Профильное обучение химии как направление модернизации школьного химического образования.
из опыта работы
Брылевой Людмилы Александровны,
учителя химии школы с углубленным изучением отдельных предметов
г.Новотроицка

Представила: Л.В.Криворучкина, зав.УМК химии ООИПКРО
Дата: 10.02.2004 года

Цель- Совершенствование структуры и содержания курса химии в профильном классе.

Сущность опыта:
- учителем учтены особенности процессов восприятия, мышления, памяти, воображения учащихся физико-математического профиля;
- на основе диагностики, проведенной школьным психологом, определены способности учащихся к изучению математики, физики и химии;
- создана программа курса химии для 10-11 классов физико-математического профиля, разработано календарно – тематическое планирование курса «Органическая химия» 10 класс и курса «Общая и неорганическая химия» 11 класс;
- наряду с демонстрационным и лабораторным экспериментом Брылевой Л.А. широко применяется проблемно- развивающий практикум. При проведении практикумов, по мнению учителя, создаются наиболее благоприятные условия для приобретения учащимися исследовательских умений и навыков.

Особенности методической системы: на основе научных данных о способности к изучению физики, математики и химии (по Е.А.Дьяковой, В.А.Крутецкому, Ю.В.Шапиро, Л.А.Коробейникову и Г.В.Лисичкину) Людмила Александровна при планировании учебных занятий учитывает, что у учащихся физико – математического профиля имеются способности, необходимые для изучения химии: аналитико – синтетические качества ума, подвижность мыслительных процессов, пространственное воображение, способность к абстрагированию, оперированию символами и числами.

Математизируя школьный курс химии она использует в учебном процессе математическую символику, математические подходы при объяснении химического материала, помогает учащимся выявлять функциональные отношения между величинами, вести поиск математической формы выражения химических концепций, графически интерпретировать функциональные отношения.

Учащиеся профильного класса учатся формулировать и решать математические задачи как следствие решения химических проблем.

Программа, разработанная Брылевой Л.А., состоит из двух частей: инвариантной и вариативной. Инвариантное содержание включает материал достаточный для глубокого изучения учащимися теоретического материала по химии. Вариативная часть состоит из математического и физического компонентов, связанных между собой и инвариантным – химическим содержанием.

Использование физических законов и теорий при объяснении химического содержания помогает учащимся увидеть общность учебного материала, изучаемого на уроках химии и физики. Например, при обьяснении механизма электролитической диссоциации Людмила Александровна сообщает учащимся, что полярные растворители, в том числе и вода, характеризуются величиной диэлектрической проницаемости, показывающей, во сколько раз ослабляется сила взаимодействия между заряженными телами в данной среде по сравнению с вакуумом. Сила взаимодействия ионов в воде уменьшается. Разрушение ионного кристалла связано с ослаблением сил взаимодействия между ионами в кристаллической решетке и тепловым движением молекул воды. Чем выше температура воды, то есть чем больше внутренняя энергия ее молекул, тем быстрее будет растворяться ионный кристалл. В отдельных случаях энергии молекул воды может не хватить для разрыва связи между ионами в кристалле. Такие вещества практически не растворимы в воде.

Взаимосвязь между физическими и химическими методами исследования Брылева Л.А. демонстрирует учащимися при изучении химической кинетики, термодинамики и электрохимии.

При формировании понятия о степени электролитической диссоциации учитель проводит физико – химический эксперимент, позволяющий не только показать количественную сущность этой величины, но и установить ее взаимосвязь с массовой долей электролита в растворе. Для этого Людмила Александровна готовит 4,10,15 и 20 % -ые растворы хромата калия. Соотношение массовых долей хромата калия в растворах подбирает так, чтобы была наглядной разница в окраске растворов и электрической проводимости, определяемой по отклонению стрелки гальванометра.

Учащиеся наблюдают резкое уменьшение электрической проводимости в растворе с большим содержанием соли и приходят к выводу, что в растворах содержатся не только свободные ионы, от количества которых зависит электрическая проводимость, но и молекулы. Подводит учащихся к выводу, что происходящие в растворе процессы диссоциации молекул и ассоциации ионов обратимы, вводит понятие степени электролитической диссоциации.

Особое внимание учитель обращает на применение физических величин и выявление функциональных взаимосвязей между ними.

При обосновании химических законов и теорий Брылева Л.А. использует математические методы. Например, из курса физики учащимся известно, что масса данного количества вещества равна произведению массы молекулы на число молекул:

Отсюда находят отношение масс двух веществ:

Так как  , где М –молярная масса, то , следовательно

Отсюда очевидно, что отношение произведения молярной массы на число молекул, составляющее некоторую массу m, к значению этой массы есть величина постоянная:

В результате учащиеся приходят к выводу: в одном моле любого вещества содержится одинаковое число структурных единиц (молекул, атомов и др.)

В классах физико – математического профиля Брылева Л.А.применяет не только количественные, но и словесно – логические доказательства, состоящие из тезиса (основного положения, нуждающегося в доказательстве, или вывода, вытекающего из доказательства), аргументов, конкретных фактов, формул, уравнений реакций, которые их иллюстрируют. Учитель использует дедуктивный и индуктивный методы доказательства. Пример дедуктивного доказательства. Тезис: карбоксильные соединения – слабые органические кислоты. Доказательство начинают с рассмотрения взаимного влияния атомов в молекуле карбоновой кислоты, приводящего к подвижности атомов водорода карбоксильной группы, и заканчивают подтверждением кислотных свойств карбоксильных соединений конкретными уравнениями реакций.

Пример индуктивного доказательства – переход от строения атома кальция и характерных для него химических свойств к выводу: кальций – типичный металл, сильный восстановитель.

Для приближения изучаемого материала к содержанию профильных для физико – математических классов дисциплин, учитель иллюстрирует химические закономерности графиками, что способствует лучшему усвоению учащимися основ химической науки.

По мнению Людмилы Александровны, рассмотрение геометрии молекул имеет особую дидактическую ценность, так как помогает объяснить химические свойства вещества. Например, для объяснения свойств циклоалканов учитель применяет теорию напряжения связей Байера:
в циклопропане угол между связями a равен , а отклонение направления связей от нормального тетраэдрического b составляет .

За счет этого молекула циклопропана обладает повышенным запасом энергии (напряжением связи) и легко вступает в реакции присоединения, в результате которых цикл раскрывается и образуется молекула с тетераэдрической направленностью связей. В молекуле циклобутана угол между связями a равен , отклонение направления связей от тетраэдрического уже меньше: b = , поэтому цикл раскрывается труднее.

Угол между связями в молекуле циклопентана (один из атомов углерода в молекуле расположен вне плоскости цикла) находим как внутренний угол правильного многоугольника: a = 2d (n – 2) / n, где n – число сторон, а d = , отсюда a = 2 · · (5 –2) / 5 =

Учащиеся понимают, что для циклопентана величина b = , поэтому циклопентан преимущественно вступает в реакции замещения, как предельные углеводороды. Еше большую устойчивость шестичленного цикла учитель демонстрирует на модели: атомы углерода могут находиться в разных плоскостях, при этом сохраняется тетраэдрическая направленность связей.

На основе методик Д.П.Ерыгина и Е.А.Шишкина, Ю.М.Лабия Людмила Александровна обучает учащихся решению химических задач с использованием математических уравнений, систем уравнений, неравенств и графиков.

Новизна: Брылевой Л.А.создан и в течение 11 лет успешно апробирован учебно – методический комплект для преподавания курса химии в физико – математическом профиле, включающий
- программу курса химии для 10-11классов физико – математического профиля
- календарно – тематическое и поурочное планирование учебных курсов 10 – 11 классов
- проблемно – развивающий практикум
- дидактические материалы

Результативность: методические подходы, разработанные Брылевой Л.А., к обучению предмета в профильных физико – математических классах облегчают усвоение химии и показывают значимость химической науки для данного профиля.

Контрольные срезы знаний, результаты централизованного тестирования, городской и областной химических олимпиад, выпускных экзаменов и вступительных экзаменов в высшие учебные заведения области и страны показывают положительную динамику уровня обученности учащихся по предмету.

Выпускники школы успешно обучаются в Новотроицком филиале Московского института стали и сплавов.

Трудоемкость: для реализации проблемы профильного обучения химии необходимо наличие учебно – методических комплектов к каждому профилю, изучение особенностей учебно – познавательной деятельности учащихся физико – математического профиля и учет их при моделировании учебных занятий, диагностирование способностей учащихся к изучению математики. физики и химии.

Рекомендации по использованию опыта: опыт Брылевой Л.А. имеет практическую значимость в профильном обучении химии. Учебно – методический комплект, разработанный учителем, может быть использован в преподавании предмета в физико – математическом классе.

 

ИПКиППРО ОГПУ

Банк_педагогической_информации