует учащихся к более качественному изучению предмета и роли химии в повседневной жизни.
В условиях надвигающейся экологической катастрофы огромную роль играет экологическое воспитание молодежи. Преподаватель органической химии должен рассмотреть эту проблему с двух сторон: с одной стороны, раскрыть важную роль органических веществ и химических процессов в жизнедеятельности организмов, роль их в повседневной жизни человека, с другой стороны – показать губительное влияние многих органических веществ на окружающую среду и здоровье человека, тяжелые последствия этого влияния ( например, влияние фенолов, нефтепродуктов, СМС, ДДТ и других на флору и фауну). Такой подход способствует воспитанию бережного отношения к природе, стимулирует приобретение практически значимых химических знаний о природных явлениях. Очень важно пробудить у школьников желание к активной деятельности по защите окружающей среды. Этому способствует вовлечение их во внеурочную работу по экологическим исследованиям почв, природных и сточных вод и др. Участие молодежи в экологических исследованиях родного края имеет патриотическую направленность, а также решает проблемы трудового воспитания, заключающегося в формировании практических навыков и умений, в воспитании коллективизма, сотрудничества. Коллективный труд способствует нравственному воспитанию .
В воспитательной работе на занятиях по органической химии необходимо использовать и памятные даты, посвященные великим открытиям и выдающимся российским химикам – органикам. Следует отметить, что курс органической химии в этом плане предоставляет преподавателю широкие возможности в решении задач патриотического воспитания студентов. Российские ученые являются авторами важнейших теорий, закономерностей, способов получения многих органических веществ. Вот некоторые примеры.
А.М. Бутлеров – организатор Казанской школы химиков, создатель структурной теории строения органических веществ, автор учебника «Введение к полному изучению органической химии», предсказал существование четырех изомеров бутанола и один из них синтезировал сам лично; впервые синтезировал сахаристое вещество и уротропин. Его учениками были: В.В.Марковников, А.М.Зайцев, А.Е Арбузов, Д.П. Коновалов и др.
А.Е. Арбузов – академик, крупнейший специалист по химии фосфорорганических соединений, многие из которых используются для получения сильнодействующих инсектицидов.
А.П. Бородин – химик-органик и выдающийся русский композитор (автор оперы «Князь Игорь»). Он впервые получил фтористый бензол, изучил новый тип реакций – альдольную конденсацию – основа синтеза многих кислородсодержащих органических веществ.
Н.Д. Зелинский – основоположник органического катализа и нефтехимии. Его работы охватывают все разделы органической химии – от углеводородов до белков.
Н.Н. Зинин – осуществил превращение нитробензола и нитронафталина в анилин и нафтиламин. Позднее им были синтезированы азоксибензол, гидразобензол, бензидин, м-нитроанилин. А В. Гофман так охарактеризовал значение этих работ: «Если бы Зинин не сделал ничего более, кроме превращения нитробензола в анилин, то и тогда его имя осталось бы записанным гигантскими буквами в историю химии».
С.В. Лебедев – создатель первого крупного промышленного производства синтетического каучука.
А.М. Кучеров – разработал способ получения ацетальдегида каталитической гидратацией ацетилена. Данная реакция носит его имя.
В.В. Марковников – первым обнаружил в нефти циклоалканы, сформулировал правила присоединения полярных молекул к алкенам (носит его имя). В своей диссертации: «Материалы по вопросу о взаимном влиянии атомов в химическом соединении» фактически развивает основные положения теории химического строения А.М. Бутлерова, своего учителя и наставника.
Вышеперечисленные имена служат примером великих учёных, педагогов, патриотов, общественных деятелей. Жизнь их достойна подражания, ими гордится наша страна.
Таким образом, изучение органической химии в школе должно обеспечивать учащихся прочными фундаментальными знаниями и на этой основе способствовать развитию умений ориентироваться в актуальных комплексных проблемах современности, применять свои знания в своей будущей профессиональной деятельности, а также содействовать формированию у них ценностного отношения к химической науке как важнейшему компоненту общечеловеческой культуры, способствовать формированию всесторонне развитой личности.
11.2. Понятия органической химии формируются на основе теории строения атомов, знании периодического закона, приемов анализа, синтеза, обобщения, сравнения, переноса одних знаний на другие.
В курсе органической химии меняется соотношение конкретного и абстрактного материала в сторону увеличения абстрактного. При изучении абстрактных понятий выполнение химического эксперимента резко сокращается.
Развивающиеся понятия неорганической химии получают свое завершение в курсе органической химии.
Условия успешного формирования понятий исследованы И.Н.Чертковым:
установление связи между курсом органической и неорганической химии;
использование принципа историзма при изучении теории строения химических веществ, истории борьбы идей, возникновения и опровержения теорий;
построение проблемных ситуаций на основе показа борьбы идей и опровержения предшествующих теорий;
рассмотрение бутлеровских идей о строении органических веществ, установление взаимосвязи с современной теорией строения вещества;
постоянный показ зависимости свойств веществ от их строения;
использование различных средств наглядности (модели);
использование экспериментов;
мультимедиа проекции;
11.3. Особенностью современной методики изучения органической химии является то, что органические вещества изучаются дважды. Изучение органической химии начинается в 9 классе. Более глубоко курс органической химии изучается в 10 классе. Изучение идет от простого к сложному. В 9 классе отмечается различие между органическими и неорганическими веществами, объясняются причины многообразия органических соединений, строение органических соединений, учащиеся знакомятся со структурными формулами.
Рассматриваются метан, этан, этилен; предельные одноатомные и многоатомные спирты; белки, их строение и биологическая роль; углеводы( изучаются глюкоза, крахмал, целлюлоза, их биологическая роль).
В 10 классе в зависимости от варианта программы химия идет 1-4 ч в неделю. Свойства органических веществ рассматриваются шире и глубже.
11.4. Основой изучения органической химии является современная теория строения органических соединений.
Современная теория строения органических веществ
теория строения электронная стереохимия
органических веществ теория
Б
утлерова
Важными понятиями являются :
- гомология - гомологи
- изомерия - изомеры
При изучении этих понятий можно применить метод сравнения, а результаты сравнения занести в таблицу:
Сравнение гомологов и изомеров
Таблица 27
Гомологи |
Изомеры |
отличаются на 1 группу CH2 сходное химическое строение; физические свойства отличаются. |
одинаковый качественный состав, одинаковый количественный состав, химическое строение разное, физические и химические свойства разные. |
Обобщение знаний о теории химического строения органических соединений проводится в конце курса органической химии. В нем можно развернуть более подробно основные положения теории строения органических веществ, добиваясь обоснования каждого из них.