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

Развиваем мышление: учимся сравнивать

Что такое сравнение? Почему необходимо уметь сравнивать? Как сравнить объекты? Ответы на эти вопросы вы найдете, прочитав статью.

Что такое сравнение

Изучение любого объекта начинается с того, что мы отличаем его от других объектов и устанавливаем его сходство с родственными объектами, т. е. проводим сравнение.

Сравнение – это прием деятельности, состоящий в установлении признаков сходства (сопоставление) и различия между объектами (противопоставление).

Рассмотрим основные понятия, используемые в данном определении (объект, признаки, сходство, сопоставление, различие, противопоставление).

Объектами сравнения могут быть предметы реальной действительности, их признаки, а также факты, явления, события, процессы, приемы работы и способы выполнения заданий. При изучении химии объекты сравнения – это, например, химические элементы, атомы, молекулы, кристаллические решетки, вещества, классы соединений, химические реакции, химические понятия и теории, методы решения расчетных задач, операционный состав алгоритмов различных действий, а также способы учебной работы.

Признаки – это свойства объекта и отношения между данным объектом и другими объектами, по которым объект можно узнать, определить, описать. Признаками объекта также являются составные части объекта, их свойства и отношения между частями.

Каждый объект обладает определенными признаками или, как их часто называют в химии, свойствами. Например, перечислим некоторые физические свойства простого вещества кислорода: газ без цвета и запаха, малорастворим в воде, кипит при температуре –192,98 ºС, плавится при температуре –218,7 °С.

Различают существенные и несущественные признаки объектов. Свойство (признак) считают существенным для объекта, если оно присуще этому объекту и без него он не может существовать. Несущественные свойства – это такие свойства, отсутствие которых не влияет на существование объекта. Например, рассмотрим понятие «оксиды». Оксиды могут отличаться друг от друга по многим свойствам (цвету, агрегатному состоянию, молярной массе, химическим свойствам и т. д.), но у каждого из них имеются существенные признаки: 1) образованы только двумя химическими элементами; 2) содержат химический элемент кислород, степень окисления которого равна –2. Если вещество не соответствует хотя бы одному из этих признаков, то оно не будет относиться к классу оксидов. Например, хлорид натрия NaCl образован двумя химическими элементами (натрием и хлором), но в его состав не входит кислород, поэтому это не оксид. Пероксид водорода Н₂О₂ состоит из двух элементов, один из которых кислород, но степень окисления кислорода в этом соединении равна –1, поэтому это не оксид.

Сходство – наличие общего признака, т. е. признака присущего двум или более объектам.

Так простое вещество кислород сходно с водородом, азотом, хлором, аммиаком по агрегатному состоянию при комнатной температуре: все эти вещества – газы; кислород сходен с водородом, азотом, аммиаком по цвету – они бесцветны; кислород сходен с водородом и азотом по растворимости в воде – они малорастворимы в ней. Определяя вещества, с которыми кислород сходен, и находя у них общие свойства, мы проводим сопоставление.

Обратите внимание на то, что в каждом случае мы находим сходство кислорода с другими веществами по определенному признаку (агрегатное состояние, цвет, растворимость), который называют основанием для сравнения. Основаниями для сравнения являются такие существенные признаки (свойства, характеристики, параметры, условия, причины), по которым изучаемые объекты могут быть сопоставимы;

Сопоставление – форма сравнения, направленная на выделение существенных свойств, общих для ряда объектов.

Рассматриваемый нами кислород, конечно же, отличается от других веществ по разным признакам.

Различие – это наличие отличительного признака, т. е. признака, присущего только одному объекту сравнения.

Так простое вещество кислород отличается от аммиака по растворимости в воде, кислород отличается от хлора по цвету. Определяя объекты, имеющие отличительные признаки, мы проводим противопоставление.

Противопоставление – форма сравнения, направленная на уяснение отличительного в объектах при выделении существенных признаков.

Таким образом, противопоставление и сопоставление – это формы сравнения. В мыслительной деятельности они выполняются в единстве. В учебной деятельности эти формы сравнения чаще всего осуществляются последовательно и целенаправленно, и им необходимо специально учиться.

Почему же важно научиться сравнивать?

Сравнение как прием познавательной деятельности применяется очень широко. Его можно использовать при изучении нового материала, его осмыслении, уточнении, обобщении и систематизации, применении в различных условиях.

Установление сходства и различия есть одно из существенных условий познания человеком явлений и закономерностей, существенный этап в формировании научных понятий. С помощью сравнения выявляются, упорядочиваются и оцениваются качественные и количественные характеристики объектов, связи между ними, что позволяет глубже изучать учебный материал.

Сравнение связано со всеми приемами познавательной деятельности. Сравнить объекты друг с другом можно только на основе выделения отдельных частей и существенных свойств объектов, т. е. на основе анализа. Если вы умеете выделять главное, то и сравнивать научитесь значительно быстрее и на более высоком уровне. В тоже время сравнение приводит к нахождению общих существенных признаков объектов, поэтому неразрывно связано с обобщением и классификацией (об этих приемах мы расскажем в следующих номерах журнала).

На основе сравнения объектов могут быть сделаны умозаключения по аналогии, в которых из сходства двух объектов в одних признаках делается вывод о сходстве этих объектов в других признаках. Например, по аналогии можно предположить сходство свойств химических элементов одной подгруппы периодической системы Д. И. Менделеева и образуемых ими соединений на основе сходства в строении их электронных оболочек.

Чем существеннее черты сходства у сравниваемых объектов, тем большая вероятность справедливости выводов, сделанных по аналогии, и выше степень достоверности утверждений. Однако важно помнить, что в процессе аналогии получаются лишь вероятные знания, которые нужно проверить, т. е. аналогия не может приниматься за доказательство, а только как основа предположения, которое нуждается в проверке.

Сравнение и аналогия - исходные моменты при выдвижении научных гипотез.

Виды сравнения

По форме сравнения и числу оснований, по которым его проводят, выделяют четыре вида сравнения: неполное однолинейное сравнение, полное однолинейное сравнение, неполное комплексное сравнение, полное комплексное сравнение. Внимательно изучите характеристику каждого из них и примеры соответствующих заданий (табл. 1). Обратите внимание на текстовые выделения, сделанные в таблице:

• курсивом показана форма сравнения (сопоставление, противопоставление или полное сравнение, т. е. и сопоставление, и противопоставление);

• подчеркнут текст, показывающий по какому числу оснований проводится сравнение (одно основание – однолинейное сравнение, несколько оснований – комплексное сравнение).

Таблица 1

Виды сравнения

Внимательно прочитайте задания.

1. По каким свойствам можно отличить друг от друга чугун и сталь?

2. Перечислите общие химические свойства галогенов.

3. У какого химического элемента сильнее выражены неметаллические свойства: кремния или углерода?

4. Чем ковалентная полярная связь отличается от ковалентной неполярной связи?

5. Сравните строение, свойства и применение алмаза и графита.

6. Установите сходство и различия пероксида водорода и оксида водорода по составу?

7. Сравните реакцию цинка с соляной кислотой и реакцию цинка с концентрированной серной кислотой по всем известным вам признакам классификации химических реакций.

Определите для каждого из предложенных выше заданий тип сравнения, который в нем необходимо выполнить. Для того чтобы вам было легче справиться с этой работой, подчеркните прямой линией основание сравнения и волнистой линией форму сравнения (что нужно определить различия, сходство или провести полное сравнение).

Вы, наверное, обратили внимание на то, что почти во всех рассмотренных заданиях присутствуют слова сравнение, сходство, общие, различие и т. п. В них прием сравнения играет главную роль. Но во многих случаях он может быть и вспомогательным. Например, в заданиях, содержащих слова «докажите», «почему» главным будет прием доказательства, а остальные, в том числе выделение главного, сравнение будут играть вспомогательную роль. Например:

1. Почему озон можно использовать для обеззараживания воды, а кислород – нет?

2. Как разделить смесь, растертых в порошок мела и поваренной соли?

По способам осуществления различают сравнения параллельные, последовательные и отсроченные.

Чаще всего вы проводите сравнение того материала, который вы изучаете на определенном уроке. Этот вид сравнения называют параллельным сравнением. Вы осуществляете его, например, сравнивая строение, физические и химические свойства фтора, хлора, брома и иода при изучении темы «Галогены», целлюлозы и крахмала при изучении темы «Полисахариды». Параллельное сравнение необходимо для того, чтобы подчеркунть существенные общие свойства взаимосвязанных, рядоположных объектов, а также раскрыть их особенности.

Реже вы сравниваете новые объекты с раннее изученными, осуществляя последовательное сравнение. Последовательным, например, является сравнение химических свойств щелочных, щелочноземельных металлов и алюминия, которые изучаются одни за другим. Такой вид сравнения позволяет установить аналогии и закономерности в учебном материале.

При тематическом и итоговом повторении материала вы проводите отсроченное сравнение - сравнение объектов, значительно удаленных по времени изучения. В этом случае сравнение является одним из рациональных приемов заучивания и воспроизведения материала, обобщения и систематизации знаний. Например, сравнение химических свойств неорганических кислот и карбоновых кислот (органических соединений), сравнение химических свойств основных, кислотных и амфотерных оксидов.

Структура сравнения

Для того чтобы научиться сравнивать, необходимо знать требования, предъявляемые к объектам сравнения, содержание этого приема, целенаправленно использовать его при выполнении различных заданий.

Сравнивать можно только однородные объекты, относящиеся к одному и тому же классу. У сравниваемых объектов должно быть что-то общее. Например, можно сравнить азот и фосфор (элементы-неметаллы, находящиеся в одной группе в периодической системе), углерод и свинец (элемент-неметалл и элемент-металл, находящиеся в одной группе в периодической системе), натрий и магний (элементы-металлы, находящиеся в одном периоде в периодической системе). Сложнее сравнивать химический натрий и хлор (элемент-металл и элемент-неметалл). Практически бессмысленно сравнивать, например, простое вещество кислород и фотосинтез, химический элемент углерод и графит, ионную химическую связь и электролитическую диссоциацию.

Однако необходимо помнить, что вообще несравнимых объектов нет, всегда можно найти какой-нибудь параметр или признак, по которому можно сравнить кажущиеся несравнимыми объекты. Например, простое вещество кислород и фотосинтез сходны тем, что кислороду соответствует формула О₂, которая присутствует и в уравнении реакции фотосинтеза. Понятно, что эти признаки или параметры в данном случае будут несущественными. Таким образом, если сравнивать объекты по каким-нибудь несущественным признакам, то, как правило, ничего позитивного от такого сравнения получить не удастся.

Несложные объекты, факты сравнивать легче, чем качества, признаки, процессы или категории. Поэтому учиться сравнивать лучше начинать с двух объектов (например, сравнивать ковалентную полярную связь и ковалентную неполярную связь), а затем постепенно увеличивать их число (например, сравнивать виды химической связи – ковалентную, ионную, металлическую).

Необходимо знать содержание приема сравнения, т. е последовательность составляющих его действий. Вам уже известно, что сравнение бывает простым и комплексным. Алгоритмы проведения этих видов сравнения различаются. Внимательно изучите их.

Алгоритм простого сравнения

1. Определить, для чего должно быть проведено сравнение, какова его цель.

2. Выделить существенные признаки каждого из сравниваемых объектов, используя анализ, в соответствии с поставленной целью и указанным основанием сравнения.

3. Установить сходство и (или) различия по каждому указанному основанию – провести сопоставление и (или) противопоставление.

4. Сформулировать вывод сравнения.

Алгоритм комплексного сравнения

1. Определить, для чего должно быть проведено сравнение, какова его цель.

2. Выделить существенные признаки каждого из сравниваемых объектов, используя анализ.

3. Определить возможные основания сравнения в соответствии с поставленной

целью и выявленными признаками.

4. Установить сходство (общие признаки) по каждому основанию (сопоставление).

5. Установить различие (особенные признаки) по каждому основанию (противопоставление)¹.

6. Сформулировать вывод сравнения по каждому основанию.

При изучении определенных объектов третий пункт второго алгоритма может детализироваться. В таблице 3 приведены основания сравнения, которые можно использовать при проведении сравнения некоторых объектов, изучаемых в курсе химии.

Таблица 2

Основания для сравнения объектов, изучаемых в курсе химии

Очень важным при проведении сравнения является составление таблиц, которые наглядны и помогают сформулировать вывод. Таблицы, соответствующие каждому из видов сравнения, будут различны по структуре. Приведем примеры таких таблиц (табл. 3–8), которые помогут вам при выполнении различных заданий на сравнение по любому учебному предмету.

Таблица 3

Неполное (противопоставление) однолинейное сравнение

Таблица 4

Неполное (сопоставление) однолинейное сравнение

Таблица 5

Полное однолинейное сравнение

Таблица 6

Неполное (противопоставление) комплексное сравнение

Таблица 7

Неполное (сопоставление) комплексное сравнение

Таблица 8

Полное комплексное сравнение

Рассмотрим пример выполнения задания на сравнение с использованием таблицы.

Укажите отличие в строении электронной оболочки атомов фтора по сравнению с атомами хлора.

Решение.

1. В данном задании, как, пожалуй, в большинстве заданий на сравнение, цель не указана. Сформулируем ее. Строение электронной оболочки атомов определяет свойства химических элементов,

2. Определяем вид сравнения, которое необходимо провести. В задании требуется установить только отличие, т. е. провести противопоставление, следовательно, это неполное сравнение; указано только одно основание сравнения (строение электронной оболочки), следовательно, это однолинейное сравнение. Таким образом, выбираем таблицу 3.

3. Указываем в первой колонке таблицы 9 объекты сравнения: электронные формулы атомов фтора и хлора, которые показывают строение их электронных оболочек.

4. Выделяем различия в строении сравниваемых электронных оболочек атомов фтора и хлора и заполняем вторую колонку таблицы 9.

5. Формулируем вывод и заполняем последнюю колонку таблицы 9.

Таблица 9

Сравнение строения электронных оболочек атомов фтора и хлора

Элементы, принадлежащие к одной подгруппе, обладают сходством в свойствах, в основе которого лежит одинаковый тип валентных орбиталей, заполняющихся электронами.

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

Задания для самостоятельного выполнения

Задание 1. Заполните таблицу 2 примерами веществ и признаками, по которым эти вещества различаются.

Таблица 10

Задание 2. Назовите как можно больше веществ-аналогов, сходных с приведенными веществами по различным существенным признакам.

а) кальций; б) оксид углерода (IV).

Запишите аналоги, систематизировав их по группам в зависимости от того, с учетом какого признака заданного вещества они подбирались.

Задание 3. Назовите как можно больше аналогов, сходных с приведенными уравнениями реакций по различным существенным признакам.

а) 2Al + O₂ = 2Al₂O₃; б) Ca + 2H₂O = Ca(OH)₂ + H₂.

Запишите аналоги, систематизировав их по группам в зависимости от того, с учетом какого признака заданного уравнения реакции они подбирались.

Задание 4. В каждом задании имеется две пары слов. Между словами первой и второй пар существует одинаковая смысловая связь. Составьте вторую пару слов (слов и обозначений), выбрав второе слово (обозначение) из тех, которые записаны в скобках. Поясните, почему одна пара похожа на другую.

а) кислород — озон

сера — (самородная сера, сульфидная сера, пластическая сера);

б) алюминий — провод

гипс — (алебастр, вещество, гипсовая повязка);

в) вода — испарение

сера — (демеркуризация, плавление, горение);

г) кислород — фотосинтез

сероводород — (горение, гниение, растворение).

Задание 5. Подберите к первой формуле второй пары формулу из скобок так, чтобы между формулами в обоих парах была бы одинаковая смысловая связь. Поясните, почему одна пара похожа на другую.

а) K₂O — KOH

CO₂ — (CaCO₃, CO, H₂CO₃);

б) Cu(OH)₂ — CuO

Fe(OH)₂ — (FeCl₂, Fe₂O₃, FeO);

в) CO₂ — H₂CO₃

N₂O₅ — (NaNO₂, HNO₃, HNO₂);

Задание 6. Дан ряд формул, который составлен по определенному правилу. Догадайтесь, в чем состоит это правило, и допишите недостающие формулы.

а) Na₂O, MgO, Al₂O₃, ..., ..., ..., ...;

б) BeO, MgO, CaO, ..., ... .

***

Завершая статью, хочется отметить, что умение сравнивать пригодиться вам при решении не только учебных задач, но и многих вопросов в повседневной жизни. Например:

1. Какое средство лучше использовать для чистки кухонной плиты?

2. Что лучше: прочитать статью по определенному вопросу в химической энциклопедии или найти необходимую информацию в Интернете?

3. Продолжить обучение в 10–11 классах или пойти учиться в среднее специальное учебное заведение?

4. Какую профессию выбрать?

Ответы

Задание 1. Заполните таблицу 2 примерами веществ и признаками, по которым эти вещества различаются.

Таблица 11

Задание 2. Возможные варианты ответа. а) Элементы-металлы: натрий, магний, железо; элементы IIА группы: бериллий, магний, барий; элементы 4-го периода: калий, скандий, медь, цинк, бром.

б) Кислотные оксид: оксид азота (III), оксид серы (IV), оксид марганца (VII); оксиды, в которых степень окисления элемента равна +4: оксид серы (IV), оксид кремния (IV), оксид свинца (IV); вещества, имеющие молекулярную кристаллическую решетку: кислород, оксид серы (VI), глюкоза; газообразные при обычных условиях вещества: аммиак, сероводород, метан; .

Задание 3. Возможные варианты ответа.

а) Реакции соединения: C + O₂ = CO₂, CaO + H₂O = Ca(OH)₂; экзотермические реакции: CH₄ + 2O₂ = CO₂ + 2H₂O, HCl + NaOH = NaCl + H₂O; реакции, характеризующие свойства кислорода: S + O₂ = SO₂, CH₄ + 2O₂ = CO₂ + 2H₂O; реакции, характеризующие свойства алюминия: Al + 3Cl₂ = AlCl₃, 2Al + 6H₂O = 2Al(OH)₃ + 3H₂.

б) Реакции замещения: Zn + 2HCl = ZnCl₂ + H₂, Fe + CuSO₄ = Cu + FeSO₄; реакции, характеризующие химические свойства кальция: Ca + S = CaS, 2Ca + 2WO₃ = 2W + 3CaO; реакции воды с металлами: 2Al + 6H₂O = 2Al(OH)₃ + 3H₂, 2Na + 2H₂O = 2NaOH + H₂; реакции, в которых образуется водород: 2H₂O = 2H₂ + O₂, 2H₂O₂ = 2H₂O + O₂.

Задание 4. а) Пластическая сера (химический элемент – аллотропное видоизменение);

б) гипсовая повязка (вещество – тело, изготовленное из этого вещества);

в) плавление (вещество – физическое явление, происходящее с веществом);

г) гниение (вещество – процесс, в результате которого это вещество образуется в природе).

Задание 5. а) H₂CO₃ (оксид – соответствующий ему гидроксид);

б) FeO (гидроксид – соответствующий ему оксид);

в) HNO₃ (оксид – соответствующий ему гидроксид).

Задание 6. а) Высшие оксиды элементов 3-го периода: Na₂O, MgO, Al₂O₃, SiO₂, P₂O₅, SO₃, Cl₂O₇.

б) Высшие элементы IIА группы: BeO, MgO, CaO, SrO, BaO.

1 Что нужно устанавливать сначала: сходство или различие? Исследования психологов показывают, что человек сначала сопоставляет объекты, а с целью дифференциации объектов устанавливаем отличия.