О формировании исследовательских навыков на уроках химии

Одной из важнейших задач учителя является развитие мыслительных спо­собностей учащихся (что не менее важ­но, чем простое приобретение знаний и навыков), которое возможно только в процессе самостоятельного творческого поиска новых знаний и способов дея­тельности, т. е. при решении проблем, возникающих в ходе исследования, I организованного учителем.

Как показывает опыт, учебно-иссле­довательская деятельность способствует:

•  расширению и актуализации у учащихся знаний по предметам школь­ной программы, развитию у них интере­са к изучаемым дисциплинам, а также представлений о межпредметных связях;

•    развитию интеллектуальной ини­циативы школьников в процессе освое­ния основных и дополнительных обра­зовательных программ;

•    созданию предпосылок для развития у учащихся научного образа мышления;

•    освоению ими творческого подхо­да к любому виду деятельности;

•    обучению использовать в своей дея­тельности информационные технологии, а также другие средства коммуникации;

•    формированию в учреждении об­разования развивающей образователь­ной среды для ребёнка;

•    профессиональному самоопределе­нию учащихся;

•    получению ими предпрофеесиональной подготовки;

•    содержательной организации сво­бодного времени детей.

При осуществлении исследователь­ской деятельности на основании эксперимента   предполагаются   следующие этапы общенаучной деятельности:

•    постановка цели эксперимента, определяющая, какой результат наме­рен получить экспериментатор в ходе исследования;

•    формулировка и обоснование гипо­тезы, которую можно положить в осно­ву эксперимента. Гипотеза — это сово­купность теоретических положений, ис­тинность которых подлежит проверке;

•    планирование эксперимента, ко­торое проходит в следующей последо­вательности: 1) составление плана про­ведения эксперимента и при необходи­мости изображение конструкции при­бора; продумывание работы после оконча­ния эксперимента (утилизация реакти­вов, особенности мытья посуды и т. д.); 2) отбор лабораторного оборудования и реактивов; 3) выявление источника опасности (описание мер предосторож­ности при выполнении эксперимента); 4) выбор формы оформления результа­тов эксперимента;

•    осуществление эксперимента, фиксация наблюдений и измерений;

•  анализ, обработка и объяснение результатов эксперимента, которые пре­дусматривают: 1) математическую обра­ботку результатов эксперимента (при необходимости); 2) сравнение результа­тов эксперимента с гипотезой; 3) объяс­нение протекающих процессов в экспе­рименте; 4) формулировку выводов;

•    рефлексия — осознание и оценка эксперимента на основе сопоставления цели и результатов, в ходе которого не­обходимо выяснить, все ли операции по выполнению  эксперимента  были  ус­пешными.

Особую группу составляют задания эвристического и исследовательского характера. Выполняя их, учащиеся ис­пользуют рассуждения как средство по­лучения субъективно нового знания о веществах и химических реакциях. При этом школьники осуществляют теорети­ческие исследования, на основе которых они формулируют определения, находят взаимосвязи между строением и свой­ствами, генетическую взаимосвязь ве­ществ, систематизируют факты и уста­навливают  закономерности,  проводят эксперимент с целью разрешения про­блемы, сформированной учителем или поставленной самостоятельно.

Например, при изучении свойств амфотерных гидроксидов можно предложить такое задание: «Будет ли оди­наков результат взаимодействия раство­ров гидроксида натрия и хлорида алю­миния при добавлении первого ко вто­рому и наоборот?»

При изучении темы «Обобщение свойств основных классов неорганичес­ких веществ» можно предложить уча­щимся ответить на вопрос: «Что про­изойдёт, если к раствору сульфата меди(П) добавить раствор гидроксида на­трия, а к раствору карбоната натрия — гидроксид калия?»

По теме «Галогены» интерес могут вызвать вопросы:

1. Какой цвет приобретёт индика­торная бумажка в свежеприготовлен­ном растворе хлора в воде?

2. Какой цвет будет иметь индикатор­ная бумажка в растворе хлора, который некоторое время находился на свету?

Ответы на эти вопросы подтвержда­ются опытным путём.

Практика показывает, что использо­вание творческих заданий, которые заключаются в прогнозировании свойств веществ, способствует формированию исследовательских умений, стимулиру­ет интерес, позволяет познакомить уча­щихся с достижениями учёных, уви­деть красивые, изящные яркие примеры работы творческой мысли.

        При изучении темы «Углеводы» уче­ники могут выполнить следующие за­дания:

1. Немецкий химик Христиан Шёнбейн нечаянно пролил на пол смесь серной и азотной кислот. Он маши­нально вытер пол хлопчатобумажным фартуком своей жены. «Кислота может поджечь фартук», — подумал Шёнбейн, прополоскал фартук в воде и по­весил сушить над печкой. Фартук под­сох, но затем раздался негромкий взрыв и ... фартук исчез. Почему про­изошёл взрыв?

2. Что произойдёт, если долго же­вать хлебный мякиш?

В результате выполнения лаборатор­ного опыта № 3 (7 класс)  «Изучение признаков протекания химической реак­ции (выделение газа)» учащиеся долж­ны убедиться, что главным признаком при взаимодействии мела и уксусной кислоты является выделение газа. Одна­ко более наблюдательные ученики мо­гут отметить и другой признак: раство­рение твёрдого вещества мела в уксус­ной кислоте. Для закрепления результа­тов опыта учащимся можно предложить ответить на вопросы:

1.  Где в домашних условиях мы встречаемся с подобным признаком ре­акции?

2.  Какое вещество можно использо­вать вместо уксуса при приготовлении шипучих напитков?

В лабораторном опыте № 6 (7 класс) «Взаимодействие кислот с металлами» ученики получают экспериментальное подтверждение ряда активности метал­лов и лабораторного способа получения водорода. Можно предложить им найти ответы на следующие вопросы:

1.  Какие ещё металлы можно ис­пользовать для получения водорода из кислот?

2.  Почему для получения водорода нельзя использовать ртуть?

При изучении темы «Белки» уча­щимся можно поставить следующий вопрос: «Почему нельзя сушить обувь из натуральной кожи на батарее цент­рального отопления?»

Чтобы ответить на вопрос, ученики составляют план поиска ответа:

а) белковый состав кожи;

б) структура молекулы белка;

в) влияние температуры на структу­ру белка.

Затем находят ответ: «Высокая тем­пература, вызывая денатурацию и деструктурирование белка, приводит к из­менению прочности и размера обуви».В работе также можно использовать проблемный демонтрационный экспери­мент, например: испытание веществ и их растворов на электропроводимость; реакция солей аммония со щелочами; нейтрализация кислот аммиаком («дым без огня»); взаимодействие металлов с растворами солей; отношение алюминия к азотной концентрированной кислоте; реакция этилена с бромной водой и ра­створом перманганата калия; амфотер-ностй гидроксида алюминия; реакция глицерина с гидроксидом меди(П) и др.

Эксперимент можно включать либо на этапе формулировки, либо на этапе реше­ния проблемы. В последнем случае опыт подтверждает (или не подтверждает) вы­двинутую учащимися гипотезу, а пробле­ма определяется с помощью других спо­собов и методов. В этом случае особую роль играет мысленный эксперимент, ко­торый развивает абстрактное мышление. К ним относятся задания, в которых не­обходимо получить конкретное вещество из предложенных; получить его несколь­кими способами; мысленно перебрать все характерные и качественные реакции, свойственные данному классу веществ; выявить генетическую связь между клас­сами неорганических веществ. Пренебре­гать мысленным экспериментом нельзя, его можно проводить на всех этапах уро­ка в форме групповой, фронтальной или индивидуальной работы.

Например, на уроке по теме «Галоге­ны и их соли» на этапе закрепления ма­териала вместо репродуктивного вопроса о цветах галогенидов серебра можно предложить мысленный эксперимент на распознавание растворов галогенидов.

При изучении темы «Электролити­ческая диссоциация» традиционное эк­спериментальное определение электрической проводимости веществ с помощью прибора начинается с мысленного! эксперимента. После этого проводится   '

демонстрационный эксперимент. Уча­щиеся сравнивают и анализируют ре­зультаты, выполняют в тетрадях рисун­ки и схемы, записывают уравнения ре­акции электролитической диссоциации. Примеры заданий мысленного экс­перимента:

1.  В реторту насыпали порошок цинка, перекрыли газоотводную трубку зажимом, реторту взвесили и содержи­мое прокалили. Когда реторта остыла, её снова взвесили. Изменилась ли её масса и почему?

2.  Затем зажим открыли. Измени­лась ли масса и почему?

3.  На чашках весов уравновешены стаканчики с растворами гидроксида и хлорида натрия. Изменит ли положе­ние стрелка весов через некоторое вре­мя и почему?

4.  Предложите способы получения этилового спирта, используя в качестве исходного сырья природный газ и воду.

5.  Составьте уравнения реакций получения уксусной кислоты исходя из известняка, каменного угля, воды, воздуха.

6.  Как можно получить анилин, если в качестве исходного сырья исполь­зовать природный газ, воздух и воду?

7.  Натуральный мёд содержит глюкозу и фруктозу. Предложите спо­собы получения искусственного мёда.

8.  Предложите свои способы реше­ния проблемы превращения жидких жиров в твёрдые. Какое экономически выгодное для Беларуси сырьё можно для этого использовать?

9.  Выберите и обоснуйте наиболее экономически выгодные способы полу­чения глицерина для смягчения кожи зимних сапог.

10. Предложите способы обнаруже­ния в природной воде или воде, про­шедшей систему промышленной водо­очистки: а) избыточной кислотности или щёлочности; б) катионов аммония; в) нитрат-анионов.

11. У вас возникло подозрение, что работники автозаправочной станции,

где постоянно заправляет машину ваш отец, добавляют в бензин воду. В ва­шем распоряжении имеется негашёная известь. Молено ли с её помощью про­верить свои подозрения?

При изучении качественных реакций на ионы учащиеся приобретают умение составлять план распознавания веществ. Класс делится на группы по четыре че­ловека и каждой из них даётся задание составить план определения растворов сульфата, карбоната и хлорида натрия, которые находятся в трёх пронумерован­ных пробирках. Обязательные условия: наглядность. Желаемые условия: быстро­та и минимум затраченных реактивов. Каждая группа защищает свой план, ис­пользуя ранее полученные знания, запи­сывает молекулярные и ионные уравне­ния реакций. В заключение учащиеся проводят лабораторный опыт, реализуя свой план на практике.

Особое место в учебном процессе за­нимают упражнения, формирующие у школьников представления о таком ме­тоде научного исследования, как моде­лирование. В этом им может помочь вы­полнение следующих заданий:

1. Изготовьте модели атомов кисло­рода, серы, селена, теллура. Сравните их свойства.

2. Исходя из строения атомов опре­делите вид химической связи в соеди­нениях H₂S, Н₂O, H₂Se. Как изменяет­ся поляризация химической связи с ро­стом радиуса элементов VI группы?

3. Что такое экологический дом? Предложите его модель.

4. При приготовлении пищи на кухне возникает специфический запах альдегида акролеина. Составьте структурную
формулу этого вещества, если известно, что его молекулярная формула С₃Н₄0 и
альдегид является непредельным. Как можно избавиться от этого запаха?

Задания на нахождение и объяснение причинно-следственных связей также играют важную роль в формировании у учащихся представлений о методах на­учного исследования, поскольку причин­ность — одна из форм общей взаимосвя­зи явлений объективного мира. Для мно­гих школьников выполнение заданий на определение следствии из теории являет­ся достаточно сложным, однако доступ­ным видом работы. Не зря учёные отме­чают, что «сила науки не только в том, что она объясняет наблюдаемые явления, но и в том, что она может предсказать ход того или иного процесса». Поэтому суть таких заданий составляют вопросы типа: «Чем это обусловлено?», «Как это можно объяснить?», «Почему это про­изошло?», «От чего это зависит?», «Что бы изменилось, если бы...?» Примеры:

1. В городе, где начал действовать завод по производству фосфорных удоб­рений из фторапатитового концентра­та, жители заметили, что оконные стёкла постепенно тускнеют. Каковы возможные причины этого явления?

2. Каковы причины появления кис­лотных дождей? Какое воздействие они .оказывают: а) на сооружения из металла и бетона; б) технику; в) почву; г) произ­ведения искусства из металла, мрамора, известняка?

Одной из форм реализации исследо­вательского метода обучения является составление рассказов-задач, сказок, поэтических произведений. Этот вид деятельности предполагает написание учащимися небольшого литературного произведения, которое описывает заву­алированное в тексте явление или ве­щество. В кабинете собран архив из та­ких ученических работ.

Так всё-таки нужны ли современ­ным школьникам навыки исследова­ния? На мой взгляд, исчерпывающим ответом на этот вопрос могут стать сло­ва Нобелевского лауреата, нашего зем­ляка Ж. И. Алфёрова, чьё мнение, безусловно, достойно внимания: «Для всякой уважающей себя страны есть три привилегированные статьи. На первое место я ставлю здравоохранение, потому что прежде всего человек дол­жен быть физически здоров. На вто­рое — образование, потому что необра­зованному человеку не то что в XXI веке, но и в прошлом веке делать было нечего. И на третье место я поставлю науку, потому что именно наука опре­деляет будущее человечества...».