Актуальные проблемы химического и биологического образования

Сборник статей, 2019

В сборнике представлены статьи и тезисы докладов X Всероссийской научно-методической конференции с международным участием, проходившей 15–16 апреля в Институте биологии и химии Московского педагогического государственного университета. В конференции приняли участие представители Москвы, Санкт-Петербурга, Брянска, Курска, Тобольска, Красноярска, Челябинска, Новороссийска и других регионов Российской Федерации, а также коллеги из Латвии, Республики Беларусь и ДНР (Украина). Участниками конференции являются учителя, аспиранты, а также преподаватели вузов. Статьи и тезисы докладов приведены в авторской редакции.

Формирование методологических умений при изучении химии в контексте требований федеральных государственных образовательных стандартов

Л.И. Асанова

Нижегородский институт развития образования, Нижний Новгород, Россия

Необходимость формирования представлений о способах получения научных знаний, т.е. знаний о методологии научного познания, закреплена в федеральном государственном образовательном стандарте основного общего образования (ФГОС ООО) и в федеральном государственном образовательном стандарте среднего (полного) общего образования (ФГОС СОО). Так, в «портрете выпускника школы» отмечается, что выпускник школы должен «владеть основами научных методов познания окружающего мира» [7, с. 17].

В требованиях ФГОС ООО указано, что изучение предметной области «Естественнонаучные предметы» должно обеспечить «овладение научным подходом к решению различных задач» [6, с. 29]. В предметных результатах изучения химии отмечается, что они должны отражать «приобретение опыта использования различных методов изучения веществ: наблюдения за их превращениями при проведении несложных химических экспериментов с использованием лабораторного оборудования и приборов» [Там же, с. 31].

Выпускники школы в результате освоения базового курса химии должны владеть основополагающими химическими понятиями, теориями, законами и закономерностями, а также основными методами научного познания, используемыми в химии: наблюдение, описание, измерение, эксперимент. Они должны уметь обрабатывать, объяснять результаты проведенных опытов и делать выводы, обладать готовностью и способностью применять методы познания при решении практических задач [7, с. 27].

У выпускников школы, которые изучали химию на углубленном уровне, должна быть сформирована система знаний об общих химических закономерностях, законах, теориях. Они должны владеть умениями выдвигать гипотезы на основе знаний о составе, строении вещества и основных химических законах, проверять их экспериментально, формулируя цель исследования, владеть методами самостоятельного планирования и проведения химических экспериментов, уметь описывать, анализировать и оценивать достоверность полученного результата [Там же, с. 28].

При изучении естественнонаучных предметов в школе можно выделить два аспекта методологии научного познания: теоретический, который связан с усвоением теоретических знаний о методах научного познания, изложенных в теоретическом материале учебников, и эмпирический, связанный с освоением экспериментальных умений, формируемых в процессе проведения лабораторных опытов и практических работ [2].

Для понимания эмпирических методов (наблюдение, опыт, измерение) при изучении химии необходимы следующие умения:

• определять цели проведения (или гипотезу) опыта по его описанию;

• применять основные операции мыслительной деятельности для изучения свойств веществ и химических реакций;

• знать назначение прибора и его отдельных частей для проведения соответствующего опыта или исследования;

• выбирать приборы и оборудование для проведения опыта или исследования (в том числе по рисункам);

• самостоятельно планировать и предлагать порядок проведения опытов или наблюдений в зависимости от поставленной цели;

• анализировать и объяснять результаты наблюдений и опытов (в том числе представленных в виде рисунка, таблицы или графика) на основе известных физических и химических явлений, законов, теорий; делать выводы.

Приведем примеры заданий из УМК «Химия», изданных в корпорации «Российский учебник», которые способствуют формированию методологических умений.

Пример 1. Формируемое умение: определять цели проведения опыта по его описанию.

Рассмотрите схему получения и исследования свойств гидроксида цинка [5, с. 158] и выполните следующие задания:

а) опишите последовательность ваших действий по ходу лабораторных опытов;

б) составьте «цепочку превращений» в соответствии со схемой, изображенной на рисунке;

в) преобразуйте «цепочку превращений» в уравнения реакций;

г) поясните, какие химические свойства гидроксида цинка отражены в этих опытах.

Пример 2. Формируемые умения: понимать суть опыта, устанавливать взаимосвязь между свойствами веществ и результатами эксперимента.

Рассмотрите рисунок, иллюстрирующий один из способов получения водорода в лаборатории.

Составьте уравнение протекающей химической реакции.

На каком свойстве водорода основан способ его собирания? [1, с. 45–46].

Пример 3. Формируемые умения: понимать суть опыта, знать назначение прибора и его отдельных частей.

На рисунке показан лабораторный способ получения аммиака. Подпишите названия реактивов и оборудования, а также составьте уравнение происходящей реакции [4, с. 107].

Пример 4. Формируемые умения: понимать суть опыта, знать назначение прибора и его отдельных частей; выбирать приборы и оборудование для проведения опыта (в том числе по рисункам).

Отметьте на рисунке, какой посудой и каким оборудованием вы бы воспользовались для собирания прибора, с помощью которого можно отделить жидкость от нерастворимых в ней веществ [3, с. 21].

Пример 5. Формируемые умения: анализировать и объяснять результаты наблюдений и опытов; выявлять данные, необходимые для формулировки вывода; делать выводы, оценивать соответствие выводов имеющимся экспериментальным данным.

В начале XIX в. английский ученый М. Фарадей изучал явление электропроводности растворов. На основании своих экспериментов он сделал правильный вывод, что переносчиками тока в растворах являются ионы. Но М. Фарадей считал, что ионы образуются под действием электрического тока («ошибка Фарадея»).

Какие факты вы можете привести в доказательство того, что ионы в растворах образуются не под действием электрического тока? [4, с. 49].

Пример 6. Формируемые умения: анализировать и объяснять результаты наблюдений и опытов, представленных в виде рисунка; делать выводы.

Три цилиндра наполнили газами: азотом, сероводородом, оксидом серы (IV) — и поместили в кристаллизатор с водой. Какой газ был в каждом цилиндре? Дайте обоснованный ответ [4, с. 105].

Пример 7. Формируемые умения: предсказывать, анализировать и объяснять результаты наблюдений и опытов на основе знаний о составе, строении и свойствах веществ; делать выводы.

Коррозия металла

Коррозия металлов — разрушение металлов вследствие химического или электрохимического взаимодействия их с внешней (коррозионной) средой. В результате коррозии ежегодно теряется от 1 до 1,5% всего металла, накопленного и эксплуатируемого человечеством.

Подумайте и ответьте.

1. Два железных гвоздя помещены в стакан с водой. К одному из них прикреплена медная проволока, а к другому — цинковая. Какой из гвоздей быстрее заржавеет? Обоснуйте свой ответ.

2. Запишите уравнения электрохимических процессов, протекающих на поверхности цинка и железа при погружении в воду: а) железного гвоздя с цинковой проволокой; б) железного гвоздя с медной проволокой [1, с. 101].

Пример 8. Формируемые умения: формулировать задачу (проблему) опыта, предсказывать, анализировать и объяснять результаты наблюдений и опыта, представленные в виде рисунка, на основе знаний о составе, строении и свойствах веществ, делать выводы.

Какие свойства оксида углерода (IV) проявляются при проведении эксперимента, изображенного на рисунке? [Там же, с. 93].

Пример 9. Формируемые умения: понимать суть опыта, знать назначение прибора и его отдельных частей; выбирать приборы и оборудование для проведения опыта (в том числе по рисункам); планировать эксперимент, самостоятельно находить алгоритм решения поставленной экспериментальной задачи, делать выводы.

Необходимо очистить поваренную соль от речного песка.

1. Составьте схему очистки поваренной соли от речного песка.

2. Из числа изображенных на рисунках 1–4 приборов выберите те, которые понадобятся вам для очистки. Укажите назначение выбранных вами приборов.

3. Опишите последовательность ваших действий.

4. Сформулируйте вывод о связи проводимых операций с составом смеси и свойствами ее компонентов.

Пример 10. Формируемые умения: предлагать порядок проведения опыта или наблюдения в зависимости от поставленной цели.

К числу таких заданий относятся, например, задания, представленные в виде «мысленного эксперимента»:

а) на распознавание веществ;

б) доказательство качественного состава;

в) получение веществ по самостоятельно предложенной схеме. а) В трех склянках без этикеток находятся растворы сульфата калия, сульфида калия и нитрата калия. Как химическим путем распознать, какое вещество находится в каждой из склянок? Напишите уравнения реакций; ход распознавания представьте в виде таблицы.

б) Докажите опытным путем, что выданное вам вещество — это хлорид кальция (или: сульфат магния, соляная кислота и др.).

в) Предложите, как получить из куска природного мела химически осажденный мел, входящий в состав зубного порошка (или: из оксида меди (II) — гидроксид меди (II) и др.).

Аналогичные задания, но представленные в виде реального эксперимента, направлены на освоение экспериментальных умений. В процессе выполнения лабораторных опытов, практических работ, а также домашнего эксперимента формируются умения проводить, наблюдать и описывать химические реакции, делать выводы.

Разумеется, рассмотренные задания не отражают все способы получения естественнонаучных знаний, а лишь иллюстрируют возможности обучения школьников отдельным приемам, которые способствуют формированию методологических умений при изучении химии в школе.

Список литературы

1. Гара Н.Н., Ахметов М.А. Химия: 9 класс: рабочая тетрадь для учащихся общеобразовательных учреждений. М.: Вентана-Граф, 2013.

2. Демидова М.Ю. Формирование методологических умений в курсах естественнонаучных предметов [Электронный ресурс]. URL: http://lib.convdocs.org/docs/index-63093.html?page=3

3. Еремин В.В., Дроздов А.А., Шипарева Г.А. Химия. 8 класс: рабочая тетрадь к учебнику В.В. Еремина и др. Химия. 8 класс. М.: Дрофа, 2015.

4. Еремин В.В., Дроздов А.А., Шипарева Г.А. Химия. 9 класс: рабочая тетрадь к учебнику В.В. Еремина и др. Химия. 9 класс. М.: Дрофа, 2015.

5. Кузнецова Н.Е., Титова И.М., Гара Н.Н. Химия: 8 класс: учебник для учащихся общеобразовательных учреждений. М.: Вентана-Граф, 2013.

6. Федеральный государственный образовательный стандарт основного общего образования. М.: Просвещение, 2018.

7. Федеральный государственный образовательный стандарт среднего (полного) общего образования. М.: Просвещение, 2013.