Статья "Развиваем мышление: учимся обобщать" (на материале химии)"

10

Развиваем мышление: учимся обобщать

Что такое обобщение? Почему необходимо уметь обобщать? Как провести обобщение? Ответы на эти вопросы вы найдете, прочитав статью.

Что такое обобщение

На каждом уроке химии и при выполнении домашних заданий вы рассматриваете достаточно большое количество веществ, их физические и химические свойства, химические реакции, много другой информации. Как эффективно работать со всем этим разнообразным материалом? В этом вам поможет прием обобщения, о котором мы расскажем вам в этой статье.

Выполните задание.

Задание 1. Укажите состав и число исходных веществ и продуктов реакций, уравнения которых:

S + O₂ = SO₂;

2SO₂ + O₂ = 2SO₃;

2Hg + O₂ = 2HgO;

SO₃ + H₂O = H₂SO₄;

4NO₂ + 2H₂O + O₂ = 4HNO₃.

Определите, какой признак присутствует в каждом описании, т. е. является общим для каждой из реакций.

Правильно! В каждой реакции, уравнения которых вы анализировали, из нескольких исходных веществ образуется только один продукт реакции. Выполняя это задание, вы использовали прием обобщения.

Обобщение – это мысленное выделение общих существенных признаков в предметах и явлениях и основанное на этом мысленное объединение их друг с другом.

Обобщение объектов закрепляется в понятии, которое выражается словом и отражает общие существенные признаки объектов. Так реакции, уравнения которых мы рассматривали в задании 1, называют реакциям соединения. Сформулируем определение этого понятия. Реакции соединения – это реакции, в которых из нескольких (двух и более) исходных веществ образуется одно новое вещество.

В результате обобщения вы всегда переходите от отдельных объектов (химических элементов, атомов, молекул, ионов, веществ и их свойств, химических реакций, способов получения соединений и др.) к общему или от менее общего к более общему. Покажем это на примерах.

1. Задание 2. Впишите в предложение пропущенное слово: «Сера, кислород, азот, озон, кремний – это простые вещества – …».

Конечно же, вы справились с заданием и получили правильный ответ – неметаллы. Итак, вы перешли от единичного (отдельных объектов) к общему и назвали класс, к которым относятся перечисленные вещества, т. е. закрепили обобщение в понятии «простые вещества – неметаллы». Аналогичный переход можно провести и для металлов. Например, натрий, цинк, железо, алюминий, медь – это простые вещества – металлы.

Продолжим обобщение. Понятия «простые вещества – металлы» и «простые вещества – неметаллы» как вы знаете, объединяются более общим понятием «вещества», которое включает в себя и сложные вещества (например, оксиды, кислоты, основания, соли). Таким образом, мы осуществляем переход от менее общего к более общему.

Важно отметить, что в обобщении важную роль играет выявление существенных признаков объекта, а также мысленного отвлечения их от множества других его признаков. Этот процесс называют абстрагированием (от лат. absrtactio — удаление, отвлечение). При абстрагировании мы с одной стороны отвлекаемся от несущественных признаков, а с другой стороны – концентрируемся на более общих и существенных признаках предметов.

Задание 3. Рассмотрите формулы веществ: BaO, SiO₂, Li₂O, CaO, Al₂O₃, с целью составления общей формулы класса соединений, к которым они относятся.

Сначала, вы выделяете у каждой из формул существенные признаки (образованы только двумя химическими элементами; содержат химический элемент кислород, степень окисления которого равна –2). При этом вы отвлекаетесь от таких признаков, как степень окисления элемента, образующего вещество; тип элемента (металл или неметалл); положение элемента в периодической системе Д. И. Менделеева и др. Затем вы составляете формулу, отражающую перечисленные выше общие существенные признаки соединений:

–2

Э_хО_у,

где Э – символ химического элемента, х и у – индексы.

Итак, теперь вы знаете, что, выделяя наиболее существенного в рассматриваемых объектах и устанавливая общие признаки, делают обобщения, формулируют понятия, выводы, которые могут выражаться, в том числе, и в виде различных формул.

А как же уже проведенное обобщение помогает вам в процессе обучения? Оказывается на его основе можно изучать конкретные явления, т. е. осуществлять конкретизацию.

Конкретизация - это переход от более общего к менее общему, от общего к единичному.

Задание 4. Конкретизируйте понятие «химические реакции» с точки зрения числа и состава исходных веществ и продуктов реакции.

Выполняя задание, необходимо перейти от более общего понятия («химические реакции») к менее общим (типам химических реакций, выделенных по определенному признаку). Результат покажем графически в виде схемы 1.

Схема 1

Переход от более общего к менее общему

ХИМИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ

Теперь перейдем от общего (типов химических реакций) к единичному, проиллюстрируем конкретным примерам химических реакций каждое из указанных в схеме 1 понятий.

Задание 5. Конкретизируйте понятие «реакции обмена».

Для выполнения задания сформулируем определение понятия «реакции обмена». Реакции обмена – это реакции между двумя сложными веществами, в ходе которых они обмениваются составными частями.

Конкретизируем понятие «реакции обмена», записав уравнения реакций, соответствующие указанным в определении существенным признакам:

1. взаимодействие оксида меди (II) с серной кислотой

CuO + H₂SO₄ = CuSO₄ + H₂O;

1. взаимодействие гидроксида натрия с сульфатом железа (III)

6NaOH + Fe₂(SO₄)₃ = 2Fe(OH)₃ + 3Na₂SO₄

и т. п.

Аналогично можно конкретизировать понятия «реакции соединений», «реакции разложения», «реакции замещения», в результате получится схема 2.

Схема 2

Переход от общего к единичному

ХИМИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ

Итак, почему же важно научиться обобщать?

Определение общих свойств объектов и обозначение их словом (формулирование понятия), которые происходят при обобщении, позволяют человеку в сокращенном виде охватывать многообразие предметов, сводить их в определенные классы, а затем оперировать понятиями без непосредственного обращения к отдельным объектам.

На основе обобщения в процессе обучения вы усваиваете понятия, законы, ведущие идей и теорий изучаемого предмета. Каждая наука представляет собой определенную систему понятий, благодаря которым человек глубже познает окружающий мир в его существенных связях и отношениях. Обобщение, как и сравнение, можно использовать при изучении нового материала, его осмыслении, уточнении, систематизации, применении знаний в различных условиях.

Умение обобщать позволяет сократить количество информации и заменить знание множества аналогичных случаев знанием одного принципа, позволяет изучать предмет или явление не как сугубо изолированное, а представляющее определенный класс. Рассмотрим еще несколько примеров. Если вы знаете определение понятия «оксиды», то легко сможете установить принадлежность веществ, формулы которых указаны в задании, к этому классу неорганических соединений. Если вы выучили общие химические свойства оксидов разных типов (основных, кислотных и амфотерных), то без труда охарактеризуете химические свойства любого конкретного оксида (кислотного оксида – оксида серы (VI), основного оксида – оксида магния или амфотерного оксида – оксида алюминия).

Обобщение, выраженное формулой, позволяет решать целую серию однородных задач. Вспомните, формулу для расчета массовой доли растворенного вещества в растворе. Применяя ее, вы можете вычислить не только массовую долю растворенного вещества, но и массу растворенного вещества и массу воды, необходимых для приготовления раствора с определенной концентрацией растворенного вещества, а также выполнить расчеты в других, более сложных задачах.

Используемые в науке понятия, принципы, правила, законы есть не что иное, как обобщения. Анализируя известные факты о химических элементах, сравнивая и систематизируя химические элементы на основе их относительных атомных масс, великий русский ученый Д. И. Менделеев открыл периодический закон.

Обобщение связано со всеми приемами познавательной деятельности. Так сравнением, в результате которого выделяются существенные признаки объектов, служит основой для образования понятий. Выделяя общее в рассматриваемых объектах, и вместе с тем, вскрывая различия между ними, получают возможность классифицировать их, а также систематизировать изучаемый материал (об этих приемах познавательной деятельности мы расскажем в следующих номерах журнала).

Итак, мы на различных примерах познакомили вас с приемом обобщения, который вы используете в познавательной деятельности. Если вы хотите расширить свои знания об обобщении, то можете изучить следующий материал.

Виды обобщения и его структура

Обобщения по способу проведения бывают:

• эмпирическими;

• теоретическими.

Эмпирические обобщения основаны на непосредственно наблюдаемых свойствах объектов. В результате них формируются как житейских представления, так и понятия в науке. Например, выявляя общий существенный признак таких явлений, как горение магния, ржавление железа, взаимодействие мрамора с соляной кислотой, разложение пероксида водорода – образование одних веществ из других, вы эмпирически усваиваете понятие «химические явления».

Эмпирическое обобщение способствует упорядочению многообразия предметов, а также их классификации.

Теоретические обобщения основаны на выделении существенных связей как внутри объекта, так и между объектами внешнего мира. Они опираются на скрытые существенные свойства, выходящие за рамки тех признаков, которые мы непосредственно наблюдаем. Теоретическое обобщение используют, например, при усвоении знаний в процессе решения задач. Вы рассматриваете общий способ выполнения задачи определенного типа, а затем, преобразуя ее условия, находите общий принцип перехода ко многим другим однородным задачам.

Противопоставим теоретическое и эмпирическое обобщение. Вы, конечно же, заметили, что эмпирическое обобщение осуществляется путем сравнения большого числа объектов или сравнения хода решения целой серии задач. Вы постепенно находите общие признаки и сходные моменты в решении, что и приводит к обобщению. Теоретическое обобщение осуществляется с использованием только одной задачи.

Рассмотрим более подробно эмпирическое обобщение, которое может быть индуктивным или дедуктивным.

В индуктивных обобщениях общий признак рассматриваемых объектов неизвестен, вам его необходимо определить. В них вы должны сделать вывод в результате исследования достаточно большого числа отдельных объектов.

Внимательно изучите алгоритм, в соответствии с которым проводят индуктивное обобщение:

1. определить, для чего должно быть проведено обобщение, какова его цель;

2. выделить существенные признаки объектов;

3. определить возможные основания обобщения в соответствии с поставленной целью и выявленными признаками;

4. выделить общие признаки обобщаемых объектов по каждому основанию;

5. сформулировать выводы об общности объектов по существенным признакам;

6. найти для данных объектов соответствующее понятие.

Использование этого алгоритма поможет вам эффективно выполнять задания на обобщение, которые приведены в заключение статьи или учитель предлагает на уроке.

Подумайте, в каких из заданий, которые вы выполняли, читаю статью, вы проводили индуктивное обобщение. (Правильный ответ вы найдете в конце статьи.)

Обратите внимание на то, что существует два основных требования к индуктивному обобщению.

1. Обобщение ведется по существенным признакам (вспомните, какие признаки называют существенными). Например, для веществ, формулы которых даны в задании 3 (BaO, SiO₂, Li₂O, CaO, Al₂O₃), несущественным является такой признак, как число букв в формуле, хотя он и является общим для всех перечисленных соединений.

2. Обобщение распространяется на объективно сходные, однородные предметы (это требование, как вы помните, относилось и к приему сравнения). Напомним вам, что можно, например, достаточно легко найти общие признаки у фтора, хлора, брома, иода (химических элементов-неметаллов, находящиеся в одной группе в периодической системе). Сложнее это сделать для натрия, магния, алюминия, кремния, фосфора, серы (химических элементов, находящиеся в одном периоде в периодической системе). Практически бессмысленно проводить обобщение, например, таких объектов, как малахит, мельхиор, медь, метанол.

В дедуктивных обобщениях вам известен общий признак, который закреплен в определении любого понятия, и его необходимо распознать в рассматриваемых объектах. Такие задачи очень часто называют «задачами на подведение под понятие» или «задачами на распознавание». Например, после изучения понятия «простые вещества» (вспомните, соответствующий им общий существенный признак), вы должны безошибочно определять по формуле вещества, относится ли оно к простым.

Подумайте, в каких из заданий, которые вы выполняли, читаю статью, вы проводили дедуктивное обобщение. (Правильный ответ вы найдете в конце статьи.)

Вы можете научиться обобщать, только регулярно выполняя этот прием с разнообразным материалом, как в процессе обучения, так и в повседневной жизни.

Задания для самостоятельного выполнения

1. Укажите, по каким признакам составлены следующие группы:

а) литий, рубидий, калий, цезий, франций, натрий;

б) литий, бериллий, бор, углерод, азот, кислород, фтор;

в) медь, серебро, золото;

г) Cs₂O, Li₂O, Rb₂O, Na₂O, K₂O;

д) Sn(OH)₄, H₂SiO₃, Ge(OH)₄, H₂CO₃, Pb(OH)₄;

е) SiH₄, PH₃, H₂S, HCl.

2. Впишите пропущенные слова и словосочетания.

а) Колба, пробирка, воронка, …, … — это … .

б) Сера, медь, кислород, ..., … — это … .

в) Плавление серы, возгонка «сухого льда», испарение спирта, …, … — это … .

г) Горение магния, ржавление железа, разложение воды под действием электрического тока, …, … — это … .

3. Впишите пропущенные слова.

а) 2Fe + 3Cl₂ = 2FeCl₃, N₂ + O₂ = 2NO — это уравнения реакций … .

б) 2Mg + O₂ = 2MgO; 2KOH + H₂SO₄ = K₂SO₄ + 2H₂O — это уравнения реакций … .

Запишите по два примера уравнений реакций, противоположных по типу тем, которые перечислены под буквами а) и б).

4. Среди трех веществ, названия которых указаны в задании, оставьте только два, которые сходны по какому-либо признаку. Одно вещество, «лишнее», не обладающее этим признаком, исключите.

а) кислород, азот, озон;

б) природный газ, аммиак, нефть.

Найдите как можно больше вариантов исключения «лишнего» слова и больше признаков, объединяющих каждую оставшуюся пару веществ и не присущих исключенному лишнему.

5. Даны три ряда названий солей.

1-й ряд: хлорид натрия, сульфат натрия, карбонат натрия, фосфат натрия, нитрат натрия, сульфид натрия.

2-й ряд: фосфат кальция, нитрат кальция, сульфид кальция, карбонат кальция, сульфат кальция, хлорид кальция.

3-й ряд: сульфат алюминия, сульфид алюминия, нитрат алюминия, хлорид алюминия, фосфат алюминия, карбонат алюминия.

Выберите из каждого ряда названия солей, которые подходят по смыслу к первому, второму и т. д. названию первого ряда.

Объясните, по какому признаку вы подбирали названия солей. Составьте формулы всех веществ.

6. Внимательно рассмотрите перечисленные в задании формулы (названия) веществ. Разделите их на четыре равные группы, каждую из которых назовите. Составьте формулы всех веществ (назовите вещества).

а) оксид кальция, соляная кислота, сульфат бария, гидроксид натрия, карбонат натрия, азотистая кислота, гидроксид железа (II), оксид железа (III), сероводородная кислота, оксид серы (IV), гидроксид меди (II), фосфат кальция.

б) SO₃, H₂CO₃, HNO₃, CaCO₃, N₂O₅, BaSO₄, H₃PO₄, CO₂, H₂SO₄, K₃PO₄, P₂O₅, NaNO₃.

7. Запишите формулы: оксида азота (II), оксида магния, оксида фосфора (V), оксида азота (IV), оксида серы (VI), оксида железа (III), оксида меди (II), оксида натрия, оксида азота (V), оксида алюминия, оксида водорода, оксида кальция, оксида железа (II), оксида азота (I), оксида калия.

Составьте из веществ, похожих друг на друга по одному или нескольким признакам, группы и дайте их названия.

Найдите как можно больше способов выполнения задания.

Какие из признаков, выбранных вами, являются существенными (несущественными) и почему?

Ответы на вопросы, встречающиеся в статье

Индуктивное обобщение вы проводили при выполнении заданий 1–3.

Дедуктивное обобщение вы проводили при выполнении задания 4 и 5.

Ответы к заданиям для самостоятельного выполнения¹

1. а) элементы главной подгруппы I группы периодической системы Д. И. Менделеева;

б) элементы 2-го периода периодической системы Д. И. Менделеева;

в) элементы побочной подгруппы I группы периодической системы Д. И. Менделеева;

г) оксиды элементов главной подгруппы I группы периодической системы Д. И. Менделеева;

д) высшие гидроксиды элементов главной подгруппы IV группы периодической системы Д. И. Менделеева;

е) летучие водородные соединения элементов 3-го периода периодической системы Д. И. Менделеева.

2*. а) Колба, пробирка, воронка, мерный цилиндр, кристаллизатор — это физические тела (предметы лабораторного оборудования), изготовленные из стекла.

б) Сера, медь, кислород, свинец, водород — это простые вещества.

в) Плавление серы, возгонка «сухого льда», испарение спирта, образование инея, растворение глюкозы в воде — это физические явления.

г) Горение магния, ржавление железа, разложение воды под действием электрического тока, «растворение» цинка в соляной кислоте, гниение древесины — это химические явления.

3*. а) 2Fe + 3Cl₂ = 2FeCl₃, N₂ + O₂ = 2NO — это уравнения реакций соединения.

Уравнения реакций, противоположные по типу – реакции разложения:

2Fe(OH)₃ = Fe₂O₃ + 3H₂O,

H₂SiO₃ = H₂O + SiO₂.

б) 2Mg + O₂ = 2MgO; 2KOH + H₂SO₄ = K₂SO₄ + 2H₂O — это уравнения экзотермических реакций.

Уравнения реакций, противоположные по типу – эндотермические реакции:

Сu(OH)₂ = CuO + H₂O,

N₂ + O₂ = 2NO.

4*. а) Кислород и озон – аллотропные модификации химического элемента кислорода, лишний – азот; кислород и азот – простые вещества, молекулы которых состоят из двух атомов, лишнее – озон, молекулы которого состоят из трех атомов; кислород и озон – химически активные вещества, лишнее – азот – инертен при обычных условиях.

б) Природный газ и нефть – природные источники углеводородов, лишнее – аммиак, являющийся неорганическим веществом; природный газ и нефть – смеси, лишнее – аммиак – чистое вещество; природный газ и аммиак – при обычных условиях находятся в газообразном состоянии, лишнее – нефть, которая представляет собой жидкость.

5. Можно выделить 6 групп солей:

1) хлориды: NaCl, CaCl₂, AlCl₃;

2) сульфаты: Na₂SO₄, CaSO₄, Al₂(SO₄)₃;

3) карбонаты: Na₂CO₃, CaCO₃, Al₂(CO₃)₃;

4) фосфаты: Na₃PO₄, Ca₃(PO₄)₂, AlPO₄;

5) нитраты: NaNO₃, Ca(NO₃)₂, Al(NO₃)₃;

6) сульфиды: Na₂S, CaS, Al₂S₃.

6. а) Оксиды: CaO, Fe₂O₃, SO₂; кислоты: HCl, HNO₃, H₂S; основания: NaOH, Fe(OH)₂, Cu(OH)₂; соли: BaSO₄, Na₂CO₃, Ca₃(PO₄)₂.

б) Соединения серы: оксид серы (VI), серная кислота, сульфат бария; соединения углерода: оксид углерода (IV), угольная кислота, карбонат кальция; соединения азота: оксид азота (V), азотная кислота, нитрат натрия; соединения фосфора: оксид фосфора (V), фосфорная кислота, фосфат калия.

7. Оксиды металлов: MgO, Fe₂O₃, CuO, Na₂O, Al₂O₃, CaO, FeO, K₂O; оксиды неметаллов: NO, P₂O₅, NO₂, N₂O₅, N₂O; несолеобразующие оксиды: NO, N₂O; кислотные оксиды: P₂O₅, NO₂, SO₃, N₂O₅; оксиды, в которых элемент имеет степень окисления +1: Na₂O, N₂O, K₂O; оксиды элементов главной подгруппы V группы: NO, P₂O₅, NO₂, N₂O₅, N₂O.

1 Звездочкой отмечены задания, к которым приведены возможные варианты ответа.