Методика использования качественных задач во внеурочной деятельности одаренных школьников на пропедевтическом этапе изучения химии

МЕТОДИКА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КАЧЕСТВЕННЫХ ЗАДАЧ ВО ВНЕУРОЧНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ОДАРЕННЫХ ШКОЛЬНИКОВ НА ПРОПЕДЕВТИЧЕСКОМ ЭТАПЕ ИЗУЧЕНИЯ ХИМИИ

METHODS OF THE USE OF QUALITATIVE TASKS IN EXTRACURRICULAR ACTIVITIES OF GIFTED CHILDREN DURING INTRODUCTORY STAGE OF CHEMISTRY LEARNING

М. В. Шепелев

В статье представлены методические подходы к использованию качественных задач во внеурочной деятельности одаренных школьников на пропедевтическом этапе изучения химии. Показано, что применение качественных химических задач способствует формированию у детей основных практико-ориентированных компетенций, развитию их образного мышления и творческих способностей, росту мотивации к изучению химии в старших классах, а также становлению способностей неординарно и креативно подходить к решению проблемных ситуаций.

Ключевые слова: пропедевтика химии, организация внеурочной деятельности одаренных детей, качественные задачи.

Согласно проекту «Российской стратегии развития образования - 2020», одной из ключевых мер государственной политики по развитию сферы образования и социализации детей и подростков является «обеспечение образовательной успешности каждого ребенка и вертикальной социальной мобильности через формирование системы поддержки особых групп детей в сфере образования» [1, с. 300], в том числе одаренных школьников. Процесс сопровождения одаренных в области химии учащихся в течение всего периода становления их личности требует применения инноваций в обучении, основанных на личностно ориентированном и компетент-ностно-деятельностном подходах в образовании с использованием современных организационных форм, средств и методов обучения.

В связи с развитием педагогических и информационных технологий и внедрением в практику образовательных учреждений Федеральных государственных образовательных стандартов нового поколения [2], преподавание химии в средних учебных заведениях и работа с талантливыми школьниками приобретает особое значение как в условиях классно-урочной системы, так и во внеурочной деятельности. Не случайно в резолюции, принятой на Всероссийском съезде учителей и преподавателей химии, состоявшемся 16-18 февраля 2012 г., было отмечено, что съезд считает необходимым продолжить «развивать систему дополнительной работы по изучению химии школьниками, сохраняя различные творческие соревно-

M. V. Shepelev

The article presents the methodological approaches to the use of qualitative tasks in extracurricular activities of gifted children during introductory stage of chemistry learning. It is shown that the use of qualitative chemical tasks contributes to the basic practically oriented competences, develops their figurative thinking and creative abilities, increases motivation to study chemistry in high school, as well as the formation of extraordinary abilities and creative approach to problem solving.

Keywords: propedeutics of chemistry, extracurricular activities organization of gifted children, qualitative tasks.

вания, химические олимпиады и другие формы работы с одаренными, увлеченными и высокомотивированными учащимися», а также «содействовать созданию системы государственной поддержки работы с одаренными детьми на федеральном уровне» [3, с. 4]. Создание условий для раскрытия потенциала одаренных школьников, начиная с пропедевтического этапа изучения химии, и повышения уровня их мотивации к получению химических знаний является важнейшей проблемой теории и методики обучения химии в школе.

В результате обобщения опыта собственной работы и работы ведущих педагогов образовательных учреждений Ивановской области в сотрудничестве с преподавателями и методистами Института развития образования Ивановской области и Ивановского государственного химико-технологического университета в период с 2006 г. по настоящее время была создана, апробирована в профессиональном сообществе и внедрена методическая система педагогической поддержки одаренных детей на пропедевтическом этапе изучения химии, а также выявлены условия ее эффективного функционирования как в образовательном пространстве средней школы, так и в системе дополнительного образования [4]. Необходимой составляющей методической системы педагогической поддержки одаренных по химии учащихся 5-9-х классов является организация эффективной внеурочной деятельности таких детей, в том числе в системе «школа - вуз».

В ходе экспериментальной работы была предложена организационно-педагогическая модель научно-методического сопровождения процесса подготовки одаренных по химии школьников к участию в химических олимпиадах, других конкурсах по химии и смежным с ней дисциплинам и рассмотрены условия ее эффективного функционирования на ранних этапах изучения химии. Согласно предложенной модели [4], ведущая роль в формировании у учащихся основных практико-ориенти-рованных компетенций, развитии их образного мышления и становлении способностей творчески подходить к решению проблемных ситуаций, формируемых непосредственно педагогом или возникающих в ходе самостоятельного изучения определенной темы, отводится выполнению практических и лабораторных работ, в том числе решению качественных задач по основным разделам химии во внеурочное время.

К качественным задачам принято относить такие задачи, в которых количественные характеристики полностью отсутствуют или же носят вспомогательный характер. Решение качественных химических задач предполагает использование основных понятий и законов в химии, составление химических формул и уравнений реакций, а также наличие у учащихся знаний об определенных физико-химических свойствах рассматриваемых веществ. Элементы решения качественных задач могут быть составной частью комбинированных заданий, включающих также математические расчеты. Наиболее часто встречаются качественные задачи на распознавание веществ и доказательство их качественного состава, объяснение наблюдаемых явлений, приготовление или разделение смесей и очистку веществ от примесей, а также задания, предполагающие знание способов получения и свойств простых и сложных веществ [5].

Ознакомление одаренных в области химии учащихся с методикой решения качественных задач уместно начинать уже 5-6-м классах, когда у школьников еще только начинают формироваться базовые химические и личностные компетенции, а также понятийный аппарат химической науки. В связи с этим специально для учащихся 5-х и 6-х классов на основе авторской образовательной программы, составленной на 17 часов (или 34 часа) в год в течение двух лет обучения, было разработано учебно-методическое пособие для занятий по химии (естествознанию) [6], которое является дополнением к основному учебнику по предмету. В издании представлены базовые определения и первоначальные понятия по основным разделам химии в удобной для усвоения форме, позволяющие формировать у учащихся целостную картину изучаемого явления и развивать творческие способности одаренных в области химии детей. Кроме того, оно содержит многочисленный иллюстрационный материал, лабораторный практикум и задания для самостоятельной работы школьников.

Предлагаем задачу, представленную в этом пособии, которая направлена на формирование основных

практико-ориентированных компетенций учащихся, одаренных в области химии, крайне необходимых на пропедевтическом этапе изучения предмета. Данную задачу можно считать комбинированной, поскольку ее решение предполагает также использование математических вычислений.

Задача 1 (базовый уровень). В лабораторном стакане находится смесь веществ, состоящая из поваренной соли, железных опилок, речного песка и парафиновых стружек. Предложите схему разделения предложенных веществ с помощью физических методов и оборудования (лабораторного стакана, магнита, дистиллированной воды, шпателя, электрической плитки, воронки, фильтра, весов), а также определите массовые доли компонентов смеси.

Решение

Для определения массовых долей поваренной соли, железных опилок, речного песка и парафиновых стружек в смеси можно предложить следующую последовательность действий:

1. При помощи взвешивания на весах определяем массу лабораторного стакана с находящимися в нем веществами. Пересыпаем содержимое лабораторного стакана в другой стакан и определяем массу пустого стакана. По разности масс лабораторного стакана с выданными веществами и без них определяем массу сухой смеси.

2. Действуем на сухую смесь магнитом и выделяем из нее железные стружки. Количественно переносим железные стружки в пустой лабораторный стакан и при помощи взвешивания определяем их массу.

3. Добавляем в оставшуюся сухую смесь дистиллированную воду и перемешиваем содержимое лабораторного стакана. С помощью шпателя собираем парафиновые стружки с поверхности полученного раствора, помещая их в пустой лабораторный стакан. При помощи фильтровальной бумаги снимаем с парафиновых стружек остатки раствора и определяем их массу.

4. Отделяем раствор от речного песка методом фильтрования. Выпариваем досуха полученный раствор и определяем при помощи взвешивания массу поваренной соли в исходной сухой смеси.

5. По разности массы исходной смеси и масс железных опилок, парафиновых стружек и поваренной соли определяем массу речного песка в смеси.

Ответ: учащиеся рассчитывают и записывают массовые доли компонентов смеси.

Для одаренных школьников, занимающихся изучением химии второй или третий год, было написано учебно-методическое пособие по качественному анализу неорганических соединений [7], которое в настоящее время является базовым изданием для подготовки учащихся к практическому туру школьных, муниципальных и региональных олимпиад по химии в Ивановской области. В нем подробно описаны качественный анализ катионов и анионов неорганических веществ в растворе, общая схема разделения катионов, примеры выполнения различных вариантов сеточного анализа, задания для самостоятель-

ной работы по уравниванию окислительно-восстановительных реакций, включая задания по определению продуктов реакции и/или исходных реагентов с примерами их выполнения, а также приведены «определители» неорганических веществ.

Представляем несколько задач, направленных на обучение одаренных в области химии учащихся 5-9-х классов методике проведения мысленного и реального химического эксперимента и идентификации неизвестных соединений по их физико-химическим свойствам и другим данным.

Задача 2 (базовый уровень). Установите качественный состав неизвестного вещества, если известно, что при его взаимодействии с концентрированным раствором гидроксида натрия при нагревании выделяется бесцветный газ с резким запахом, а при действии на раствор этого вещества раствором нитратом серебра образуется белый «творожистый» осадок. Составьте уравнения реакций, которые были проведены в процессе распознавания неизвестного вещества, и назовите это вещество. Решение

Очевидно, что бесцветным газом с резким запахом в условиях задачи является аммиак (качественная реакция на ион аммония), а белым «творожистым» осадком - хлорид серебра (качественная реакция на хлорид-ион). Уравнения протекающих реакций следующие:

ИН4С I + N804 ( , — №С1 + N4,1 + Н20,

4 (конц) 3 1 2 '

ИН4С1 + АдИ0, — АдСЦ + N^N0,.

Ответ: ИН4С1 - хлорид аммония.

Задача 3 (базовый уровень). Определите элементы А, В и С и напишите уравнения представленных химических реакций: А + В2 = АВ2,

2АВ2 + В2 = 2АВ3,

АВ3 + С2В = С2АВ4,

2С2 + В2 = 2С2В,

АВ2 + 2С2А = 3А + 2С2В.

Приведите несколько способов получения простых веществ В2 и С2 в промышленности и в лабораторных условиях. Решение

Зашифрованные элементы следующие: А = Б (сера), В = О (кислород) и С = Н (водород). Представленные химические реакции следующие: Б + 02 — Б02,

2Б02 + 02 — 2Б03,

Б03 + Н20 — Н2Б04,

2Н2 + 02 — 2Н20,

Б02 + 2Н2Б — 3Б + 2Н20.

Некоторые методы получения Н2 в промышленности:

2Н20 электролиз^ 02 + 2Н2;

2№С1 + 2Н20 Злектроли> С12 + Н2 + 2№0Н и др. Некоторые методы получения Н2 в лабораторных ус-

ловиях:

Zn + Н2Б04 — ZnБ04 + Н2,

2А1 + 6№0Н + 6Н20 — 2№3[А1(0Н)6] + 3Н2 и др.

Некоторые методы получения 02 в промышленности: перегонка жидкого воздуха,

электролиз 2Н20 --— 02 + 2Н2 и др.

Некоторые методы получения 02 в лабораторных условиях:

2КМп0„

К2Мп04 + Мп02 + 02,

2Н202

->- 2Н20 + 02 и др.

Ответ: учащиеся определяют неизвестные элементы, записывают приведенные химических реакции и несколько реакций получения Н2 и 02 в промышленности и в лабораторных условиях.

Задача 4 (профильный уровень). Газ А, представляющий собой простое вещество, содержит самый электроотрицательный элемент В. Газ А очень бурно реагирует с водородом с образованием кислоты С средней силы, которая способна растворять стекло (поэтому ее не хранят в стеклянной посуде). Газ А также «горит» в воде, образуя кислоту С и бесцветный газ й, который поддерживает горение.

Решение

Самым электроотрицательным элементом является фтор, следовательно, простым веществом А - Р2. При реакции с водородом фтор образует плавиковую кислоту, которая может взаимодействовать со стеклом, а при реакции с водой - эту же кислоту и газообразный кислород, поддерживающий горение. Уравнения протекающих реакций следующие:

Р2 + Н2 — 2НР,

6НР + БЮ2 — Н2[Б|Р6] + 2Н20,

2Р2 + 2Н20 — 4НР + 02.

Ответ: А - Р2, В - Р, С - НР, й - 02.

Задача 5 (профильный уровень). В пяти пробирках без этикеток находятся водные растворы карбоната натрия, хлорида бария, хлорида натрия, гидроксида натрия и нитрата цинка. Не прибегая к помощи других реактивов, кроме индикатора фенолфталеина, определите, в каком сосуде находится то или иное вещество. Запишите уравнения соответствующих реакций и объясните окраску индикатора фенолфталеина (ДрН = 8,0 - 10,0) в растворах рассматриваемых веществ.

Решение

Схема сеточного анализа:

2 белых 1 бе-осадка, лый 1 б/ц газ осадок

1 белый студенистый

осадок, растворимый в избытке NaOH

Уравнения химических реакций сеточного анализа: ВаС12 + №2С03 — ВаС031 + 2№С1,

Ва2+ + С032" — ВаС03|, образуется белый осадок;

Ответ: учащиеся записывают уравнения химических реакций и объясняют окраску индикатора фенолфталеина в растворах рассматриваемых веществ.

В настоящее время с одаренными по химии учащимися с использованием данных методик и опубликованных учебно-методических пособий работают учителя химии большинства школ Ивановской области и некоторые учителя химии в более чем 10 субъектах РФ, среди которых Вологодская, Владимирская, Волгоградская, Ленинградская и другие области.

Применение качественных задач во внеурочной деятельности по химии, начиная с пропедевтического этапа изучения предмета в школе, безусловно способствует формированию у детей основных практико-ори-ентированных компетенций, устойчивого интереса к химической науке и развитию у них образного мышления и творческих способностей, а также личностному самоопределению учащихся.

СПИСОК ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ

2 белых осадка, один из которых растворим в избытке МаОИ, 1 б/ц газ

2Zn(N03)2 + 2№2С03 + Н20 — Zn2(0H)2C03J + С02| + 4№Ю3,

2Zn2+ + 2С032- + Н20 — Zn2(0H)2C03j + С02|, образуются белый студенистый осадок и б/ц газ; Zn(N0з)2 + 2№0Н (недост) — Zn(0H)21 + 2NaN0з,

+ 20Н- (недост) ^ ^^^

образуется белый студенистый осадок; Zn(0H)2 + 2Na0H (изб) — Na2[Zn(0H)4],

Zn(0H)2 + 20H- (и3б) - Кп^^]2-,

образуется бесцветный раствор.

Из предложенных растворов соединений только растворы Na0H и №2С03 имеют щелочную реакцию среды и окрашивают индикатор фенолфталеин в розовый (малиновый) цвет.

Уравнение реакции диссоциации Na0H на ионы в водном растворе:

Na0H — №+ + 0^.

Уравнение гидролиза Na2С03 в водном растворе:

Na2CO3 + H2O

NaHCO3 + NaOH,

Na2CO3 ^ 2Na+ + CO32-,

CO32- + H2O

HCO3- + OH-

1. Проект «Российская стратегия развития образования

- 2020» [Электронный ресурс]. URL: http://forum-2012.edu.yar.ru/ (дата обращения 28.08.2012).

2. Федеральный государственный образовательный стандарт основного общего образования / М-во образования и науки РФ. М.: Просвещение, 2011. 48 с. (Стандарты второго поколения).

3. Резолюция Первого Всероссийского съезда учителей и преподавателей химии // Химия в школе. 2012. № 6. С. 2-5.

4. Шепелев М. В. Научно-методические основы организации эффективной работы с одаренными детьми на пропедевтическом этапе изучения химии: монография. Пенза: Социосфера, 2012. 153 с.

5. Чернобельская Г. М. Методика обучения химии в средней школе: учеб. для студентов высш. учеб. заведений. М.: ВЛАДОС, 2000. 336 с.

6. Шепелев М. В., Гуськов И. П. Химия. 5-6 кл. Дополнительный материал к учебнику «Физика. Химия. 5-6 кл.». Иваново: Ин-т развития образования Ивановской обл., 2009. 136 с.

7. Шепелев М. В., Гуськов И. П. Качественный анализ неорганических соединений. Методы уравнивания окислительно-восстановительных реакций: методическое пособие. Иваново: Ин-т развития образования Ивановской обл., 2012. 58 с.