Формирование представлении о химическом анализе в школьном курсе химии

ПЕДАГОГИКА И МЕТОДИКА ПРЕПОДАВАНИЯ

Вестн. Ом. ун-та. 2009. № 2. С. 183-186.

УДК 543.0

Н.А. Ждан, Н.А. Белан

Институт развития образования Омской области

В. И. Вершинин

Омский государственный университет им. Ф. М. Достоевского

ФОРМИРОВАНИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ О ХИМИЧЕСКОМ АНАЛИЗЕ В ШКОЛЬНОМ КУРСЕ ХИМИИ

Авторами статьи представлены отличия новой концепции химического образования. Даны рекомендации для формирования представлений о химическом анализе в школьном курсе химии.

Ключевые слова: методика преподавания, школьный курс химии, химический анализ, формирование понятий.

Представления о зависимости свойств веществ от их состава и строения являются важнейшим интегративным результатом общеобразовательной подготовки по химии и составляют основу целостной химической картины мира [1; 2]. Еще М.В. Ломоносов говорил, что «для познания частных качеств тел и их изменений обязательно требуется познание их состава». У школьников должны быть сформированы представления о химическом анализе как основном источнике наших знаний о составе веществ. Но в ходе методической подготовки будущего учителя вопросы, связанные с химическим анализом, практически не рассматриваются [3]. Не уделяется должного внимания этим вопросам и в системе дополнительного профессионального образования. Анкетирование на курсах повышения квалификации показывает, что учителя соотносят вопросы химического анализа в основном с внеурочной деятельностью. Некоторые даже высказывают мнение о том, что «химический анализ в школе не изучают». Одной из причин этого является то, что в структуре школьного курса химии аналитическая химия (в отличие от химии неорганической или органической) не представлена в качестве самостоятельного раздела. Есть и другая причина: составители программ и авторы учебников ранее не уделяли достаточного внимания вопросам, связанным с химическим анализом. Лишь в последние годы стандарты школьного образования и соответствующие учебники существенно изменились, и теперь формирование представлений о химическом анализе становится актуальной задачей. К сожалению, далеко не все школьные учителя готовы решать ее на уроках химии.

Химический анализ в новых стандартах и учебниках. Принципиальным отличием новой концепции химического образования является то, что за четыре года обучения учащиеся имеют возможность изучать состав веществ дважды - в основной и в старшей школе. Доля времени

© Н.А. Ждан, Н.А. Белан, В.И. Вершинин, 2009

на его изучение существенно увеличена. Появилась реальная возможность рассказать школьникам, каким образом когда-то был установлен состав веществ, как и зачем анализируют вещества сегодня. В обязательный минимум основных общеобразовательных программ дополнительно введены такие элементы содержания, как методы познания и экспериментальные основы химии [4; 5]. Их появление в структуре общего образования по химии позволяет усилить прикладной характер химических знаний, создает условия для реализации личностно ориентированной модели обучения, способствует достижению нового качества общеобразовательной подготовки по химии. Поэтому дидактическая ценность представлений о химическом анализе, формируемых в школьном курсе химии, существенно возрастает.

Внимание к химическому анализу усилено и в новых учебниках. Так, в учебники О.С. Габриеляна и соавторов включены качественные реакции на ионы а-, SO42-, NH4+, Fe2+, Fe3+, СОз2-, реакции на углекислый газ, на крахмал и многоатомные спирты. В аналитическом аспекте рассматриваются свойства индикаторов, аминокислот, взаимодействие этилена с бромной водой и перманганатом калия, реакция глюкозы с аммиачным раствором оксида серебра и даже цветные реакции белков. В старшей школе к ним добавляются аналитические свойства непредельных соединений, фенолов и других веществ. Предусматривается выполнение экспериментальных задач по распознаванию индивидуальных веществ сложного состава (смесей). Впрочем, в рамках профильного обучения иногда рекомендуются такие задачи, которые достаточно трудны даже для профессионального аналитика, обоснованность их включения в школьные учебники вызывает серьезные сомнения.

К сожалению, в методической литературе трудно найти ответы на вопросы, что именно должны знать школьники о химическом анализе, как лучше формировать и использовать эти знания при изучении различных разделов школьного курса химии, для профессиональной ориентации выпускников, для воспитания необходимых личностных качеств?

Анализ обязательного минимума содержания основных общеобразователь-

ных программ по химии [4; 6] позволяет выделить следующие знания и умения аналитической направленности, которые можно и нужно формировать в процессе обучения химии в основной и старшей школе (на базовом уровне):

• знание понятий: «химический анализ», «качественный анализ», «количественный анализ»;

• знания о простейших способах (методах) химического анализа;

• знания об объектах обнаружения:

элементах, функциональных группах

(группах атомов), молекулах, ионах;

• умение разделять смеси, определять качественный состав вещества опытным путем, решать экспериментальные задачи аналитической направленности, исследовать состав некоторых природных объектов;

• умение определять формулу химического соединения по результатам его анализа и, наоборот, рассчитывать количественное содержание элемента в чистом веществе по формуле соответствующего соединения.

Совершенно иной набор знаний и умений химико-аналитического характера1 должен быть сформирован при изучении факультативных и элективных дисциплин, а также на внеклассных (учебно-исследовательских) занятиях.

Методика формирования понятия «химический анализ». Целесообразно начинать формировать это понятие еще в основной школе, одновременно с понятиями «чистое вещество» и «смесь». Раскрывая содержание понятия «чистое вещество», имеет смысл ввести представление о качественных реакциях как о реакциях, с помощью которых распознают химические вещества [5; 6]. При изучении состава и свойств кислот и оснований примером будет распознавание кислот и оснований с помощью индикаторов. То есть вначале закладывается представление о химическом анализе как о способе установления качественного состава химических объектов.

Следующий этап в формировании понятия «химический анализ» может быть реализован в основной школе при введении понятия «смесь». Отмечая, что в природе вещества в чистом виде практически не встречаются, учитель определяет смесь как совокупность нескольких чистых ве-

Формирование представлений о химическом анализе в школьном курсе химии

185

ществ, сохраняющих свою химическую индивидуальность. Он называет примеры наиболее распространенных и известных смесей: воздух, водные растворы, сплавы и т. д. Характеризуя свойства смесей, состоящих из одних и тех же чистых веществ (компонентов), важно отметить, что свойства смесей зависят не только от качественного состава, но и от количественного соотношения компонентов. Это соотношение может быть установлено с помощью химического анализа. Здесь должны быть использованы вводимые в основной школе понятия «массовая» и «объемная доля» компонента в смеси. Таким образом, понятие «химический анализ» теперь рассматривается шире - как способ установления качественного и количественного состава химических объектов.

В старшей школе по мере усвоения знаний об основных классах неорганических и органических соединений, а также о количественных характеристиках смесей и различных химических процессов -понятие «химический анализ» должно быть углублено и конкретизировано на основе представлений о двух его видах: качественном и количественном анализе. Так, учащиеся должны осознать, что количественному анализу подвергают не только смеси, но и чистые вещества (химические соединения), и результаты такого анализа позволяют вывести формулы соединений.

Отметим, что поэтапное формирование понятия «химический анализ» в основной школе соответствует логике возникновения и развития этого понятия в истории аналитической химии [7]. В обоих случаях формирование представлений о химическом анализе было бы невозможно без эксперимента. В школе химический эксперимент позволяет реально продемонстрировать причинно-следственную связь состава вещества и его свойств, а также усилить прикладной характер получаемых химических знаний [8; 9]. Так, наблюдая изменение окраски индикатора или образование характерных осадков, учащиеся способны сделать выводы о природе (качественном составе) того или иного химического объекта. Это позволит им прогнозировать свойства объекта, понять особенности обращения с ним, способы его применения в практике, последствия его воздействия на окружающую среду.

Естественно, качество знаний учащихся будет выше, если параллельно формированию понятия «химический анализ» учитель будет использовать теоретические представления об атомах, группах атомов, молекулах, ионах как об объектах обнаружения и количественного определения. Однако не следует стремиться к формированию этих понятий, выделять множество видов анализа по этим и другим классификационным основаниям (например, по объектам анализа, по точности и продолжительности анализа). Объем фактических знаний, которыми располагают учащиеся, и временные рамки обязательных занятий недостаточны для такого углубленного изучения. Сам же учитель должен понимать, что при освоении содержания неорганической и органической химии учащиеся реально знакомятся с результатами разных видов анализа - элементного, молекулярного и структурно-группового.

Формирование представлений о методах и результатах анализа. Важной составляющей представлений, формируемых в основной и старшей школе на уроках химии, являются знания о способах изучения состава веществ. В обязательном минимуме содержания предусмотрено знакомство с некоторыми методами анализа, а именно методами идентификации, разделения и даже концентрирования [4; 5]. Основное внимание обычно уделяется проведению качественных реакций, что вполне логично. Однако, говоря о них, надо подчеркивать, что выполнение качественных реакций -лишь один из многих методов качественного анализа, самый простой, самый старый, но далеко не самый важный. Иначе у учащихся сложится ошибочное мнение, что любой химический анализ сводится к использованию пробирок, реагентов и индикаторов. Преодолеть этот ошибочный стереотип потом будет трудно.

Методы количественного анализа в школьном курсе представлены (на профильном уровне) лишь одним примером -определением рН водных растворов кислот, щелочей, солей с помощью универсальной индикаторной бумаги. С точки зрения логики формирования представлений желательно знакомство старшеклассников еще с одним-двумя методами количественного анализа, особенно с гравиметрией. Гравиметрическое определение содержания воды

в каких-либо материалах (по результатам взвешивания до и после прокаливания) -более наглядный пример количественного анализа, чем определение рН. При нехватке времени на уроках химии соответствующий эксперимент можно провести в ходе изучения элективных и факультативных дисциплин.

Школа должна знакомить учащихся и с применением отдельных методов анализа в практике. В старшей школе учителю необходимо подчеркивать, что результаты химического анализа важны для изучения природных и техногенных смесей, состояния окружающей среды и техногенных выбросов, что вся информация о химических реакциях (стехиометрия, равновесия, кинетика, механизм) получена в ходе анализа соответствующих реакционных смесей. Надо указывать, что результаты количественного анализа сегодня позволяют контролировать технологические процессы и оценивать качество продукции [6]. На результаты химического анализа нужно ссылаться и при изучении смежных курсов, например, на уроках биологии. Вместе с тем, следует подчеркивать, что данные о качественном и количественном составе веществ необходимы, но не достаточны для полного объяснения свойств веществ. Самый очевидный пример - различия физических свойств ряда веществ с одинаковым качественным и количественным составом. Следовательно, для прогнозирования

свойств веществ, кроме результатов их анализа, нужно знать строение соответствующих молекул.

Подведем итоги. В современных образовательных программах по химии присутствует относительно самостоятельное содержание аналитической направленности, которое обобщенно можно представить следующим образом: химический анализ - виды анализа - методы анализа - использование результатов анализа. Поэтапное формирование представлений о химическом анализе по такой схеме будет способствовать повышению качества усвоения всех разделов программы, полноценному раскрытию причинно-следственных связей типа состав веществ - свойства веществ, а также состав - строение и строение - свойства.

Безусловно, усиление внимания школьников к химическому анализу потребует определенных изменений в мето-

дике подготовки учителей химии. Этот вопрос рассмотрен нами в предисловии и приложении к новому учебнику по аналитической химии для педагогических вузов [10].

ПРИМЕЧАНИЯ

Этот набор знаний и умений авторы намерены рассмотреть в своей следующей статье.

ЛИТЕРАТУРА

[1] Макареня А.А., Обухов В.Л. Методология химии: Пособие для учителя. М.: Просвещение, 1985.

[2] Кузнецова Н.Е. Формирование систем понятий

при обучении химии. М.: Просвещение, 1989.

[3] Чернобельская Г.М. Основы методики обучения

химии: учеб. пособие для студентов пед. ин-тов. М.: Просвещение, 2001.

[4] Сборник нормативных документов. Химия / сост. Э.Д. Днепров, А.Г. Аркадьев. М.: Дрофа, 2000.

[5] Габриелян О.С. Химия. 8 класс. М.: Дрофа, 2005.

[6] Программа курса химии для 8-11 классов об-

щеобразовательных учреждений / О.С. Габриелян. М.: Дрофа, 2007.

[7] Золотов Ю.А., Вершинин В.И. История и методология аналитической химии. М.: Академия, 2007.

[8] Назарова Т.С., Гоабецкий А.А., Лаврова В.Н. Химический эксперимент в школе. М.: Просвещение, 1987.

[9] Зуева М.В., Гара Н.Н. Школьный практикум. Химия 8-9 класс. М.: Дрофа, 2001.

[10] Вершинин В.И., Власова И.В., Никифорова И.А. Основы аналитической химии. Омск: Изд-во ОмГУ, 2007. 594 с.