"Роль эксперимента в преподавании химии"

Министерство образования и науки Нижегородской области

Государственное бюджетное образовательное учреждение

«Нижегородский автомеханический техникум»

(ГБПОУ «НАМТ»)

Методическая разработка

«Роль эксперимента в преподавании химии»

Разработал преподаватель__________Т.В. Скрылева

Рассмотрено и утверждено на заседании

цикловой комиссии математических

и естественнонаучных дисциплин

Протокол №____ от______2018г.

Председатель комиссии______________Т.И.Кабалина

г. Нижний Новгород

2018г

“Ни одна наука не нуждается в эксперименте

в такой степени как химия. Ее основные законы,

теории и выводы опираются на факты.

Поэтому постоянный контроль

опытом необходим”.

Майкл Фарадей

Одна из задач современной школы — формирование ключевых компетенций учащихся через экспериментальную и исследовательскую деятельность.

Химия является наукой теоретически-экспериментальной. Поэтому в процессе её изучения важнейшим методом является эксперимент как средство получения конкретных представлений и прочных знаний. При экспериментальном решении химических задач предусматривается самостоятельное применение умений учащихся проводить химические опыты для приобретения знаний или подтверждения предположений. Так обеспечивается развитие их познавательной деятельности в процессе выполнения химического эксперимента.

Химия-наука экспериментальная. Поэтому обучение этой дисциплине невозможно без использования химического эксперимента. Проведение химического эксперимента на уроках химии также предусмотрено и ФГОС. Требования к предметным результатам освоения курса включают:

- владение основными методами научного познания, используемыми в химии: наблюдением, описанием, измерением, экспериментом;

-умение обрабатывать, объяснять результаты проведенных опытов и делать выводы; готовность и способность применять методы познания при решении практических задач;

-формирование у учащихся умений работать с химическими веществами;

-применять полученные знания и умения для безопасной работы с веществами в лаборатории, быту и на производстве.

Для экспериментов о характерны три основные функции:

1. познавательная, потому что он важен для усвоения учащимися основ химии, постановки и решения практических проблем, выявления значения химии в современной жизни;

2. воспитывающая, потому что он способствует формированию научного мировоззрения школьников, а также важен для ориентации школьников на соответствующие профессии;

3. развивающая, поскольку он служит для приобретения и совершенствования общенаучных и практических умении и навыков.

Есть и другие функции: Эвристическая функция химического эксперимента проявляется в установлении новых
а) фактов; б) понятий и в) закономерностей.

а) В качестве примера можно привести реакцию взаимодействия газообразного водорода с оксидом меди(II). Наблюдая данную демонстрацию, обучающиеся устанавливают, что водород при определенных условиях может реагировать с оксидами металлов, восстанавливая металл до простого вещества.

б) Химический эксперимент обладает большими потенциальными возможностями для формирования новых понятий. Например, при изучении темы «Неметаллы» преподаватель демонстрирует способ получения кислорода из пероксида водорода. Для ускорения процесса разложения пероксида водорода в пробирку вводится диоксид марганца. После завершения реакции учитель дает определение катализатора.

в) Особенно ярко функция выявления зависимостей и закономерностей проявляется при изучении темы «Закономерности протекания химических реакций». Демонстрационный эксперимент позволяет выявить зависимость скорости химической реакции от природы реагирующих веществ, концентрации, поверхности соприкосновения реагирующих веществ и т.д.

Корректирующая функция химического эксперимента проявляется в преодолении трудностей освоения теоретического материала и исправлении ошибок обучающихся. Очень часто обучающиеся считают, что при взаимодействии растворов хлороводорода и серной кислоты с медью выделяется водород. Для исправления таких ошибок полезно продемонстрировать следующий опыт. В пробирки с соляной кислотой и раствором серной кислоты прибавляют кусочки меди. Учащиеся наблюдают, что при обычных условиях и при нагревании водород не выделяется.

Обобщающая функция химического эксперимента позволяет выработать предпосылки для построения различных типов эмпирических обобщений. С помощью серии опытов можно сделать обобщенный вывод, например, о принадлежности различных классов веществ к электролитам.

Исследовательская функция химического эксперимента наиболее ярко проявляется в проблемном обучении. Одним из путей осуществления данного способа организации проблемного обучения является постановка исследовательских заданий. Так, при изучении свойств щелочных металлов можно предложить следующее задание: «Выявить роль воды в реакциях взаимодействия щелочных металлов с растворами различных солей». Для создания проблемной ситуации учитель может предложить проблемный вопрос: «Каким образом будет происходить реакция между литием и раствором сульфата меди (II)?» При проведении эксперимента и дальнейшем анализе его результатов учащиеся приходят к пониманию сущности протекающих процессов. Почему при обработке раны 3% р-ром пероксида водорода наблюдается вспенивание?

Таким образом, экспериментальный метод обучения с применением эффективных способов организации проблемного обучения обеспечивает наиболее высокий уровень познавательной самостоятельности учащихся.

Формы экспериментов

Обычно учебные опыты, выполняемые на уроках химии, подразделяют в зависимости от субъекта их проведения на демонстрационные, лабораторные опыты и практические работы (лабораторные работы). Демонстрационный эксперимент выполняется преподавателем или обучающимся для всеобщего обозрения всех учащихся в классе: один проводит опыт, остальные наблюдают за ходом процесса. В практике обучения химии традиционно принято деление химического эксперимента на демонстрационный, осуществляемый учителем, и ученический, выполняемый школьниками. Цель демонстрационного эксперимента: формирование у учащихся понятий химической науки и умений наблюдать. Демонстрационные опыты – необходимый вид эксперимента. Он используется в следующих случаях:

• когда учащиеся, особенно на первых этапах обучения, не владеют в достаточной мере техникой выполнения опытов;

• когда по условиям техники безопасности учащимся запрещено использование некоторых веществ (брома, перманганата калия в твердом виде и др.);

• когда техническое оснащение опыта сложно для учащихся или отсутствует соответствующее оборудование в достаточном количестве;

• когда отдельные лабораторные опыты заменяются демонстрационными в целях экономии времени;

• когда по внешнему эффекту и убедительности демонстрация превосходит опыт, выполняемый учениками.

Основное требование ко всякому химическому опыту – это требование полной безопасности его для учащихся.

Преподаватель отвечает за несчастный случай и морально, и юридически. Поэтому предварительная проверка опытов и соблюдение всех требований по технике безопасности обязательны для всех работающих в химическом кабинете. Основной гарантией безопасности демонстрационных опытов является высокая техническая грамотность преподавателя, вооруженного надлежащими навыками по технике безопасности.

Методика проведения демонстрационных опытов

1. Постановка цели опыта: для чего проводится данный опыт, в чем должны убедиться обучающиеся, что понять.

2. Описание прибора, где проводится опыт, и условий его проведения.

3. Организация наблюдений: преподаватель должен сориентировать обучающихся за какой частью прибора должны вестись наблюдения.

4. Выводы.

Примеры демонстрационных опытов. Тема: Скорость химических реакций.

- Примеры необратимых реакций, идущих с образованием осадка, газа или воды.

- Зависимость скорости реакции от природы реагирующих веществ.

- Взаимодействие растворов серной кислоты с растворами тиосульфата натрия различной концентрации и температуры.

Тема: Общие сведения о неметаллах

Вытеснение менее активных галогенов из растворов их солей более активными галогенами.

Лабораторные опыты выполняются всеми обучающимися в группе во время объяснения преподавателя. Эти опыты должны быть простыми, непродолжительными по времени (2-3 мин) и безопасными в проведении. Дидактическая цель лабораторных опытов состоит в приобретении новых знаний, так как они проводятся при изучении нового материала и экспериментальном подтверждении теоретических положений.

По форме организации лабораторные опыты: 1) индивидуальные, 2) групповые, 3) коллективные.

Оформление результатов опытов следует вести в рабочих тетрадях. Примеры лабораторных опытов. Тема: Классификация органических веществ.

Изготовление моделей молекул органических веществ

Тема: Природные источники углеводородов

Ознакомление с коллекцией образцов нефти и продуктов ее переработки.

Практические работы (лабораторные работы) – это эксперимент по изучению определенной темы, выполняемый обучающимися под руководством преподавателя в течение всего урока.

Цель практических работ: закрепление и совершенствование теоретических знаний, формирование и совершенствование практических умений и навыков.

Практические занятия – сложный вид урока. Опыты учащиеся выполняют парами по инструкции. Преподавателю нужно вести наблюдение за всем классом, корректировать действия обучающихся. После выполнения опытов каждый студент оформляет отчет по форме. Практические работы обычно проводятся в конце изучения темы. Практические работы (занятия) бывают двух видов: проводимые по инструкции и экспериментальные задачи.

Инструкция является ориентировочной основой деятельности обучающихся. В ней подробно в письменном виде должен быть изложен каждый этап выполнения опытов, даны указания как избежать возможных ошибочных действий, указания по технике безопасности к данной работе. Инструкция - это ориентировочная основа деятельности учащихся. Инструкции к лабораторным опытам и практическим заданиям должны быть четкими, последовательными. Однако при выполнении работы одной письменной инструкции недостаточно, учителю необходимо грамотно и четко показывать лабораторные приемы и манипуляции в процессе предварительной подготовки учащихся к практической работе.

Лабораторная работа «Получение, собирание и распознавание газов»

Опыт «Получение, собирание и распознавание аммиака».

Подготовьте прибор для получения газа. Проверьте его на герметичность, насухо вытрите газоотводную трубку. Поместите смесь хлорида аммония и гидроксида кальция в пробирку. При этом пробирка должна быть занята смесью не более, чем на ¼ ее объема. Закройте пробирку пробкой с газоотводной трубкой и закрепите в лапке штатива. Пробирка должна быть закреплена с небольшим наклоном: отверстие чуть ниже донышка. Прогрейте пробирку, затем нагревайте только ту ее часть, в которой находится смесь веществ. Выделяющийся газ соберите в сухую пробирку. Наполнение пробирки газом контролируйте с помощью влажной индикаторной (лакмусовой или фенолфталеиновой) бумажки. После того, как пробирка будет заполнена аммиаком, снимите ее с газоотводной трубки и плотно закройте пробкой. Напишите уравнение реакции получения аммиака.

Опустите пробирку с аммиаком в кристаллизатор с водой так, чтобы отверстие пробирки было под водой, а донышко – над водой. Выньте пробку из пробирки (под водой!!!) и слегка покачайте пробирку. После того, как убедитесь, что аммиак растворился в воде (как вы это увидите?), закройте пробирку пробкой (под водой!) и поставьте в штатив для пробирок. К полученному раствору аммиака добавьте 1-2 капли раствора фенолфталеина. Напишите уравнение реакции аммиака и взаимодействия аммиака с водой

Экспериментальные задачи не содержат инструкции, а только условие. обучающиеся должны самостоятельно разработать план решения и осуществить его на практике, получив тем самым определенный материальный результат. Подготовка к решению экспериментальных задач проводится поэтапно. Сначала задачи решают всем классом теоретически. Затем ученик проводит эксперимент. После этого класс приступает к выполнению аналогичных задач на рабочем месте. Практическое занятие, посвященное решению экспериментальных задач, - разновидность контрольной работы, поэтому его проводят несколько иначе, чем практическое занятие по инструкции.

Подготовку учащихся к решению экспериментальных задач можно проводить поэтапно.

1. Сначала весь класс решает задачу теоретически. Для этого необходимо проанализировать условие задачи, сформулировать вопросы, на которые нужно дать ответы для получения окончательного результата, предложить опыты, необходимые для ответа на каждый вопрос.

2. Один из учащихся решает задачу теоретически у доски.

3. Учащийся у доски выполняет эксперимент. После этого класс приступает к решению аналогичных задач на рабочих местах.

Экспериментальные задачи целесообразно распределять по вариантам, чтобы добиться большей самостоятельности и активности учащихся в процессе работы.

Лабораторная работа «Реакции обмена между растворами электролитов, идущие до конца»

Опыт «Распознавание неорганических веществ»

В выданных вам пробирках находятся три вещества: cульфат калия, нитрат бария, карбонат калия. Определите в какой пробирке находится каждая соль?

Напишите уравнения химических реакций в молекулярной и ионной формах

Домашний эксперимент является одним из видов самостоятельной работы, имеющий большое значение как для развития интереса к химии, так и для закрепления знаний и многих практических умений и навыков.

Цель: способствовать развитию интереса к предмету и более осознанному усвоению научных знаний

При выполнении домашних опытов ученик выступает в роли исследователя, который должен самостоятельно решать стоящие перед ним проблемы. Поэтому важна не только дидактическая ценность этого вида ученического эксперимента, но и воспитывающая, развивающая.

С первых уроков изучения химии необходимо нацелить учащихся на то, что они будут выполнять опыты не только в школе, но и дома. В домашний эксперимент включают опыты, для выполнения которых не нужны сложные установки и дорогие реактивы. Используемые реактивы должны быть безопасными и приобретаться в хозяйственных магазинах или аптеках. Однако и при использовании этих реактивов необходима консультация преподавателя.

Предлагаемые опыты могут носить разнообразный характер. Одни связаны с наблюдением явлений (сливание растворов соды и уксуса), другие – с разделением смеси веществ, при постановке третьих нужно объяснить наблюдаемые явления, используя свои знания по химии. Включаются и экспериментальные задачи, при выполнении которых обучающиеся не получают от преподавателя готовых инструкций по технике выполнения опыта, например экспериментально доказать наличие солей в питьевой воде.

Помимо исследовательской работы в виде домашних заданий существует и внеурочная исследовательская деятельность. Внеурочная исследовательская деятельность учащихся может быть представлена следующими формами участия в ней школьников: школьное НОУ; олимпиады, конкурс проектная деятельность; интеллектуальные марафоны; научно-исследовательские конференции различной направленности; факультативы, курсы по выбору, элективные курсы; экзаменационные работы

Исследовательская работа возможна и эффективно только на добровольной основе, как и всякое творчество. Поэтому тема научного исследования должны быть: интересна учащемуся, увлекательна для него; выполнима; оригинальна (в ней необходим элемент неожиданности, необычности), доступна; должна соответствовать возрастным особенностям учащихся.

Учебно-исследовательская деятельность способствует: развитию интереса, расширению и актуализации знаний по предмету, развитию представлений о межпредметных связях; развитию интеллектуальной инициатив созданию предпосылок для развития научного образа мышления; освоению творческого подхода к любому виду деятельности; обучению информационным технологиям и работе со средствами коммуникации; получению предпрофессиональной подготовки; содержательной организации свободного времени детей.

В познавательном отношении химический эксперимент можно разделить на две группы:

1. Познавательный эксперимент, который дает учащимся знания об изучаемом предмете (например, опыты, характеризующие химические свойства веществ).

2. Наглядный эксперимент, подтверждающий объяснения учителя.

Познавательные опыты по значению можно разделить на следующие группы:

1. Опыты, являющиеся отправным источником познания свойств веществ, условий и механизма протекания химических реакций. Выполнение таких опытов связано с постановкой и решением вопросов проблемного характера, а выводы из наблюдений выступают как обобщения, правила, определения, закономерности и т.д.

2. Опыты, познавательное значение которых состоит в подтверждении или отрицании высказанной гипотезы. Обобщенные выводы из таких опытов помогают решать фундаментальные вопросы о школьном курсе химии, например, вопрос о генетической связи между классами химических соединений и т.п.

3. Опыты, иллюстрирующие выводы и заключения, сделанные на основе изучения теоретических положений.

4. Опыты, совершенствующие выводы и закрепляющие знания учащихся о свойствах веществ и их превращениях.

5. Опыты, познавательное значение которых на данной ступни имеет косвенный характер (примеры химических превращений без раскрытия сущности процессов).

6. Контрольно-проверочные опыты и экспериментальные задачи. Их познавательное значение для учащихся выражается в элементах самоконтроля.

Формы проведения экспериментов

Само собой разумеется, что каждый вид учебного химического эксперимента имеет свои определенные цели и особенности исполнения. Демонстрационные опыты по химии могут проводиться:

- в виде натуральных процессов или реакций;

-в виде имитационных опытов, когда одни вещества с целью большей безопасности, наглядности и экономичности заменяются другими;

- в виде мультимедиа-эксперимента, те есть показа опытов по телевизору, с помощью кинопроектора или компьютера.

К сожалению, сегодня, в период бурного внедрения в учебный процесс информационно-коммуникационных технологий, реальный химический эксперимент все чаще стал подменяться виртуальным. Это происходит из-за отсутствия у педагога времени на подготовку эксперимента, приготовления необходимых растворов. Конечно, проще и быстрее показать любой химический опыт в записи, чем продемонстрировать его самому или организовать его выполнение обучающимися.

Цель виртуального эксперимента: показать на экране такие явления, которые в натуральном виде могут быть опасны,

протекают длительно во времени, требуют особого оборудования и т.д

Реальный химический эксперимент – источник знания о веществе и химической реакции – важное условие активизации познавательной деятельности учащихся, воспитания интереса к предмету. Даже самое яркое изображение на экране не заменит реального опыта, так как учащиеся должны сами наблюдать и изучать явления.

Наглядность, выразительность опытов – это первое и основное требование к эксперименту.

Кратковременность опытов – это второе требование к эксперименту.

Убедительность, доступность, достоверность – это третье требование к эксперименту.

Обязательно очень важное требование – безопасность выполняемых опытов. В кабинете химии есть стенд с правилами техники безопасности, которые нужно строго соблюдать.

Вполне очевидно, что необоснованная подмена реального химического эксперимента виртуальным идет вразрез с практико-ориентированным подходом в обучении химии, лишает учащихся возможности получить объективные данные о свойствах веществ, формирования навыков работы с веществами, умения планировать и проводить химический эксперимент, позволяющий проверять теорию практикой.

Химические эксперименты можно применять на различных этапах процесса обучения: - при изучении нового материала;

- при совершенствовании знаний;

- при обобщении и повторении;

- при закреплении или контроле знаний.

Химический эксперимент – уникальная возможность развития в мышлении обучающихя способностей к анализу, синтезу, конкретизации, обобщению и систематизации нового учебного материала и, как следствие, формирования в сознании субъекта учебно-познавательной деятельности осмысленной им стройной конструкции химической картины мира.

Овладение исследовательскими умениями (ставить цель, выявлять проблему, планировать действия по ее решению, делать умозаключения) способствует формированию личностных качеств, необходимых для успешной социализации в современном мире.

Литература:

1. Денисова В. Г. Химия 11 класс. Поурочные планы по учебнику О. С. Габриеляна, Г. Г. Лысовой (профильный уровень)

2. Сурин Ю.В., Балезина С.С. Проблемный эксперимент при изучении гидролиза солей в ХI классе. Химия в школе, 1990, № 3, с. 39–40;

3. Гликман И.З. «Подготовка к творчеству: учебное исследование школьников» - статья

4. Киселева Е.В. «Экспериментальная химия в системе проблемно-развивающего обучения» Волгоград: Издательство «Учитель», 2015. – 107 стр.

5. Развитие исследовательской деятельности учащихся. Методический сборник. — М.: Народное образование, 2001. — 272 стр.

6. Гара Н.Н. «Школьный практикум» - М.: «Дрофа», 1999

7. http://him/1 septembar.ru